工作机械的履带辊组件.pdf

提供了一种履带式工作机械，它包括履带辊框架和包绕履带辊框架的履带。履带辊是沿着履带辊框架安装的并可靠在履带上转动。履带辊由轴承可转动地支承，轴承包括延伸于履带辊内的轴和可绕该轴转动的至少一个衬套。至少一个衬套和履带辊包括一种能够传递载荷的冠部。还提供了一种能够减小履带辊轴承的边缘载荷的方法，该方法是至少部分地通过把轴承的可转动衬套制成为有冠部而把选择的轴承上的载荷向其中心传递。

1.  一种履带式工作机械，它包括：
一履带辊框架；
一履带，该履带包绕所述履带辊框架；
至少一个履带辊，该履带辊沿着所述履带辊框架安装，并可靠在所述履带上转动；
一轴承，该轴承可转动地支承着所述至少一个履带辊，所述轴承包括一延伸于所述履带辊中的轴和至少一个可绕所述轴转动的衬套，至少一个所述衬套和所述履带辊包括一传递载荷的冠部。

2.  如权利要求1所述的履带式工作机械，其特征在于，所述至少一个衬套包括一外冠部。

3.  如权利要求2所述的履带式工作机械，其特征在于，
所述至少一个履带辊包括多个沿着所述履带辊框架安装的履带辊；以及
每个所述履带辊包括第一和第二轮缘部分，它们以一配对的联接结构连接起来并包括第一和第二径向对称的制成有冠部的衬套，所述两个衬套分别与所述第一和第二轮缘部分相关联，每个所述衬套可绕一共用的轴转动，该轴延伸穿过所述履带辊的所述第一和第二轮缘部分。

4.  如权利要求3所述的履带式工作机械，其特征在于，它包括：
第一和第二内止推表面，它们分别设置在每个所述第一和第二轮缘部分上并且毗邻于每个所述衬套的内端；以及
第一和第二外止推表面，它们设置在每个所述轴上并且毗邻于每个所述衬套的外端。

5.  一种用于履带式工作机械的履带辊，它包括：
一轮缘；
一轴承，该轴承可转动地支承着所述轮缘；
所述轴承包括延伸于所述轮缘中的一轴和至少一个可绕所述轴转动的衬套，所述至少一个衬套包括沿着其外圆周延伸的一冠部。

6.  如权利要求5所述的履带辊，其特征在于，它包括第一和第二互相连接的轮缘部分，这两个轮缘部分分别可转动地支承在第一和第二同轴衬套上，每个所述衬套包括沿着其外圆周延伸的一冠部。

7.  如权利要求6所述的履带辊，其特征在于：
每个所述冠部是曲面的冠部；以及
每个所述衬套是用比所述轴和所述轮缘更硬的材料制成的。

8.  一种用于减小履带式工作机械中的履带辊轴承的侧部和边缘载荷的方法，该方法包括以下步骤：
通过把所述轴承的至少一个可转动的衬套制成为有冠部，把所选择的轴承上的载荷至少部分地向轴承的中心传递。

9.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：
把第一和第二履带辊轮缘部分套在所述轴承上，并在分别支承着第一和第二履带辊轮缘部分的有冠部的第一和第二衬套之间的平面上把第一和第二履带辊轮缘部分连接起来；
放宽第一和第二履带辊轮缘部分的相对位置之间的允差；以及
至少部分地通过将第一和第二履带辊轮缘部分分别定位在第一和第二衬套上使第一和第二履带辊轮缘部分上的第一和第二孔对准。

10.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：
将每个轮缘部分的内止推表面定位成毗邻于每个衬套的内端；以及
将所述轴的各外止推表面定位成毗邻于每个衬套的外端。

工作机械的履带辊组件
技术领域
本发明总的涉及履带式工作机械，且尤其涉及用于履带式工作机械的履带辊。
背景技术
履带式工作机械广泛地应用于建筑、采矿、林业及各种类似行业中。推土机、起重机和大型农用拖拉机是人们所熟悉的用于道路、高速公路和建筑工地的履带式工作机械。对于在用传统的轮胎来产生足够的牵引力成为问题或不可能的环境下工作的工作机械来说，通常采用“履带”而非轮胎。履带式工作机械采用一根或多根围绕多个转动部件的履带，而不是滚过轮子上的工作表面。这样的履带通常由联接在一起的金属链环构成，那些金属链环有与地面或工作表面接触的外侧和围绕各转动部件行进的内侧，那些转动部件可包括各种驱动链轮、张紧轮、惰轮和“履带辊”。典型的履带式工作机械的履带辊在履带走过工作表面时靠在履带的内侧上被动地转动。在一种通用的设计中，履带辊包括与沿履带链的内侧延伸的“轨道”啮合的圆周导槽。
工作机械往往在特别崎岖的环境中工作，包括岩床、垃圾堆、砂砾场和不平坦的土壤或其它类型的地形。在工作机械在颠簸或不平坦的地面上行走、或在崎岖的工作表面上转弯时，履带辊将承受很大的载荷。例如，当工作机械通过大石块或其他很硬的物体时，在各履带辊之间的载荷分布可能发生变化。类似地，当履带走过大石块或不平的表面时，一个或多个履带辊承受的侧向载荷可能发生变化。在某些情况中，履带辊所受的载荷可能足以使辊子本身、或与之相关的轴承和轴承密封件损坏或断裂。这样，每个履带辊个体都是制造得非常坚固，以使之能承受不同类型和程度的载荷。
一个履带辊个体典型地包括一个可绕轴承组件转动的轮缘，该轮缘可由一个或多个轮缘部分构成。在一种已知的设计中，坚硬的金属轮缘可绕相对于履带辊框架固定的坚硬的金属轴转动，而轮缘是可转动地支承于一个或多个压配合在轮缘上的孔中并相对于其可转动地固定的相对较软的衬套。润滑流体通常是沿着轴和衬套布置，并由在其相对两侧的密封件保持在轮缘内。尽管设计得相当坚固，但是当工作机械的履带辊遇到某些载荷时，其各个部件或各部件的某些区域承受的载荷可能大大地不成比例。例如，履带辊上的某些载荷可能主要是由衬套的边缘部分来承受。在这样的情况中，轮缘相对于轴的偏斜有可能碰撞支承着履带辊的衬套轴承的外边缘部分。此外，衬套的端部通常定位成毗邻安装在轮缘里并由一个独立的挡圈组件固定的止推轴承。衬套和其它部件的损坏或过度磨损会随着时间的推移而发生，和/或需要频繁的维护。
在一种使维护和修理为最少的尝试中，工程师们不断地改进履带辊的设计、制造和装配技术。在某些设计中，为轴承组件的各部件提供较大的间隙来解决上述问题。衬套可成形为其内径与其各自的轴之间有相当大的间隙。由于间隙较大，衬套中的摆动程度以及强固的各轴承部件可延长某些部件的使用寿命。
然而，许多已有设计的一个缺陷在于，一般必须使履带辊的各轮缘部分按非常严格的规范对准。各毗邻的履带辊轮缘部分之间即使有微小的错位也会影响轴承组件和轴承密封件的性能。由于共用的轴典型地延伸穿过两个履带辊轮缘部分，各个孔之间地错位有可能造成各个轮缘部分和轴之间的错位。换句话说，各孔之间即使有微小的错位也会使各个轴和其轴孔的轴线错位。因此，履带辊的转动、特别是履带辊上的不均匀载荷可能使衬套的边缘部分承受不成比例的载荷和磨损。这样，除非以相对严格的允差来制造和装配各部件，否则轴承的边缘载荷可能最终造成轴承的过早失效。
已有设计中的其它问题是，穿过履带辊边缘部分的孔的尺寸相对较大，尤其是在有效地密封轴孔以将润滑油保持在其中这一方面还有需要解决的问题。较大的孔径可能需要更复杂密封件，而这样密封的可靠性就较低。此外，必须将止推轴承的挡圈用螺栓固定于轮缘部分。这样的设计不但相对复杂，而且还需要在轮缘上为挡圈设置附加的孔。轴承衬套和轴之间的较大间隙与供挡圈用的的附加的孔的同时存在可能占用轮缘的很大一部分体积。在经过许多工作小时之后，轮缘体积的一部分会磨损掉。在许多设计结构中减小这部分可用的磨损体积可能造成需要进行不恰当的频繁更换。
本发明旨在解决上述各问题或缺点中的一个或几个。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种履带式工作机械，这种工作机械包括一履带辊框架以及包绕履带辊框架的履带。至少一个履带辊是沿着履带辊框架安装的并可靠在履带上转动。一个轴承可转动地支承着至少一个履带辊并包括在履带辊中延伸的轴以及可绕该轴转动的至少一个衬套。至少一个衬套和履带辊包括一个传递载荷的冠部。
在另一个方面，本发明提供一种用于履带式工作机械的履带辊。这种履带辊包括轮缘和可转动地支承轮缘的轴承。轴承包括在轮缘中延伸的轴和可绕轴转动的至少一个衬套，衬套包括绕其外周延伸的冠部。
在再一个方面，本发明提供一种能够减少履带式工作机械中的履带辊轴承的侧部和边缘载荷的方法。这种方法包括通过至少部分地把轴承的至少一个可转动衬套制作成为有冠部而将选择的轴承载荷向其中心传递的步骤。
附图简要说明
图1是根据本发明的、具有由轴承组件支承的履带辊的工作机械的侧向示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的履带辊的前视剖视图；
图3是根据本发明的另一个实施例的履带辊的部分前视剖视图；以及
图4是根据本发明的再一个实施例的履带辊的部分前视剖视图。
具体实施方式
参见图1，图中示出了一个工作机械10，它具有一辊子框架18以及包括履带14的履带组件12。工作机械10可以是各种履带式工作机械中的一种，包括例如推土机、农用拖拉机、起重机、军用车辆等等。多个履带辊20安装成毗邻履带组件13的底部(或称接地侧)，并可靠在履带14的内侧上转动。在一个优选的实施例中，如此处所描述的，每个履带辊20可转动地支承在一个轴承组件21上，轴承组件可工作而把选定的每个履带辊20上的载荷向各个轴承组件21的中心传递。
同时参见图2，其示出了适用于工作机械10的履带辊20的前视剖视图。履带辊20较佳地包括第一和第二互相毗邻的轮缘部分22a和22b。轮缘部分22a和22b较佳地以焊接接头40连接起来，焊接接头40大致在穿过履带辊20的中心并垂直于其纵向轴线B的平面“P”内。轴26较佳地安装在履带辊20中并延伸通过分别在轮缘22a和22b里的互相对准的孔50a和50b。最佳的是，轮缘部分22a和22b是基本上完全相同的，但都可包括一个配对接合部分，例如在上述焊接接头40处的互补配合结构，以便于它们的装配。
润滑油腔30由孔50a和50b较佳地形成，并充满用于润滑上述履带辊20的各内部部件的润滑油。较佳地，在履带辊20的相反的两端设置有弹性密封件34，以密封住润滑油腔30。较佳地，还在履带辊20的相对两端设置有密封件保持环32，其功能是使密封件34抵靠在轮缘部分22a和22b上，密封件保持环32通过传统的压配合方式较佳地密封在轴26上。
履带辊20还包括轴承组件21，轴承组件21有至少一个支承在轴26上的衬套24，较佳的是，为每个轮缘部分22a和22b设置一个对应的亦即两个衬套24。在一个优选实施例中，每个衬套24大致是圆柱形的并可绕轴26自由转动，而轮缘部分22a和22b作为一个单元可较佳地绕衬套24自由转动。衬套24较佳地由氮化钢制成，这在本领域是已知的，但也可以采用任何适当的坚硬耐用的材料，这都不偏离本发明的范围。与已有技术相反，衬套24较佳地由比轮缘部分22a和22b和轴26更硬的材料制成，并可相对于轴26和轮缘部分22a和22b自由地转动。在润滑油腔30里的润滑油较佳地润滑衬套24和轴26之间的接触表面以及衬套24和轮缘部分22a和22b之间的接触表面。
每个衬套24包括传递载荷的冠部25，冠部25较佳地设置在衬套24的外径圆周上。每个衬套24的内径较佳地没有设置冠部。应该理解，能够设想出一些替代的实施例，其中每个衬套24包括没有冠部的外径，而传递载荷的冠部是成形在孔50a和50b各自的内径上。图3示出了包括履带辊120的这样一个实施例，履带辊120的轮缘122有孔150。轴承衬套124套在轴126上。图3所示的实施例与以上的实施例类似，然而其冠部125是设置在轮缘122上的孔150的表面上。在另一些实施例中，衬套24和轮缘部分22a和22b都可做成为有冠部。
回来看图2所示的实施例，冠部25可通过例如将组件铸造成所需的形状来成形，或者通过在铸造后进行磨削和/或抛光来形成冠部。冠部25较佳地是曲面的，最佳地是球面的。这样，在如图2所示的横剖面中，冠部25较佳地形成一个沿着各衬套24的长度方向延伸的圆弧。各衬套24的长度“A”可定义为通过各衬套的纵向距离并重合在履带辊轴线B之上，如图2中的衬套24的最右端所示。冠部25较佳地延伸于各衬套24的长度A的大部分长度，最好是延伸于其全长，并对称于所述长度的中点，并且冠部的冠峰对准所述长度的中点。当然，也可以构想出一些替代的实施例，其中冠部25只延伸于各衬套24的长度A的一部分，或者是不对称的。
另外，冠部25可以不是曲面的，而是多面的，或者兼有多面和曲面的。图4中示出了多面的情况，其中履带辊220有多面的轴承衬套224。在图4的实施例中，衬套224包括内端的面225a、中间的面225b和外端的面225c，它们共同构成冠部。
按照本发明的图2所示的履带辊20的制造最好是从铸造开始、而后磨削研磨或以其它工艺形成轮缘部分22a和22b。如本文所描述的，最好是将轮缘部分22a和22b设计成包括毗邻于焊接接头40的配对结构，例如圆柱形的伸出部分41a和41b，两者构造成其中之一可配合进另一个内。较佳的是，每个轮缘部分22a和22b上设置有外止推表面23a，而轴26上设置有内止推表面23b。
在将轮缘部分22a和22b联接到一起之前，将它们较佳地套在轴26上并套在衬套24上，并使伸出部分41a和41b互相接合。在一个优选实施例中，伸出部分41a和41b用作轮缘部分22a和22b的定位结构。这样，在把轮缘部分22a和22b套在衬套24上之后，使伸出部分41a和41b的接合就可将轮缘部分22a和22b定向成所需的同轴对准。随着轮缘部分22a和22b套在衬套24上以及伸出部分41a和41b相接合，外止推面23a与衬套24的外端毗邻，而内止推面23b与衬套24的内端毗邻。由此轮缘部分22a和22b被相当紧密地保持在一起，且较佳地通过将它们在平面P处焊接起来而不可逆转地连接在一起。在借此将轮缘部分22a和22b连接在一起之后，可以以常规的方式把密封件34和密封件保持环32套到轴26上并固定之。
最好是在同一台机床上用同一个夹具对轮缘部分41a和41b、尤其是孔50a和50b进行最终的机加工，以确保孔50a和50b之间以及伸出部分41a和41b之间达到尽可能完美的同心。当然，孔50a和50b也可单独地成形在轮缘部分22a和22b里，这与某些较早的设计相反，在那些较早的设计中，必须在把毗邻的两个轮缘部分装夹就位的情况下同时地加工它们上的孔，以确保足够精确的同轴对准。在本发明中，孔50a和50b之间的允差相对于较早的设计结构有所放松且装配也得以简化。换句话说，可在将轮缘部分22a和22b连接到一起之前加工成形它们中的孔50a和50b。
工业可用性
在工作机械10的工作过程中，每个履带辊20可能承受变化的载荷。应该将“侧向载荷”理解为一般是指履带辊20上沿着大致垂直于平面P的方向的载荷。例如可将侧向载荷理解为产生作用在轮缘部分22a和22b上使之趋向于沿轴线B移动的载荷，而同时轴26基本上保持固定。在本发明中，大致与轴线B对准的载荷主要是由上述止推面23a和23b的反作用产生的。
在产生作用于履带辊20的载荷而使轮缘部分22a和22b趋向于相对于轴26非轴向移动的情况下，冠部25使轮缘部分22a或22b与衬套24之间的接触主要是保持在衬套24的中心而不是沿着其边缘。这样，冠部25允许衬套24绕轴26轻微摆动而又能保持孔50a和50b的内表面与冠部25之间的接触，而不是主要在衬套24的边缘处接触。在许多较早的设计结构中，衬套24绕各自的轴的摆动导致了衬套的内径主要是在其边缘处与轴接触。在本发明中，相对轻微的摆动允许衬套24运动而又不会影响载荷分布。
因此，把各个衬套24做出冠部的结果是，横对着平面P的非轴向载荷被更多地指向或保持于各衬套24的中心，并大致指向履带辊20的中心，而不是沿着其边缘部分。孔50a和50b的壁对冠部25而非对衬套24的边缘的碰撞可使衬套边缘上的载荷和磨损较小。另外，由于衬套24较佳地是相对较硬的氮化钢，因此，与对衬套采用相对较软的材料的较早设计结构相比，这种衬套的整体耐磨寿命能够得以延长。
上述工作情形与许多采用没有冠部的、压配合进轮缘的衬套的较早的设计结构不同。。在那些较早的设计结构中，履带辊上的倾向于使轴和履带辊轴线偏离对准的的载荷主要由衬套的内径产生，靠近边缘。在本发明中，冠部25不仅将这样的载荷向履带辊20的中心以及每个衬套24的中心传递，而且每个衬套24的外表面也可承受一些载荷和磨损，这是因为衬套24可相对于轮缘部分22a和22b转动。这样，在衬套24的边缘载荷可能产生的范围内，衬套的内表面和外表面都能适应磨损。
本发明还提供了更可靠的密封，并且相对于较早的设计结构，减少了零件的数量。有可能减小衬套24和轴26之间的运转间隙，这可使孔50a和50b更小、更简化且更易密封。在相关的缝隙中，将载荷向各衬套24的中心传递允许采用相对较小的各轴承部件。在边缘载荷和相关的磨损可减小的情况下，可以采用相对不太坚固的衬套。另外，不必象一些较早的设计结构那样将磨损和载荷分布在相对较大的轴或衬套上。
轮缘部分22a和22b之间放松了的允差还可使装配相对于已有技术得到简化。冠部25的载荷传递特性可在一定程度上补偿孔50a和50b之间的轴向错位。在较早的设计结构中，即使是十分轻微的孔间错位也会造成很大的衬套边缘载荷，因为衬套和轴之间的轴向错位会使衬套的内表面边缘不成比例地磨损。在本发明中，冠部25可将本应由衬套边缘承受的载荷向衬套24的中心传递，所以可允许孔的不对准程度更大一些。
最后，衬套24与轮缘部分22a和22b相互作用，部分地充当它们自身的止推轴承。每个衬套的端部靠在轮缘部分22a和22b上的外止推表面23a以及轴26上的内止推表面23b上，而不是采用布置在轮缘部分22a和22b内部的独立的止推轴承。这样，当有侧向载荷作用于履带辊20时，衬套24的端部将可转动地靠在止推表面23a和23b上，这与已有的技术不同，已有技术中，是毗邻每个衬套的一个或多个端部设置一个独立的止推垫圈并由一个独立的端部挡圈把止推垫圈在轮缘中固定在位。取消了端部挡圈就不必在履带辊轮缘中设置已往用来支承挡圈的紧固件/螺栓孔。这样，就有较大比例的轮缘体积可供磨损而能够延长履带辊的替换期限。
本说明书只是用于说明的目的，不应被认为是以任何方式限制本发明的范围。因此，熟悉本技术领域的人能够理解，可以对这里揭示的各实施例做出各种变型而不会偏离本发明的精神实质和范围。例如，尽管本发明揭示的系统较佳地包括具有单一径向冠部25的衬套24，但是可设想出一些替代实施例，其中可在一个衬套上成形多个冠部。类似地，尽管把两个衬套24套在轴26上是较佳的，但设想出的其它设计结构可只采用一个有冠部的衬套，或者用几个这样的衬套支承一个履带辊轮缘。本发明的其它的方面、特征和优点将在各附图和所附权利要求书中显现出来。