CN111043284A - 双级行星齿轮减速器电驱动桥 - Google Patents

双级行星齿轮减速器电驱动桥 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种行星齿轮减速器电驱动桥，包括电机、行星齿轮减速器、差速器和桥壳，所述电机通过所述行星齿轮减速器输出动力至所述差速器，所述桥壳罩装于所述差速器两侧的半轴外部；所述电机的输出轴和所述行星齿轮减速器的中心构件分别开设有轴向贯通孔，所述电机的输出轴、所述行星齿轮减速器的中心和两根所述半轴同轴设置；其中，所述差速器的第一半轴轴向伸出，所述差速器的第二半轴轴向依次穿过行星齿轮减速器和所述电机的输出轴的轴向贯通孔伸出。本方案通过结构改进优化占用空间，并可降低传动系统的重量。

Description

双级行星齿轮减速器电驱动桥
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，具体涉及一种双级行星齿轮减速器电驱动桥。
背景技术
目前，在机械传动领域，行星齿轮传动以其较高的承载能力、较大的传动速比等优点广泛应用于航空、船舶、汽车等各个领域。其中，汽车行业中的纯电动汽车已成为近年来的主要研究方向，对于纯电动汽车而言，由于没有变速箱，故对减速器有了更高的传动速比的要求，单级行星齿轮减速器有时已经无法满足传动要求，因此，双级行星齿轮减速器应运而生，并逐渐广泛应用。
然而，传统电驱动后桥受其自身结构的限制，普遍存在着空间布置紧张及重量较大的问题。此外，受齿轮的加工精度、制造误差、安装误差等因素的影响，运转过程中的载荷难以均匀分配，进而导致系统产生振动噪声。
有鉴于此，亟待针对现有电驱动后桥进行优化设计，以有效降低整体占用空间及自重。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种行星齿轮减速器电驱动桥，通过结构改进优化占用空间，并可降低传动系统的重量。
本发明提供的行星齿轮减速器电驱动桥，包括电机、行星齿轮减速器、差速器和桥壳，所述电机通过所述行星齿轮减速器输出动力至所述差速器，所述桥壳罩装于所述差速器两侧的半轴外部；所述电机的输出轴和所述行星齿轮减速器的中心构件分别开设有轴向贯通孔，所述电机的输出轴、所述行星齿轮减速器的中心和两根所述半轴同轴设置；其中，所述差速器的第一半轴轴向伸出，所述差速器的第二半轴轴向依次穿过行星齿轮减速器和所述电机的输出轴的轴向贯通孔伸出。
优选地，所述电机的两侧分别设置有电机端盖，所述行星齿轮减速器的两侧分别设置有减速器端盖，且所述差速器的本体位于减速器端盖内；其中，第一桥壳与相应侧所述减速器端盖固定连接，第二桥壳与相应侧所述电机端盖固定连接。
优选地，所述行星齿轮减速器为太阳轮输入、行星架输出，输出动力的所述行星架与所述差速器的输入构件一体成形。
优选地，所述行星齿轮减速器具体为双级行星齿轮减速器，其中，第一级太阳轮为动力输入端，第二级行星架为动力输出端；所述电机为永磁同步电机。
优选地，所述差速器为对称式圆锥行星齿轮差速器，所述第二级行星架与所述差速器的壳体一体成形。
优选地，所述行星齿轮减速器的行星销轴的两端分别插装于所述行星轮和所述行星架的安装孔中，所述行星轮的安装孔的与所述行星架相对的内侧段为第一孔段，所述行星架的安装孔的与所述行星轮相对的内侧段为第二孔段，并配置为：所述第一孔段和所述第二孔段中，一者与所述行星销轴之间具有预设径向间隙，另一者与适配段的所述行星销轴的径向尺寸相同。
优选地，所述行星轮的安装孔形成于第一轴套，所述第一轴套插装在所述行星轮中心孔内的轴承中；所述行星架的安装孔形成于插装在所述行星架上的第二轴套。
优选地，所述第一轴套的内侧端具有沿所述轴承的内圈径向延伸形成第一凸肩，所述第二轴套的内侧端具有沿所述行星架径向延伸形成的第二凸肩。
优选地，所述第一孔段或所述第二孔段的孔径大于所在安装孔的外侧段的孔径，且所述行星销轴为台阶轴，所述台阶轴的小径段与所述第一孔段或所述第二孔段之间形成所述预设径向间隙，所述台阶轴的大径段直径与适配段所述安装孔的外侧段的径向尺寸相同。
优选地，所述台阶轴的小径段与所述第一孔段形成所述预设径向间隙，配置为：所述第一孔段的根部与所述轴承的外端面沿径向大致对齐；所述行星销轴的大径段延伸至所述第一孔段中，且所述大径段与所述第一孔段之间具有径向间隙；所述小径段的位于所述第一孔段中的轴向尺寸为所述第一孔段的轴向尺寸的2/3～9/10。
优选地，所述行星销轴的外端部具有与所述第一轴套的外端面形成轴向限位的径向凸肩，所述行星销轴的内侧端具有挡圈卡槽，卡装在所述挡圈卡槽中的弹性挡圈与所述第二轴套的外端面形成轴向限位。
与现有技术相比，本发明提供的行星齿轮减速器电驱动桥结构中驱动桥采用同轴式设计，其电机轴、减速器中心与半轴同轴设置，从而得以有效优化后桥布置空间，占用空间较小，如此设置，在满足最小离地间隙情况下对车辆底盘及后桥制动系统影响较小，解决了空间布置紧张的问题；同时，该电驱动桥结构中输出动力的行星架与差速器的输入构件一体成形，大幅简化了结构，减小了传动系统的重量，并可有效降低成本。
在本发明的优选方案中，其差速器的本体位于减速器端盖内，且第一桥壳与相应侧减速器端盖固定连接，第二桥壳与相应侧电机端盖固定连接。如此设置，减速器端盖、电机端盖与桥壳整体固定的设计，进一步优化了后桥的轴向布置空间，同时也减小了系统重量，减低了成本。
在本发明的另一优选方案中，采用双级行星齿轮减速器和永磁同步电机。相比传统结构，在大幅减小传动系统重量的基础上，能够大大提高传动系统的效率。
在本发明的又一优选方案中，行星轮与行星架之间增设有均载结构，该均载结构的行星销轴两端分别插装于行星轮和行星架的安装孔中，形成行星轮的基本连接关系；其中，行星轮安装孔与行星架安装孔相对的两个孔段中，一者与行星销轴之间具有预设径向间隙，另一者与适配段的行星销轴的径向尺寸相同。如此设置，行星轮系上的行星轮由行星销轴两侧支撑端对应的中心点分别形成类悬臂梁结构，基于预设径向间隙的设计，使得行星销轴在载荷作用下具有形变空间，由此，可通过行星轮与行星架间的径向相对位移形成行星系的自适应退让能力，实现行星轮之间的良好均载，从而大大降低振动噪声。与此同时，为行星齿轮减速器承载能力的提升提供了技术保障。
附图说明
图1为具体实施方式所述行星齿轮减速器电驱动桥的结构示意图；
图2为图1中所示双级行星齿轮减速器的结构简图；
图3为实施例一所述双级行星齿轮减速器的均载结构装配关系示意图；
图4为图3中第一级行星齿轮系均载结构的示意图；
图5为图3中第二级行星齿轮系均载结构的示意图；
图6为行星销轴的承载形变示意图；
图7为均载结构的受力原理图；
图8为实施例二所述均载结构装配关系示意图；
图9为实施例三所述均载结构装配关系示意图；
图10为实施例四所述均载结构装配关系示意图。
图中：
电机100、输出轴1001、第一电机端盖1002、第二电机端盖1003、电机桥壳连接法兰1004、行星齿轮减速器200、第一减速器端盖2001、第二减速器端盖2002、差速器300、第一半轴3001、第二半轴3002、壳体3003、第一桥壳4001、第二桥壳4002；
太阳轮10：第一级太阳轮11、第二级太阳轮12；
行星轮20：第一级行星轮21、第二级行星轮22；
行星架30：第一级行星架31、第二级行星架32；
行星销轴40：第一级行星销轴41、第二级行星销轴42、小径段401、大径段402、径向凸肩403、挡圈卡槽404、弹性挡圈405；
内齿圈50：第一级内齿圈51、第二级内齿圈52；
第一轴套60：第一级第一轴套61、第二级第一轴套62、第一孔段601、第一凸肩602、外侧段603；
轴承70：第一级轴承71、第二级轴承72；
第二轴套80：第一级第二轴套81、第二级第二轴套82、第二孔段801、第二凸肩802、外侧段803。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
不失一般性，本实施方式以图中所示采用双级行星齿轮减速器的驱动桥作为描述主体，详细说明本方案提供的电驱动桥结构。应当理解，该行星齿轮减速器的两级行星齿轮系的传动比及匹配关系，对本申请请求保护的电驱动桥未构成实质性限制。
请参见图1，该图示出了本实施方式所述行星齿轮减速器电驱动桥的结构示意图。
该行星齿轮减速器电驱动桥包括电机100、行星齿轮减速器200、差速器300和桥壳400；其中，电机100通过行星齿轮减速器200输出动力至差速器300，桥壳(第一桥壳4001、第二桥壳4002)罩装于差速器300两侧的半轴外部；如图所示，第一桥壳4001罩装于第一半轴3001外部，第二桥壳4002罩装于第二半轴3002外部，由此，分别通过两侧半轴输出动力至两侧车轮。本文中，所使用的“第一”、“第二”等序数词仅用于区别功能相同的构件或结构，应当理解，相应序数词的使用对所指代对象不具备限制作用。
其中，电机100的输出轴1001和行星齿轮减速器200的中心构件(太阳轮、行星架等构件)分别开设有轴向贯通孔，并且，电机100的输出轴1001、行星齿轮减速器200的中心和两根半轴同轴设置(第二半轴3002、第一半轴3001)，得以有效优化后桥布置空间，占用空间较小，在满足最小离地间隙情况下对车辆底盘及后桥制动系统影响较小，解决了空间布置紧张的问题；这里，行星齿轮减速器200的“中心”是指，该减速器的输入和输出构件的转动中心。如图所示，该差速器300的第一半轴3001轴向伸出，差速器300的第二半轴3002轴向依次穿过行星齿轮减速器200和电机100的输出轴1001的轴向贯通孔伸出。本方案中，行星齿轮减速器200为太阳轮输入、行星架输出，输出动力的行星架与差速器300的输入构件一体成形，大幅简化了结构，减小了传动系统的重量，并可有效降低成本。
进一步如图1所示，该电机100两侧分别设置有电机端盖：第一电机端盖1002和第二电机端盖1003，行星齿轮减速器200两侧分别设置有减速器端盖：第一减速器端盖2001和第二减速器端盖2002，且差速器300的本体位于第一减速器端盖2001内，具有更好的集成度；其中，第一桥壳4001与相应侧的第一减速器端盖2001固定连接，第二桥壳4002与相应侧的第二电机端盖1003固定连接，具体地，通过电机桥壳连接法兰1004作为过渡连接件，实现第二桥壳4002与第二电机端盖1003固定连接。
另外，本方案中用于分配动力的差速器300，可以采用对称式圆锥行星齿轮差速器，以最优分配驱动轮驱动力。
本方案中，电机100优选采用永磁同步电机，行星齿轮减速器200具体为双级行星齿轮减速器，第二级行星架32与差速器300的壳体3003一体成形。其中，第一级行星齿轮系和第二级行星齿轮系的传动原理相同。结合图2所示，两级行星齿轮系的内齿圈50均固定保持不动，太阳轮10输入转速通过各行星轮20自转与公转，其中，行星轮20公转带动行星架30输出转速；其中，第一级行星齿轮系的行星架31与第二级行星齿轮系中的太阳轮12同轴转动，可一体加工成形，该双级行星齿轮减速器的输入端为第一级太阳轮11、输出端为第二级行星架32。
该均载结构用于行星轮20(21、22)与行星架30(31、32)之间，请一并参见图3，该图示出了均载结构装配关系示意图。图中所示，第一级行星轮21与第一级行星架31之间以及第二级行星轮22与第二级行星架32之间，分别设置有本方案提供的行星系均载结构；其中，图4示出了第一级行星齿轮系均载结构的局部装配关系，图5示出了第二级行星齿轮系均载结构的局部装配关系。
需要说明的是，两级行星齿轮系的均载结构具有相同设计构思，下面以第一级行星齿轮系描述基础，详细说明具体实施例。
实施例一：
请参见图4，行星销轴40(41)的两端分别插装于行星轮20(21)和行星架30(31)的安装孔中，形成行星轮20的基本连接关系，并分别构建满足行星齿轮系传动关系的相应径向定位。
为了更加清晰描述均载结构的构成及作用机理，这里，定义行星轮20的安装孔的与行星架30相对的内侧段为第一孔段601，行星架30的安装孔的与行星轮20相对的内侧段为第二孔段801。本文中所使用的“内”、“外”等方位词，是以相适配的行星轮20和行星架30配合关系为基础定义的，也就是说，相应构件的近两者相邻位置的一侧为内侧、远离两者相邻位置的一侧为外侧；可以理解的是，上述方位词仅用于清楚准确地表达构件配合原理，对本申请的技术实质未构成任何限制。
本方案中，行星轮20侧的第一孔段601与行星销轴40(41)之间具有预设径向间隙δ，行星架30侧的第二孔段801与适配段的行星销轴40的径向尺寸相同。如此设置，行星轮系上的行星轮20由行星销轴40两侧支撑端对应的中心点分别形成类悬臂梁结构，基于该预设径向间隙δ的设计，使得行星销轴40在载荷作用下具有形变空间，具体请参见图6，该图示出了行星销轴承载变形示意。
第一轴套60(61)在外部载荷F、行星销轴40对其反作用力F和扭矩M1的作用下保持平衡；行星销轴40则在第一轴套60施加的作用力F和扭矩M1、行星架30施加的作用力F和扭矩M2的作用下保持平衡。
根据力矩平衡，可以得到：
M1＝FL
M2＝2FL-M1
可以注意到，M1与M2相等，即行星销轴40中心点处的弯矩为零，其两端在力与弯矩的耦合作用下斜度也为零，故可以看作是以销轴中心为固定支点的两个类悬臂梁结构，由此，本方案通过行星轮20与行星架30间的径向相对位移形成行星系的自适应退让能力，实现了行星轮20之间的良好均载，从而大大降低振动噪声。在此基础上，均载结构的设计使得行星齿轮减速器的承载能力得以大幅提升，提供了技术保障，对大载荷下振动噪声的有效控制具有重要意义。特别强调的是，该预设径向间隙δ大小可以根据具体减速器的实际总体参数及材料选择进行确定，只要与本方案核心设计构思一致均在本申请请求保护的范围内。
为了确保行星销轴具有良好的受力状态，可以增设两个轴套：第一轴套60(61)和第二轴套80(81)。如图所示，行星轮20的安装孔形成于第一轴套60，该第一轴套60插装在行星轮20中心孔内的轴承70(71)中；行星架30的安装孔形成于插装在行星架30上的第二轴套80。也就是说，行星销轴40分别通过两个轴套实现行星轮20与行星架30之间的传动。请一并参见图7，该图示出了本优选方案所述均载结构的受力原理图。
工作过程中，可避免行星销轴40直接与行星轮20、行星架30接触，由此全面保护行星销轴40、轴承内孔及行星架孔不受损伤；另外基于轴套的设置能够进一步控制行星销轴40弯曲退让空间，可最大限度地规避行星销轴40过度变形使得行星齿轮系产生破坏性故障。
另外，第一轴套60的内侧端具有沿轴承70的内圈径向延伸形成第一凸肩602，相应地，第二轴套80的内侧端具有沿行星架30径向延伸形成的第二凸肩802，可作为行星轮20和行星架30之间轴向相抵结构，在满足保护行星销轴40的基础上，还可避免轴向作用力对轴承70或行星架30产生影响。
另外，行星销轴40的外端部具有与第一轴套60的外端面形成轴向限位的径向凸肩403，行星销轴40的内侧端具有挡圈卡槽404，卡装在挡圈卡槽404中的弹性挡圈405与第二轴套80的外端面形成轴向限位，由此构建该行星销轴40与第一轴套60、第二轴套80的装配尺寸链，并具较好装配工艺性。
本方案中，第一孔段601孔径大于所在安装孔的外侧段603的孔径，以此与行星销轴40之间形成预设径向间隙δ；如图所示，该安装孔的外侧段603的孔径与适配段的行星销轴40的径向尺寸相同，构建该端的径向支撑定位。实际上，该预设径向间隙的形成还可以采用不同的结构方式实现，例如但不限于下述实施例。
实施例二：
本方案与实施例一所提供均载结构的主要设计构思一致，区别仅在于：行星销轴40为台阶轴，并在该台阶轴的小径段401与行星轮20侧安装孔的第一孔段601形成预设径向间隙δ，台阶轴的大径段402直径与适配段安装孔的径向尺寸相同。请参见图8，该图为本实施例所述均载结构的示意图，为了清楚示出本方案与前述实施例的区别和联系，相同功能构件和结构在图中以相同标记进行示明。
图中所示，行星轮系上的行星轮20由行星销轴40两侧支撑端对应的中心点分别形成类悬臂梁结构，基于该预设径向间隙δ的设计，使得行星销轴40在载荷作用下具有形变空间。其他组成及工作原理与实施例一相同，故本实施例不再赘述。
实施例三：
本方案与实施例一、二所提供均载结构的主要设计构思一致，区别仅在于：第一孔段601的孔径大于所在安装孔的外侧段603的孔径，且行星销轴40为台阶轴，该台阶轴的小径段401与行星轮20侧安装孔的第一孔段601之间形成预设径向间隙δ，台阶轴的大径段402直径与适配段安装孔的外侧段603的径向尺寸相同。请参见图9，该图为本实施例所述均载结构的示意图，为了清楚示出本方案与前述实施例的区别和联系，相同功能构件和结构在图中以相同标记进行示明。
图中所示，行星轮系上的行星轮20由行星销轴40两侧支撑端对应的中心点分别形成类悬臂梁结构，基于该预设径向间隙δ的设计，使得行星销轴40在载荷作用下具有形变空间。
进一步配置为：第一孔段601的根部与轴承70的外端面沿径向大致对齐；且该行星销轴40的大径段402延伸至第一孔段601中，该大径段402与第一孔段601之间也具有径向间隙，该小径段401的位于第一孔段601中的轴向尺寸为该第一孔段601的轴向尺寸的2/3～9/10。本优选方案中，行星销轴40受力后可产生大致呈S状变形，这样，行星齿销轴的两端在受载工作状态下保持水平，请一并参见图7，可确保齿轮系运行中动态配合关系中的各中心轴始终保持平行，从而进一步降低运行噪声。
本方案所述均载结构的其他组成及工作原理与实施例一、二相同，故本实施例不再赘述。
以上三个实施例的共性在于，该预设径向间隙δ形成于行星轮20侧的第一孔段601处。根据实际产品设计需要，该预设径向间隙δ也可形成于行星架30侧安装孔的第二孔段801处。
实施例四：
本方案与实施例一所提供均载结构的主要设计构思一致，区别仅在于：第二孔段801孔径大于所在安装孔的外侧段803的孔径，以此与行星销轴40之间形成预设径向间隙δ；请参见图10，该图为本实施例所述均载结构的示意图，为了清楚示出本方案与前述实施例的区别和联系，相同功能构件和结构在图中以相同标记进行示明。
如图所示，该安装孔的外侧段603的孔径与适配段的行星销轴40的径向尺寸相同，构建该端的径向支撑定位。采用该结构的行星轮系的行星轮20由行星销轴40两侧支撑端对应的中心点分别形成类悬臂梁结构，基于该预设径向间隙δ的设计，使得行星销轴40在载荷作用下具有形变空间。其他组成及工作原理与实施例一相同，故本实施例不再赘述。
需要说明的是，前述各实施方式所提供的行星齿轮减速器均载结构，非局限于应用在双级行星齿轮减速器。实际上，该均载结构可适用于不同级数的行星齿轮减速器，例如但不限于，单级行星齿轮减速器或者除双级外其他复数级行星齿轮减速器。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种行星齿轮减速器电驱动桥，包括电机、行星齿轮减速器、差速器和桥壳，所述电机通过所述行星齿轮减速器输出动力至所述差速器，所述桥壳罩装于所述差速器两侧的半轴外部；其特征在于，所述电机的输出轴和所述行星齿轮减速器的中心构件分别开设有轴向贯通孔，所述电机的输出轴、所述行星齿轮减速器的中心和两根所述半轴同轴设置；其中，所述差速器的第一半轴轴向伸出，所述差速器的第二半轴轴向依次穿过行星齿轮减速器和所述电机的输出轴的轴向贯通孔伸出；所述行星齿轮减速器为太阳轮输入、行星架输出，输出动力的所述行星架与所述差速器的输入构件一体成形。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮减速器电驱动桥，其特征在于，所述电机的两侧分别设置有电机端盖，所述行星齿轮减速器的两侧分别设置有减速器端盖，且所述差速器的本体位于减速器端盖内；其中，第一桥壳与相应侧所述减速器端盖固定连接，第二桥壳与相应侧所述电机端盖固定连接。
3.根据权利要求1所述的行星齿轮减速器电驱动桥，其特征在于，所述行星齿轮减速器具体为双级行星齿轮减速器，其中，第一级太阳轮为动力输入端，第二级行星架为动力输出端；所述电机为永磁同步电机。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的行星齿轮差速器电驱动桥，其特征在于，所述差速器为对称式圆锥行星齿轮差速器，所述第二级行星架与所述差速器的壳体一体成形。
5.根据权利要求1所述的行星齿轮差速器电驱动桥，其特征在于，所述行星齿轮减速器的行星销轴的两端分别插装于所述行星轮和所述行星架的安装孔中，所述行星轮的安装孔的与所述行星架相对的内侧段为第一孔段，所述行星架的安装孔的与所述行星轮相对的内侧段为第二孔段，并配置为：所述第一孔段和所述第二孔段中，一者与所述行星销轴之间具有预设径向间隙，另一者与适配段的所述行星销轴的径向尺寸相同。
6.根据权利要求5所述的行星齿轮差速器电驱动桥，其特征在于，所述行星轮的安装孔形成于第一轴套，所述第一轴套插装在所述行星轮中心孔内的轴承中；所述行星架的安装孔形成于插装在所述行星架上的第二轴套。
7.根据权利要求6所述的行星齿轮差速器电驱动桥，其特征在于，所述第一轴套的内侧端具有沿所述轴承的内圈径向延伸形成第一凸肩，所述第二轴套的内侧端具有沿所述行星架径向延伸形成的第二凸肩。
8.根据权利要求6或7所述的行星齿轮差速器电驱动桥，其特征在于，所述第一孔段或所述第二孔段的孔径大于所在安装孔的外侧段的孔径，且所述行星销轴为台阶轴，所述台阶轴的小径段与所述第一孔段或所述第二孔段之间形成所述预设径向间隙，所述台阶轴的大径段直径与适配段所述安装孔的外侧段的径向尺寸相同。
9.根据权利要求8所述的行星齿轮差速器电驱动桥，其特征在于，所述台阶轴的小径段与所述第一孔段形成所述预设径向间隙，配置为：所述第一孔段的根部与所述轴承的外端面沿径向大致对齐；所述行星销轴的大径段延伸至所述第一孔段中，且所述大径段与所述第一孔段之间具有径向间隙；所述小径段的位于所述第一孔段中的轴向尺寸为所述第一孔段的轴向尺寸的2/3～9/10。
10.根据权利要求9所述的行星齿轮差速器电驱动桥，其特征在于，所述行星销轴的外端部具有与所述第一轴套的外端面形成轴向限位的径向凸肩，所述行星销轴的内侧端具有挡圈卡槽，卡装在所述挡圈卡槽中的弹性挡圈与所述第二轴套的外端面形成轴向限位。
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