CN103867693A - 齿轮箱热交换器 - Google Patents

Abstract

一种齿轮箱热交换器，具有将热交换器分隔成第一侧和第二侧的安装法兰。歧管部分位于第一侧，且包括入口歧管和出口歧管。热交换部分位于第二侧，并在纵向方向从安装法兰延伸。密封周长位于第二侧，热交换部分在纵向方向被完全包含在密封周长的凸起之内部。热交换器的热交换部分可以***进齿轮箱的开口以提供冷却的齿轮组件。

Description

齿轮箱热交换器

背景技术

齿轮常被用来将动力从一个旋转部件传输到另一个旋转部件。通常，连结到第一旋转轴的第一齿轮的齿与连接到第二旋转轴的第二齿轮的齿啮合。取决于动力传输装置的特定需要，第一旋转轴和第二旋转轴的轴线可以相互平行、相互垂直、或具有一定的角度。多个这种齿轮常被结合起来以在输入轴和一个或多个输出轴之间实现所期望的动力传输。该动力传输可以使旋转的速率和力矩发生期望的变化，并使围绕其进行旋转的轴线的定向发生改变。

通常，齿轮被包含在外壳或齿轮箱内。除了其它功能以外，齿轮箱为齿轮的轴提供支撑以确保齿轮的齿进行啮合，并防止碎屑阻塞齿。这种齿轮箱的示例可见于（除了其它装置以外）差速器和动力传输单元。

差速器通常被用在汽车、卡车、以及其它有轮的车辆中，这些有轮的车辆使用成对的驱动轮将其推动。差速器通过如下方式进行操作：通过一系列啮合的齿轮将力矩从车辆的驱动轴传递到一对轴向对齐并独立旋转的轮轴，每个轮轴连接到车辆的驱动轮。由于这对轮轴的每个轮轴独立旋转，因此，附接到其的驱动轮可以以不相等的速度进行旋转。这种操作方式是有益的，例如在车辆沿曲线行驶时，位于曲线径向向外的驱动轮必须在快于位于曲线径向向内的驱动轮的旋转速度下进行旋转，以防止拖动外侧的轮或内侧的轮打滑。

动力传输单元（PTU）被用在汽车、卡车、以及其它有轮的车辆中，多个被分隔开的车辆的轮轴在这些车辆中被引擎和传动装置同时驱动。作为一个例子，以“全轮驱动”为特点的汽车通常包括前轮轴和后轮轴，前轮轴直接由车辆的驱动轴驱动，后轮轴由动力传输单元驱动。动力传输单元通过如下方式进行操作：通过一系列啮合齿轮将力矩从第一轴传递到第二轴以驱动后轮轴，其中，第一轴位于车辆的前侧且在车辆的宽度方向延伸，第二轴垂直于第一轴朝着车辆的后轮轴延伸。

差速器的箱体内或PTU的箱体内通常使用高粘度润滑油，以充分润滑其中的啮合齿轮。齿轮的旋转搅动润滑油，从而确保啮合的齿轮表面被连续地进行润滑。所以，通常不需要用泵或其它工具使润滑油遍及箱体运动。

在某些操作条件下，用来润滑齿轮的润滑油的温度会升高到超出润滑油建议操作温度。这些操作条件包括（但不限于）车辆的高负荷操作、高环境温度、齿轮箱上方受限制的气流、以及上述各操作条件的结合。

为了解决润滑油过热的问题，将热量从润滑油转移到引擎冷却剂回路的热交换器已知被设置在齿轮箱中。日本实用新型1991-079052示出了这种热交换器的一个例子，该热交换器包括扁平的冷却器，在制造过程中该冷却器被集成到差速器的内腔室中。这种热交换器大大增加了车辆的成本，且不是对车辆的所有预期的使用都是必须的。车辆在被制造时，常常不知道该车辆最终的主人是否会在任一个需要冷却润滑油的操作条件下操作车辆。而且，在车辆已被组装之后将这种冷却器添加到齿轮箱非常成问题，因为需要进行大量的拆卸传动***的工作。因此，仍然存在改进的空间。

发明内容

根据本发明的一些实施例，被冷却的齿轮组件包括包含有啮合齿轮的箱体。开口穿过箱体的外壁延伸，热交换器穿过该开口部分地延伸进箱体的内部空间。热交换器包括位于箱体的内部的热交换部分和位于箱体的外部的歧管部分。热交换部分具有多个流体导管。歧管部分包括入口歧管和出口歧管。热交换器的头部流体密封开口，流体导管的入口端和出口端通过头部流体连接到入口歧管和出口歧管。

在一些实施例中，每个流体导管包括第一直管段和第二直管段，以及连接第一直管段和第二直管段的回转弯头。第一直管段从头部延伸，第一直管段的端部联结到头部。第二直管段平行于第一直管段。回转弯头联结距头部最远的端部。在一些实施例中，第二直管段的一端联结到头部。

在一些实施例中，箱体中的开口是圆形。在一些实施例中，热交换器在头部***处的圆周凹槽内包括o形环。

在一些实施例中，穿过开口将热交换部分***箱体的内部可以将热交换器组装到齿轮组件。在一些实施例中，使用热交换器的安装法兰将热交换器紧固到箱体，安装法兰在热交换部分和歧管部分之间且位于箱体的外部。

根据本发明的一些实施例，齿轮箱热交换器包括将热交换器分成第一侧和第二侧的安装法兰。歧管部分位于第一侧，包括入口歧管和出口歧管。热交换部分位于第二侧，从安装法兰纵向延伸。密封周长位于第二侧，热交换部分在纵向方向被完全包含在密封周长的凸起的内部。

在一些实施例中，热交换部分包括多个流体导管。流体导管的入口端连接到入口歧管，流体导管的出口端连接到出口歧管。在一些实施例中，热交换器包括位于第二侧的头部，以容纳导管的入口端和出口端。在一些实施例中，密封周长位于热交换器的外部表面上，在一些实施例中，密封周长限定圆形轮廓。在一些实施例中，密封周长被设置成布置在圆周凹槽内的o形环。

在一些实施例中，密封周长的长度基本等于热交换部分的长度。

附图说明

图1是根据本发明实施例的热交换器的立体图。

图2是图1的热交换器沿线Ⅱ-Ⅱ的剖面图。

图3是图1的热交换器被安装到齿轮箱的立体图。

图4是图3的局部分解图。

图5是根据本发明另一个实施例的润滑油冷却器的立体图。

具体实施方式

在对本发明任何实施例进行详细说明之前，应当理解的是，本发明在其应用中不限于在下文的描述中描述的部件或在附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明可以囊括其它实施例并以不同的方式被实施或被实现。还应当理解的是，在此使用的词语和术语是出于描述的目的，不应被认为是限制。在此对“包含”、“包括”、或“具有”及其变体的使用意在囊括其随后列出的项和其等同物以及额外的项。除非明确说明或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”、和“连结”以及它们的变体被不受限制地使用并囊括直接和间接的安装、连接、支撑和结合。进一步地，“连接”和“连结”不被限制到物理的或机械的连接和连结。

图1和图2示出热交换器1，其尤其适于安装到用于汽车、卡车、或其它有轮车辆的差速器或PTU的箱体内。虽然热交换器1特别适合于用作差速器或PTU润滑油冷却器，但是，应当理解的是，相似地，其还可以被用来在传输外壳、曲轴箱、或其它相似器件内冷却润滑油。此外，在寒冷的环境条件下启动车辆时，被包含在齿轮箱中的润滑油具有不期望的低温，按照同样的操作原理，热交换器1还可以用作润滑油加热器。

热交换器1包括分隔热交换部分8和歧管（manifold）部分9的安装法兰7（mounting flange）。冷却剂端口12和13被设置在歧管部分9中，且顾及了热交换器1在车辆的冷却剂回路内的连接。冷却剂供给线路连结到端口12、13中的一个，以向被包含在歧管部分9中的入口歧管提供冷却剂流。相似地，冷却剂回流线路连结到端口12、13中的另一个，以从被包含在歧管部分9中的出口歧管接收冷却剂流。图2可以清楚地看到，歧管部分9包括与端口12直接连通的歧管25，使得当端口12连结到冷却剂供给线路时，歧管25用作入口歧管，当端口12连结到冷却剂回流线路时，歧管25用作出口歧管。歧管部分9还包括与端口13直接连通的歧管26，使得当端口13连结到冷却剂供给线路时，歧管26用作入口歧管，当端口13连结到冷却剂回流线路时，歧管26用作出口歧管。

在一些优选的实施例中，安装法兰7和歧管部分9可以被设置成单个的集成部件，如图2所示。例如，安装法兰7和歧管部分9可以是铸铝部件。

热交换部分8从安装法兰7沿与歧管部分9的位置相对的纵向方向向外延伸。热交换部分8包括多个由成型管14限定的流体导管，每个成型管14包括在离安装法兰7的最远端由回转弯头16联结的第一和第二直管段15。每个管子14的第一和第二直管段15中的其中之一流体连接到前文提到的入口歧管，每个管子14的第一和第二直管段15中的另一个流体连接到前文提到的出口歧管，使得在端口12和端口13之间通过管子14形成连续的冷却剂流动通路。虽然示出的实施例包含三根管子14，但是，应当理解的是，管子14的数量在应用中可以改变，在某些实施例中可以是三根、多于三根、或少于三根。

托架17被设置在热交换部分8的距安装法兰7最远的端部。托架17包括与多根管子直管段15对应的多个弓形成型框，并据此联结到管子14，以便保持在热交换部分8的该端处的管子14之间的相对间隔。***柱18连接到托架，并远离管子14延伸。o形环20卡持在***柱18的凹槽内。

管子14通过头部21连接到安装法兰7。头部21具有圆形剖面，且包括多个孔27，多个孔27具有一定大小并被间隔开以容纳直管段15的端部。密封o形环19被设置在头部21的***的圆周凹槽中。

在一些特别优选的实施例中，管子14、托架17、支撑柱18、和头部21全都由铝构造，且在炉内钎焊操作中被联结在一起。通过机械压合、或用紧固件、或通过焊接、钎焊、或其它已知的联结技术，头部21可以联结到安装法兰7。可选地，将头部21联结到安装法兰7时可以使用额外的o形环28，以防止冷却剂从歧管部分9的任一歧管25、26泄漏。

现在参考图3和图4，可以看到热交换器1被***齿轮组件22的箱体2，使得热交换部分8被包含在箱体2的内部空间6内。清楚起见，仅示出一半的箱体2，省略了齿轮组件22内的许多齿轮和其它部件。

开口23被设置在箱体2上，并具有一定尺寸以容纳热交换器1的热交换部分8，使得热交换器1可以穿过箱体2被部分地插进齿轮组件22的内部空间6。在示例性实施例中，开口23是圆形，且其直径略大于热交换器1的头部21。一旦将热交换器1***箱体2，头部21起到塞子的作用来填充开口23，从而头部21和开口23之间紧密的配合使o形环19充分变形，以形成防止润滑油从箱体2中流出的流体密封。

热交换器1***进开口23，使得安装法兰7的一面10抵住箱体2相应的平面30。螺纹紧固件24穿过安装法兰7中的孔11***进箱体2中相应的螺纹孔并被紧固到该相应的螺纹孔，以便将热交换器1牢固地固定在箱体2中。凹部29被设置在箱体壁上与开口23正好相对的位置，并具有一定的大小以容纳定位柱18，从而o形环20抵接凹部29的壁以对热交换器1的端部提供结构支撑。

冷却剂线路（未示出）可以连接到端口12和13，以便将被安装的热交换器1切入到（plumb into）车辆的冷却剂回路。端口12、13被布置在安装法兰7上的与热交换部分8相对的一侧，这种布置可以使热交换器1连接到冷却剂回路变得非常简单，且不需要冷却剂线路穿透箱体2。

在一些实施例中，齿轮组件22被用作车辆的差速器齿轮组件，差速器齿轮组件通过将施加在轴4上的力矩传递到车辆的一对驱动轮进行操作。锥齿轮3（pinion gear）被牢固地连结到轴4并随着该轴旋转。环形齿轮（未示出）垂直于锥齿轮被定向，并与其啮合进行旋转，以对轴4的旋转进行响应。驱动力矩通过旋转的齿轮被传递到布置在相对轮轴的端部（未示出）的驱动轴齿轮，其中一个轮轴穿过圆孔5延伸到第一驱动轮，另一个轮轴穿过位于箱体内孔5相对一侧的相似的孔延伸到第二驱动轮。

在其它实施例中，齿轮组件22被用作车辆的动力传输单元齿轮组件，动力传输单元齿轮组件通过传递施加在穿过箱体2的圆形孔5延伸的轴（未示出）上的力矩进行操作。该轴通过包含齿轮组件22的车辆的传输被驱动，并平行于轮轴被定向。动力传输单元齿轮组件22通常朝向车辆的前部被设置，以靠近引擎和传动装置。伞形齿轮（未示出）被牢固地连结到轴并随其进行旋转，且与正齿轮3啮合，以向轴4传递力矩。驱动轴（未示出）直接连结到轴4并延伸到车辆的后轮轴，以向后轮轴传递驱动力矩。

由于环形齿轮或伞形齿轮穿过箱体2进行旋转，包含在箱体2内的润滑油在整个内部空间6内分布并散开。当润滑油接触到管子14的外表面并覆盖其流动时，被加热的润滑油通过流经管子14的冷却剂被冷却。通过提供多个被分隔开的管段15，可以得到大量用于热转移的表面区域。

从图1-图3可以轻易地推断出，热交换器1的热交换部分8被完全包含在一个空间内，该空间在管子14的纵向方向（垂直于面10的方向）以o形环19的***凸起（即密封周长）为界线。因此，通过相对小的开口23可以在齿轮组件22内提供相对大的热转移表面区域。在示例性实施例中，o形环19的外侧直径是34mm，从而密封的周长大约是107mm。热交换部分8的长度具有基本相似的尺寸，大约是100mm。这与前文提到的平板集成齿轮箱的热交换器形成对比，该热交换器的密封直径远远大于热交换部分穿入内部空间的深度。

在制造车辆之后需要安装差速器或PTU冷却器时，热交换器1的实施例尤其有用。因为仅需要一个小的开口23来***热交换器1，所以，避免了将齿轮组件22移除或基本将其拆卸。在一些实施例中，箱体2可以被设置有开口23和凹部29，且开口23中设置有可移除的塞子。一旦热交换器1被安装，可以移除塞子或将其丢弃。

图5示出了本发明可选的实施例。在可能的情况下，图5的元件相比于图1和图2中相似的元件被加上100。热交换器101通过端口112和113流体切入到冷却剂回路，使得其中一个端口用作冷却剂入口端口，另一个端口用作冷却剂出口端口。与热交换器1类似，热交换器101包括被布置在歧管部分109（包括用于冷却剂的入口歧管和出口歧管，入口歧管和出口歧管的每个都连接到其中一个端口112、113）和热交换部分108之间的安装法兰107。

热交换器101在热交换部分108采用多个管子114，管子114的剖面相似于热交换器1的管子14。然而，在图5的示例性实施例中，每个管子114包括四个直管段115，每一对连续的直管段115由回转弯头部分116连接。

热交换器101与热交换器1进一步的区别在于在头部121的平面110上采用面密封件119代替圆形o形环19。这种面密封件在某些情况下是优选的，例如当热交换部分108的形状具有明显偏离正方形的纵横比，由此通过圆形开口***不是最优的。

参考本发明具体的实施例对本发明的某些特征和元件的多种替换进行了描述。除了与上文描述的每个实施例互斥的或不一致的特征、元件和操作方式以外，应当注意的是，参考一个特定的实施例描述的替换的特征、元件、和操作方式也可应用于其它实施例。

仅通过例子提供上文描述的实施例和附图示出的实施例，根据本发明的理念和原理，这些实施例不具有限制性。同样地，具有本领域普通技能的人员应当理解元件及其结构和布置的各种改变都是可行的，而且不偏离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种冷却的齿轮组件，包括多个啮合的齿轮和热交换器，所述多个啮合的齿轮位于齿轮箱内，所述齿轮箱具有穿过所述箱体的外壁延伸的开口，所述热交换器穿过所述开口部分地伸进所述齿轮箱的内部空间，所述热交换器包括：

热交换部分，所述热交换部分位于所述齿轮箱的内部空间内且包括多个流体导管；

歧管部分，所述歧管部分位于所述齿轮箱的外部且包括入口歧管和出口歧管；以及

流体密封所述开口的头部，所述流体导管的入口端通过所述头部流体连接到所述入口歧管，所述流体导管的出口端通过所述头部流体连接到所述出口歧管。

2.如权利要求1所述的冷却的齿轮组件，所述多个流体导管中的每个流体导管包括：

第一直管段，所述第一直管段从所述头部延伸并具有联结到所述头部的管子端部；

第二直管段，所述第二直管段平行于所述第一直管段；以及

回转弯头，所述回转弯头联结所述第一直管段和所述第二直管段的距所述头部最远处的端部。

3.如权利要求2所述的冷却的齿轮组件，其中，所述第二直管段包括联结到所述头部的管子端部。

4.如权利要求1所述的冷却的齿轮组件，其中，所述开口包括圆形开口。

5.如权利要求1所述的冷却的齿轮组件，其中，所述热交换器进一步包括o形环，所述o形环被布置在所述头部的***处的圆周凹槽内。

6.如权利要求1所述的冷却的齿轮组件，其中，所述热交换部分穿过所述开口***进所述齿轮箱的内部空间。

7.如权利要求1所述的冷却的齿轮组件，其中，所述热交换器进一步包括安装法兰，所述安装法兰位于所述齿轮箱外部，在所述热交换部分和所述歧管部分之间，所述安装法兰被紧固到所述箱体。

8.如权利要求1所述的冷却的齿轮组件，进一步包括：

托架，所述托架被布置在所述热交换部分相对于所述头部的一端；

连接到所述托架的***柱；以及

凹部，所述凹部在所述齿轮箱中以容纳所述***柱。

9.一种齿轮箱热交换器，包括：

安装法兰，所述安装法兰将所述热交换器分隔成第一侧和从所述安装法兰相对于所述第一侧的第二侧；

歧管部分，所述歧管部分被布置在所述热交换器的第一侧，所述歧管部分包括入口歧管和出口歧管；

热交换部分，所述热交换部分被布置在所述热交换器的第二侧，所述热交换部分在纵向方向从所述安装法兰延伸；以及

位于所述热交换器第二侧的密封周长，其中，所述热交换部分在纵向方向被完全包含在所述密封周长的凸起之内部。

10.如权利要求9所述的齿轮箱热交换器，其中，所述热交换部分包括多个流体导管，所述流体导管的入口端流体连接到所述入口歧管且所述流体导管的出口端流体连接到所述出口歧管。

11.如权利要求10所述的齿轮箱热交换器，进一步包括头部，所述头部被布置在所述热交换器的第二侧以接收所述流体导管的入口端和出口端。

12.如权利要求11所述的齿轮箱热交换器，其中，所述密封周长被设置在所述头部的外部表面上。

13.如权利要求12所述的齿轮箱热交换器，其中，所述密封周长限定圆形轮廓。

14.如权利要求12所述的齿轮箱热交换器，其中，所述密封周长被设置成布置在圆周凹槽内的o形环。

15.如权利要求11所述的齿轮箱热交换器，所述多个流体导管中的每个流体导管包括：

第一直管段，所述第一直管段从所述头部延伸并具有联结到所述头部的管子端部；

第二直管段，所述第二直管段平行于所述第一直管段；以及

回转弯头，所述回转弯头联结所述第一直管段和所述第二直管段的距所述头部最远处的端部。

16.如权利要求14所述的齿轮箱热交换器，其中，所述第二直管段包括联结到所述头部的管子端部。

17.如权利要求9所述的齿轮箱热交换器，进一步包括：

托架，所述托架被布置在所述热交换部分相对于所述头部的一端；以及

连接到所述托架的***柱。

18.如权利要求10所述的齿轮箱热交换器，每个流体导管包括连续的弯管。

19.如权利要求9所述的齿轮箱热交换器，其中，所述密封周长限定第一长度，所述热交换部分在纵向方向的尺寸限定第二长度，所述第一长度基本相似于所述第二长度。

20.如权利要求9所述的齿轮箱热交换器，其中，所述密封周长被设置在所述安装法兰的表面上。

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