CN101893077A - 差速动力耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差速动力耦合装置，旨在克服传统差速器行星齿轮及行星齿轮轴间的滑磨问题。其包括差速器壳体、左半轴齿轮、上行星齿轮、右半轴齿轮、下行星齿轮、不带孔圆套筒、行星齿轮轴、1号上滚针轴承、2号上滚针轴承、带孔圆套筒与1号下滚针轴承、2号下滚针轴承等。1号上滚针轴承、2号上滚针轴承与带孔圆套筒和1号下滚针轴承、2号下滚针轴承与不带孔圆套筒依次套装在行星齿轮轴上、下端，套装带孔圆套筒与不带孔圆套筒的行星齿轮轴装入差速器壳体上、下端孔内，不带孔圆套筒与差速器壳体下端内孔为过盈配合。安装在行星齿轮轴上、下端的上行星齿轮与下行星齿轮分别和差速器壳体左、右端孔内的左半轴齿轮与右半轴齿轮同时啮合连接。

Description

差速动力耦合装置

技术领域

本发明涉及一种动力耦合装置，更具体地说，本发明涉及一种应用于混合动力电动汽车上的差速动力耦合装置。

背景技术

混合动力电动汽车(HEV-Hybrid Electric Vehicle，一般指的是油电混合动力汽车)通过发动机和电动机与发电机进行组合实现整车动力系统的高效耦合，使整车的燃油经济性得到显著提高。如何实现混合动力电动汽车发动机和电动机与发电机之间的动力分配，是发展混合动力电动汽车必须解决的关键问题之一。其中的动力耦合形式与结构决定HEV动力系统研究开发的难度和方向，关系到产品开发的进度和水平，是HEV开发中关键的一步。而要完成HEV的这种动力之间分配是要通过一种动力耦合装置来实现。

利用差速器作为混合动力电动汽车的动力耦合装置，能够实现混合动力电动汽车连续型串并联驱动形式，通过调节发电机的转速、转矩可使发动机工作在最佳效率点，彻底解决了传统发动机由于与车轮的机械连接造成的工作点效率低下的问题，从而实现电动无级连续变速(ECVT)的控制性能。利用高转矩特性的电动机实现传统变速器的增加转矩功能，可消除变速器、离合器等机构，使整车动力传动系统得到极大简化。通过合理控制发电机输出功率，可实现行车过程中实时调节电池SOC(电量状态)的功能。

由于汽车传统差速器的行星齿轮自转转速较小，且运动时间较短，因此汽车传统差速器的行星齿轮与行星齿轮轴之间无任何连接部件，仅靠两者之间的驱动桥润滑油改善其相对运动时的滑磨。目前所提出的润滑方法包括：适当增加差速器零部件的配合间隙，增大孔与轴接触线上的压力角，形成有效楔形间隙，促进油磨形成；在半轴齿轮、行星齿轮和行星轴上增加油道，使飞溅的油滴迅速进入摩擦表面，构成较好的润滑环境；对齿轮轴进行磷化处理，保证初始的润滑磨合；加装流体输送装置，利用可控压力调节机构对差速器进行润滑；设置润滑油池，保证润滑。

但当传统差速器用作混合动力电动汽车动力耦合装置时，其左、右输出半轴始终存在较大转速差，差速器行星齿轮及行星齿轮轴依靠上述润滑方法只能维持短时间的相对转动，否则会出现两者之间的严重滑磨。中国专利公告号为CN 2013339，公告日为2009年11月4日，专利号为ZL 200920092968.6，实用新型名称为“用作混合动力汽车动力耦合装置的差速器”。案中针对此问题提出了一种纯滚针轴承方案，即在行星齿轮与行星齿轮轴之间均匀安装滚针，目的是将它们之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以降低其滑磨，但是此种方案存在滚针装配困难，滚针之间容易出现运动干涉，使行星齿轮轴断裂，滚针部分弯曲，部分折断等问题，不但大大降低了差速器的寿命，且严重影响了车辆的正常动力传递。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了传统差速器行星齿轮及行星齿轮轴之间的滑磨问题，提供了一种采用带保持架的滚针轴承的用作混联式混合动力车辆动力耦合装置的差速器，既可有效地改善行星齿轮及行星齿轮轴之间滑磨问题，还可使滚针保持运行良好，防止运动干涉而折断等问题。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：差速动力耦合装置包括差速器壳体、左半轴齿轮垫片、左半轴齿轮、上行星齿轮、上行星齿轮垫片、行星齿轮轴锁销、右半轴齿轮垫片、右半轴齿轮、下行星齿轮、下行星齿轮垫片、不带孔圆套筒、行星齿轮轴、1号上滚针轴承、带孔圆套筒、2号上滚针轴承、1号下滚针轴承与2号下滚针轴承。

1号上滚针轴承、2号上滚针轴承与带孔圆套筒依次套装在行星齿轮轴的上端，1号上滚针轴承的下端面与行星齿轮轴的上轴肩相接触，2号上滚针轴承的下端面与1号上滚针轴承的上端面相接触，带孔圆套筒的下端面和2号上滚针轴承的上端面相接触。1号上滚针轴承与2号上滚针轴承上套装有上行星齿轮与上行星齿轮垫片。套装有带孔圆套筒的行星齿轮轴装入差速器壳体上端的孔内，行星齿轮轴锁销插入差速器壳体上端、行星齿轮轴和带孔圆套筒上的锥形通孔里为接触连接。

1号下滚针轴承、2号下滚针轴承与不带孔圆套筒依次套装在行星齿轮轴的下端，1号下滚针轴承的上端面与行星齿轮轴的下轴肩相接触，1号下滚针轴承的下端面与2号下滚针轴承的上端面相接触，2号下滚针轴承的下端面与不带孔圆套筒的上端面相接触。1号下滚针轴承与2号下滚针轴承上套装有下行星齿轮与下行星齿轮垫片。套装有不带孔圆套筒的行星齿轮轴装入差速器壳体下端的孔内，不带孔圆套筒与差速器壳体下端的内孔为过盈配合。行星齿轮轴上的上行星齿轮与下行星齿轮分别和安装在差速器壳体左、右端孔内的左半轴齿轮与右半轴齿轮同时啮合连接。

技术方案中所述的行星齿轮轴由左段轴、中段轴和右段轴组成。三段轴设置成一体，左段轴、中段轴和右段轴的对称轴线共线。左段轴与右段轴的直径相等，中段轴的直径大于左段轴与右段轴的直径，左段轴与右段轴分别和中段轴形成起定位作用的上轴肩与下轴肩。在左段轴的左端沿径向加工一个锥形通孔，锥形通孔的锥度与行星齿轮轴锁销的锥度相同，锥形通孔的对称轴线和行星齿轮轴的对称轴线垂直相交；所述的带孔圆套筒的筒壁上沿径向设置两个和行星齿轮轴锁销配装的锥形通孔，两个锥形通孔的对称轴线共线并和带孔圆套筒的对称轴线垂直相交。两个锥形通孔的锥度和行星齿轮轴锁销的锥度相同；所述的不带孔圆套筒是对1号下滚针轴承和2号下滚针轴承起限位作用的圆筒类结构件，不带孔圆套筒套装在行星齿轮轴右段轴的右端成动配合。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的差速动力耦合装置采用带保持架的滚针轴承，并重新加工行星齿轮轴和两个尺寸更小的圆套筒，就解决了传统差速器直接应用于混合动力汽车存在严重滑动摩损的问题，可使滚针保持运行良好，防止运动干涉而折断的问题。

2.本发明所述的差速动力耦合装置仅对传统差速器内部进行局部结构改造，就能将传统差速器直接应用于混合动力电动汽车上，起到了事半功倍的作用，大大简化了混合动力电动汽车动力耦合装置的全新设计与试制，节省时间，节约开销。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是表示本发明所述的采用带有保持架滚针轴承的用作混合动力车辆上的差速动力耦合装置结构原理主视图上的全剖视图；

图2是表示本发明所述的差速动力耦合装置中所采用的行星齿轮轴结构的主视图；

图3是表示本发明所述的差速动力耦合装置中所采用的不带孔圆套筒结构的主视图；

图4是表示本发明所述的差速动力耦合装置中所采用的带孔圆套筒结构的主视图；

图中：1.差速器壳体，2.不带孔圆套筒，3.左半轴齿轮垫片，4.左半轴齿轮，5.行星齿轮轴，6.1号上滚针轴承，7.上行星齿轮，8.上行星齿轮垫片，9.行星齿轮轴锁销，10.带孔圆套筒，11.2号上滚针轴承，12.右半轴齿轮垫片，13.右半轴齿轮，14.1号下滚针轴承，15.2号下滚针轴承，16.下行星齿轮，17.下行星齿轮垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，为了解决现有技术所采用的“纯滚针轴承”方案存在滚针装配困难、滚针之间容易出现运动干涉、使行星齿轮轴断裂、滚针部分弯曲或部分折断的问题，本发明提出了采用带保持架滚针轴承的用作混联式混合动力电动车辆动力耦合装置的差速器。或者说，仅对传统差速器内部进行局部结构改造，就能将传统差速器作为动力耦合装置而应用于混合动力电动汽车上。

本发明所述的差速动力耦合装置包括有差速器壳体1、不带孔圆套筒2、左半轴齿轮垫片3、左半轴齿轮(锥齿轮)4、行星齿轮轴5、1号上滚针轴承6、上行星齿轮(锥齿轮)7、上行星齿轮垫片8、行星齿轮轴锁销9、带孔圆套筒10、2号上滚针轴承11、右半轴齿轮垫片12、右半轴齿轮(锥齿轮)13、1号下滚针轴承14、2号下滚针轴承15、下行星齿轮16与下行星齿轮垫片17。其中：左半轴齿轮4与右半轴齿轮13、左半轴齿轮垫片3与右半轴齿轮垫片12、上行星齿轮7与下行星齿轮(锥齿轮)16和上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17是结构完全相同的零件。

参阅图2，所述的行星齿轮轴5是一轴杆类结构件，由左段轴、中段轴和右段轴组成，三段轴设置(加工)成一体，三段轴的对称轴线共线。左段轴与右段轴的直径相等，中段轴的直径大于左段轴与右段轴的直径，左段轴与右段轴和中段轴形成两个(左、右或说上、下)轴肩，两个(左、右或说上、下)轴肩对安装在左段轴和右段轴上的1号上滚针轴承6与2号上滚针轴承11和1号下滚针轴承14与2号下滚针轴承15起限位作用。在左段轴的左端沿径向加工一个锥形通孔，锥形通孔的锥度与行星齿轮轴锁销9的锥度相同，加工的径向锥形通孔的对称轴线和行星齿轮轴5的对称轴线垂直相交。

参阅图3，所述的不带孔圆套筒2是一筒类结构件，它套装在行星齿轮轴5右段轴的右端成动配合，不带孔圆套筒2套装在行星齿轮轴5右段轴右端的同时装入差速器壳体1下端的内孔里，并与差速器壳体1下端内孔成过盈配合，不带孔圆套筒2对安装在行星齿轮轴5右段轴上的1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15起限位作用。

参阅图4，所述的带孔圆套筒10也是一筒类结构件，在带孔圆套筒10的筒壁上沿径向设置(加工)两个锥形通孔，两个锥形通孔的对称轴线共线并和带孔圆套筒10的对称轴线垂直相交。两个锥形通孔用于穿插行星齿轮轴锁销9，所以两个锥形通孔的锥度和行星齿轮轴锁销9的锥度相同，带孔圆套筒10套装在行星齿轮轴5左段轴的左端，对安装在行星齿轮轴5左段轴上的1号上滚针轴承6与2号上滚针轴承11和对安装在差速器壳体1上的行星齿轮轴5起限位作用，套装在行星齿轮轴5左段轴上的带孔圆套筒10上的两个锥形通孔的对称轴线和行星齿轮轴5左段轴上的径向锥形通孔的对称轴线共线。

参阅图1与图2，本发明采用在行星齿轮轴5和上行星齿轮7与下行星齿轮16之间设置带保持架的1号上滚针轴承6、2号上滚针轴承11、1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15，由于上行星齿轮7与下行星齿轮16的厚度较大，所以在每一端安装两个滚针轴承。实施例中所采用的1号上滚针轴承6、2号上滚针轴承11、1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15选用型号同为K16x20x13的滚针轴承。2号上滚针轴承11与1号上滚针轴承6套装在行星齿轮轴5的上(左)端，1号上滚针轴承6的下(右)端面与行星齿轮轴5的上(左)轴肩相接触，2号上滚针轴承11的下(右)端面与1号上滚针轴承6的上(左)端面相接触，2号上滚针轴承11的上(左)端面和套装的带孔圆套筒10的下(右)端面相接触。

2号下滚针轴承15和1号下滚针轴承14套装在行星齿轮轴5的下(右)端，1号下滚针轴承14的上(左)端面与行星齿轮轴5的下(右)轴肩相接触，1号下滚针轴承14的下(右)端面与2号下滚针轴承15的上(左)端面相接触，2号下滚针轴承15的下(右)端面和套装的不带孔圆套筒2的上(左)端面相接触。

参阅图1，所述的行星齿轮轴锁销9是一轴杆类结构件，是具有一定锥度的锁销。行星齿轮轴锁销9插入差速器壳体1上的锥形锁销孔、带孔圆套筒10上的两个锥形通孔和行星齿轮轴5左段轴上的径向锥形通孔内，行星齿轮轴锁销9对行星齿轮轴5、带孔圆套筒10、1号上滚针轴承6、2号上滚针轴承11、1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15进行轴向定位。

参阅图1，所述的左半轴齿轮垫片3、右半轴齿轮垫片12、上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17为板类结构件。左半轴齿轮垫片3与右半轴齿轮垫片12为结构相同的平面板类结构件；上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17为结构相同的曲面板类结构件，上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17的形状和上行星齿轮7与下行星齿轮16背面的形状相同。左半轴齿轮垫片3、右半轴齿轮垫片12、上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17被分别安装在左半轴齿轮4、右半轴齿轮13、上行星齿轮7与下行星齿轮16后端面与差速器壳体1内壁之间成接触连接。

参阅图1与图2，左半轴齿轮4的左端装入差速器壳体1上的左端的内孔中为转动连接，并在左半轴齿轮4与差速器壳体1内壁之间装入左半轴齿轮垫片3成接触连接；右半轴齿轮13的右端装入差速器壳体1上的右端的内孔中为转动连接，并在右半轴齿轮13与差速器壳体1内壁之间装入右半轴齿轮垫片12成接触连接。行星齿轮轴5的左段轴上安装1号上滚针轴承6与2号上滚针轴承11，1号上滚针轴承6的右(下)端面与行星齿轮轴5的左(上)轴肩接触连接，2号上滚针轴承11的右(下)端面与1号上滚针轴承6的左(上)端面接触连接。带孔圆套筒10套装在行星齿轮轴5中左段轴的最左端，带孔圆套筒10的右(下)端面和2号上滚针轴承11的左(上)端面相接触，带孔圆套筒10筒壁上沿径向设置(加工)的两个锥形通孔和行星齿轮轴5左段轴的左端沿径向加工的锥形通孔要对正。行星齿轮轴5左(上)端的1号上滚针轴承6与2号上滚针轴承11上套装有上行星齿轮7与上行星齿轮垫片8，套装有带孔圆套筒10的行星齿轮轴5的一端装入差速器壳体1上端的孔内，行星齿轮轴锁销9插入差速器壳体1上端、行星齿轮轴5和带孔圆套筒10上的锥形通孔里，行星齿轮轴锁销9对行星齿轮轴5、带孔圆套筒10、1号上滚针轴承6和2号上滚针轴承11起到轴向定位作用。行星齿轮轴5的右段轴上安装有1号下滚针轴承14与2号下滚针轴承15，1号下滚针轴承14的左(上)端面与行星齿轮轴5的右(下)轴肩接触连接，1号下滚针轴承14的右(下)端面与2号下滚针轴承15的左(上)端面接触连接，2号下滚针轴承15的右(下)端面与不带孔圆套筒2的左(上)端面接触连接，不带孔圆套筒2套装在行星齿轮轴5右段轴上的同时与差速器壳体1下端的内孔为过盈配合，对1号下滚针轴承14与2号下滚针轴承15起到轴向定位作用。行星齿轮轴5右(下)端的1号下滚针轴承14与2号下滚针轴承15上套装有下行星齿轮16与下行星齿轮垫片17，上行星齿轮7与下行星齿轮16分别在左半轴齿轮4与右半轴齿轮13的上方与下方和左半轴齿轮4与右半轴齿轮13同时啮合连接。

上行星齿轮7与下行星齿轮16和左半轴齿轮4与右半轴齿轮13啮合间隙的调整：

本发明所述的上行星齿轮7与下行星齿轮16一般是处于自转当中，且转速较高，当上行星齿轮7与下行星齿轮16和左半轴齿轮4与右半轴齿轮13啮合间隙过小时可能导致润滑不良，甚至导致相啮合的齿轮卡死等情况。正确的齿轮啮合传动，可降低齿轮传动噪声以及提高齿轮传动的润滑质量、可靠性和使用寿命。而锥齿轮传动，由于制造上的原因，齿轮间的正常啮合不能一步到位，需要通过调整解决。本发明中采用固定调整法装配，通过上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17的厚度和左半轴齿轮垫片3与右半轴齿轮垫片12的厚度来保证上行星齿轮7与下行星齿轮16和左半轴齿轮4与右半轴齿轮13的啮合间隙。增大上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17和左半轴齿轮垫片3与右半轴齿轮垫片12的厚度，上行星齿轮7与下行星齿轮16和左半轴齿轮4与右半轴齿轮13的啮合间隙减小；减小上行星齿轮垫片8与下行星齿轮垫片17和左半轴齿轮垫片3与右半轴齿轮垫片12的厚度，上行星齿轮7与下行星齿轮16和左半轴齿轮4与右半轴齿轮13的啮合间隙增大。

参阅图2至图4，是为了配合安装带有保持架的1号上滚针轴承6、2号上滚针轴承11、1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15而重新设计与加工的行星齿轮轴5，为了保证行星齿轮轴5和1号上滚针轴承6、2号上滚针轴承11、1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15之间的配合，需要对重新设计与加工的行星齿轮轴5和行星齿轮轴5上的定位用的锥形通孔进行适当热处理，首先在行星齿轮轴5上加工定位用的锥形通孔，然后对整体行星齿轮轴5进行表面渗碳淬火以提高其表面硬度，从而满足与各滚针轴承接触的硬度要求，避免行星齿轮轴5及滚针出现压痕。为了防止1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15向脱离行星齿轮轴5的方向的轴向移动，设置不带孔圆套筒2和带孔圆套筒10。不带孔圆套筒2通过过盈配合压入差速器壳体1上的下端的孔内，带孔圆套筒10通过过度配合安装在差速器壳体1上的上端的孔内，并再通过行星齿轮轴锁销9进行轴向定位。

新设计加工的行星齿轮轴5、带孔圆套筒10、不带孔圆套筒2、1号上滚针轴承6、2号上滚针轴承11、1号下滚针轴承14与2号下滚针轴承15和现有技术的其它零件组装得到新的差速动力耦合装置。改型设计后差速动力耦合装置进行差速动力耦合试验后，表明加装带有保持架的1号上滚针轴承6、2号上滚针轴承11、1号下滚针轴承14和2号下滚针轴承15的差速动力耦合装置能够适应试验方案中不同车速和不同负载转矩所有试验点的试验工况，且差速动力耦合装置内的主要零件均没有明显的失效迹象；说明了通过上述改型后的传统车用差速器作为能够应用于混合动力电动汽车上新型差速耦合动力装置在功能实现上是完全可行。

通过上述改型设计，避免了原传统差速器行星齿轮和行星齿轮轴之间相对高速运转时由于滑动摩擦而出现的严重滑磨问题；使整个系统结构改动较少，且容易实现其差速动力耦合功能，方便其直接应用于混联式混合动力电动车辆上。

Claims (4)

1.一种差速动力耦合装置，包括差速器壳体(1)、左半轴齿轮垫片(3)、左半轴齿轮(4)、上行星齿轮(7)、上行星齿轮垫片(8)、行星齿轮轴锁销(9)、右半轴齿轮垫片(12)、右半轴齿轮(13)、下行星齿轮(16)与下行星齿轮垫片(17)；其特征在于，所述的差速动力耦合装置还包括不带孔圆套筒(2)、行星齿轮轴(5)、1号上滚针轴承(6)、带孔圆套筒(10)、2号上滚针轴承(11)、1号下滚针轴承(14)与2号下滚针轴承(15)；

1号上滚针轴承(6)、2号上滚针轴承(11)与带孔圆套筒(10)依次套装在行星齿轮轴(5)的上端，1号上滚针轴承(6)的下端面与行星齿轮轴(5)的上轴肩相接触，2号上滚针轴承(11)的下端面与1号上滚针轴承(6)的上端面相接触，带孔圆套筒(10)的下端面和2号上滚针轴承(11)的上端面相接触，1号上滚针轴承(6)与2号上滚针轴承(11)上套装有上行星齿轮(7)与上行星齿轮垫片(8)，套装有带孔圆套筒(10)的行星齿轮轴(5)装入差速器壳体(1)上端的孔内，行星齿轮轴锁销(9)插入差速器壳体(1)上端、行星齿轮轴(5)和带孔圆套筒(10)上的锥形通孔里为接触连接；

1号下滚针轴承(14)、2号下滚针轴承(15)与不带孔圆套筒(2)依次套装在行星齿轮轴(5)的下端，1号下滚针轴承(14)的上端面与行星齿轮轴(5)的下轴肩相接触，1号下滚针轴承(14)的下端面与2号下滚针轴承(15)的上端面相接触，2号下滚针轴承(15)的下端面与不带孔圆套筒(2)的上端面相接触，1号下滚针轴承(14)与2号下滚针轴承(15)上套装有下行星齿轮(16)与下行星齿轮垫片(17)，套装有不带孔圆套筒(2)的行星齿轮轴(5)装入差速器壳体(1)下端的孔内，不带孔圆套筒(2)与差速器壳体(1)下端的内孔为过盈配合，行星齿轮轴(5)上的上行星齿轮(7)与下行星齿轮(16)分别和安装在差速器壳体(1)左、右端孔内的左半轴齿轮(4)与右半轴齿轮(13)同时啮合连接。

2.按照权利要求1所述的差速动力耦合装置，其特征在于，所述的行星齿轮轴(5)由左段轴、中段轴和右段轴组成，三段轴设置成一体，左段轴、中段轴和右段轴的对称轴线共线，左段轴与右段轴的直径相等，中段轴的直径大于左段轴与右段轴的直径，左段轴与右段轴分别和中段轴形成起定位作用的上轴肩与下轴肩，在左段轴的左端沿径向加工一个锥形通孔，锥形通孔的锥度与行星齿轮轴锁销(9)的锥度相同，锥形通孔的对称轴线和行星齿轮轴(5)的对称轴线垂直相交。

3.按照权利要求1所述的差速动力耦合装置，其特征在于，所述的带孔圆套筒(10)的筒壁上沿径向设置两个和行星齿轮轴锁销(9)配装的锥形通孔，两个锥形通孔的对称轴线共线并和带孔圆套筒(10)的对称轴线垂直相交，两个锥形通孔的锥度和行星齿轮轴锁销(9)的锥度相同。

4.按照权利要求1所述的差速动力耦合装置，其特征在于，所述的不带孔圆套筒(2)是对1号下滚针轴承(14)和2号下滚针轴承(15)起限位作用的圆筒类结构件，不带孔圆套筒(2)套装在行星齿轮轴(5)右段轴的右端成动配合。

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