CN113007320A - 电驱动单元的轴承和轴布置 - Google Patents

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Abstract

一种汽车电驱动单元的轴承和轴布置，包括齿轮箱。齿轮箱内的第一电动机与齿轮箱内的第一轴接合并使第一轴轴向旋转。齿轮箱内的第二电动机与齿轮箱内的第二轴接合并使第二轴轴向旋转。第一滚子轴承组件将第一轴支撑到齿轮箱的第一结构构件。第二滚子轴承组件将第二轴支撑到齿轮箱的第一结构构件。推力轴承定位在第一滚子轴承组件和第二滚子轴承组件之间，在驱动模式中直接接触第一轴和第二轴，并且反作用于第一轴的第一轴向载荷和第二轴的指向第一轴向载荷的第二轴向载荷。

Description

电驱动单元的轴承和轴布置
技术领域
本公开涉及汽车电驱动单元。
背景技术
汽车变速器通常利用需要预加载的锥形轴承来支撑半轴。锥形轴承最大限度地限制半轴进行轴向位移，然而锥形轴承会施加推力和摩擦载荷，推力和摩擦载荷通过变速器壳体的结构反作用。因此需要通过变速器壳体的附加结构来适应锥形轴承的使用，并且还会增加变速器的噪声、振动与声振粗糙度(NVH)。
由于结构和轴承设计需要承载轴的轴向和径向载荷，因此半轴通常独立定位并支撑在离轴构造中。轴承靠近变速器壳体的外壁增加了噪音输出，并且需要增加结构和重量来适应。
因此，虽然当前的汽车电驱动单元实现了其预期目的，但是仍需要一种用于布置汽车电驱动单元的轴承和轴的新的且改进的系统和方法。
发明内容
根据若干方面，一种电驱动单元的轴承和轴布置，包括齿轮箱。第一电动机与齿轮箱内的第一轴接合并使第一轴轴向旋转，从而限定轴围绕旋转纵向轴线旋转。第二电动机与齿轮箱内的第二轴接合并使第二轴轴向旋转。反作用轴承构件定位在第一轴和第二轴之间，直接接触第一轴和第二轴，并且反作用于第一轴的第一轴向载荷和第二轴的指向第一轴向载荷的第二轴向载荷。
在本公开的另一方面，反作用轴承构件是推力轴承。
在本公开的另一方面，第一电动机运行使第一电动机轴旋转；第一电动机轴与第一传动轴接合并使第一传动轴轴向旋转。第一传动轴与第一轴接合并直接使第一轴轴向旋转。
在本公开的另一方面，第二电动机运行使第二电动机轴旋转；第二电动机轴与第二传动轴接合并使第二传动轴轴向旋转。第二传动轴与第二轴接合并直接使第二轴轴向旋转。
在本公开的另一方面，第一滚子轴承组件将第一轴的第一端支撑到齿轮箱的第一结构构件；第二滚子轴承组件将第二轴的第三端支撑到齿轮箱的第一结构构件。
在本公开的另一方面，第一滚珠轴承组件将第一轴的第二端支撑到齿轮箱的第二结构构件；第二滚珠轴承组件将第二轴的第四端支撑到齿轮箱的第三结构构件。
在本公开的另一方面，第一滚子轴承组件和第一滚珠轴承组件限定自由-自由(free-free)轴承组件，其中第一滚子轴承组件反作用于第一轴的径向载荷，具有推力轴承的第一滚珠轴承组件反作用于第一轴的第一轴向载荷。
在本公开的另一方面，第二滚子轴承组件和第二滚珠轴承组件限定自由-自由轴承组件，其中第二滚子轴承组件反作用于第二轴的径向载荷，具有推力轴承的第二滚珠轴承组件反作用于第二轴的第二轴向载荷。
在本公开的另一方面，第一固定构件定位在第一滚子轴承组件和第一结构构件之间，以相对于第一结构构件轴向固定第一滚子轴承组件；第二固定构件定位在第二滚子轴承组件和第一结构构件之间以相对于第一结构构件轴向固定第二滚子轴承组件。
在本公开的另一方面，齿轮箱设置有第一结构构件；第一传动轴的第一传动齿轮与第一结构构件啮合，第二传动齿轮与第一轴啮合。
在本公开的另一方面，第二传动轴的第三传动齿轮与第一结构构件啮合，第四传动齿轮与第二轴啮合。
根据若干方面，一种电驱动单元的轴承和轴布置包括齿轮箱。齿轮箱内的第一电动机与齿轮箱内的第一轴接合并使第一轴轴向旋转。齿轮箱内的第二电动机与齿轮箱内的第二轴接合并使第二轴轴向旋转。第一滚子轴承组件将第一轴支撑到齿轮箱的第一结构构件。第二滚子轴承组件将第二轴支撑到齿轮箱的第一结构构件。推力轴承定位在第一滚子轴承组件和第二滚子轴承组件之间，在驱动模式中直接接触第一轴和第二轴，并且反作用于第一轴的第一轴向载荷和第二轴的指向第一轴向载荷的第二轴向载荷。
在本公开的另一方面，第一滚珠轴承组件将第一轴的与第一滚子轴承组件相对的端部支撑到齿轮箱的第二结构构件；间隔构件定位在第一滚珠轴承组件和第二结构构件之间，从而轴向定位齿轮箱内的第一滚珠轴承组件。
在本公开的另一方面，第二滚珠轴承组件将第二轴的与第二滚子轴承组件相对的端部支撑到齿轮箱的第三结构构件。
在本公开的另一方面，第一轴和第二轴一起在旋转轴线上同轴对准并且在旋转轴线上旋转。
在本发明的另一方面，在再生模式中，限定无动力向前运行，产生第一轴和第二轴的向外且相反指向的轴向力，该轴向力相对于第一轴向载荷和第二轴向载荷相反指向。
在本公开的另一方面，第一滚珠轴承组件支撑第一轴的端部，与第一滚子轴承组件相对定位，并且反作用于第一轴的径向载荷；第二滚珠轴承组件支撑第二轴的端部，与第二滚子轴承组件相对定位，并且反作用于第二轴的径向载荷。
在本公开的另一方面，该指向外的轴向力被抵靠齿轮箱的第二结构构件定位的第一滚珠轴承组件的垫片和抵靠齿轮箱的第三结构构件定位的第二滚子轴承组件的座圈反作用。
根据若干方面，一种汽车电动驱动单元的轴承和轴布置包括壳体。壳体内的第一电动机与壳体内的第一轴接合并使第一轴轴向旋转。壳体内的第二电动机与壳体内的第二轴接合并使第二轴轴向旋转。第一滚子轴承组件将第一轴支撑到壳体的第一结构构件。第二滚子轴承组件将第二轴支撑到壳体的第一结构构件。推力轴承定位在第一滚子轴承组件和第二滚子轴承组件之间，在驱动模式中直接接触第一轴和第二轴，并且反作用于第一轴的第一轴向载荷和第二轴的指向第一轴向载荷的第二轴向载荷。第一滚珠轴承组件支撑第一轴的与第一滚子轴承组件相对的端部，并且反作用于第一轴的径向载荷。第二滚珠轴承组件支撑第二轴的与第二滚子轴承组件相对的端部，并且反作用于第二轴的径向载荷。
在本公开的另一方面，在再生模式中，限定汽车无动力向前运行，产生第一轴和第二轴的向外且相反指向的轴向力，该轴向力相对于第一轴向载荷和第二轴向载荷相反指向，并且在零轴向载荷施加到推力轴承的情况下由第一滚珠轴承组件和第二滚珠轴承组件反作用。
在本公开的另一方面，第一电动机运行使第一电动机轴旋转，第一电动机轴与第一传动轴接合并使第一传动轴轴向旋转，第一传动轴与第一轴接合并直接使第一轴轴向旋转；第二电动机运行使第二电动机轴旋转，第二电动机轴与第二传动轴接合并使第二传动轴轴向旋转，其中第二传动轴与第二轴接合并直接使第二轴轴向旋转；其中第一传动轴包括与第一结构构件啮合的第一传动齿轮和与第一轴啮合的第二传动齿轮，第二传动轴包括与第一结构构件啮合的第三传动齿轮和与第二轴啮合的第四传动齿轮。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据示例性方面的具有轴承和轴布置的双驱动变速器的侧面立视截面图；以及
图2是图1的区域2的侧面立视截面图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。
参考图1，电驱动单元12的轴承和轴布置10包括壳体，例如具有第一电动机16的齿轮箱14。第一电动机16与第一电动机轴18接合并使其轴向旋转，从而限定齿轮箱14内的轴围绕旋转纵向轴线旋转。第一电动机轴18与齿轮箱14内的第一传动轴20接合并使其轴向旋转。第一传动轴20与齿轮箱14内的第一轴22接合并使其轴向旋转。根据若干方面，第一轴22限定半轴。第一轴22与第一轮毂24连接并使其旋转。在齿轮箱14内，电动驱动单元12还包括第二电动机26。第二电动机26与齿轮箱14内的第二电动机轴28接合并使其轴向旋转。第二电动机轴28与齿轮箱14内的第二传动轴30接合并使其轴向旋转。第二传动轴30与齿轮箱14内的第二轴32接合并使其轴向旋转。根据若干方面，第二轴32限定半轴。第二轴32与第二轮毂34连接并使其旋转。根据若干方面，第一轴22和第二轴32同轴设置并在旋转轴线36上旋转。
参考图2并再次参考图1，第一轴22的面向内的第一端38利用第一滚子轴承组件42可旋转地支撑到齿轮箱14的内部第一结构构件40上。第一固定构件44，例如第一夹具，定位在第一滚子轴承组件42和第一结构构件40之间，相对于第一结构构件40轴向固定第一滚子轴承组件42。与外圈不同，第一滚子轴承组件42的内圈46不是轴向固定的，因此相对于第一轴22的面向内的第一端38是“自由的”。
第一轴22的面向外的第二端48利用第一滚珠轴承组件52可旋转地支撑到齿轮箱14的第二结构构件50。间隔构件54，例如垫圈，位于第一滚珠轴承组件52和第二结构构件50之间，从而轴向定位齿轮箱14内的第一滚珠轴承组件52，第一滚珠轴承组件52的座圈56不是轴向固定的，因此相对于第一轴22的第二端48是“自由的”。在电驱动单元12以驱动模式(其限定具有电驱动单元12的汽车的动力向前驱动模式)运行期间，横向于第一轴22的旋转轴线36作用的径向力60由第一滚子轴承组件42和第一滚珠轴承组件52承载。在电驱动单元12以驱动模式运行期间，还产生指向内的轴向力62。由于指向内的轴向力62，第一轴22相对于第一滚子轴承组件42和第一结构构件40以及相对于第一滚珠轴承组件52和第二结构构件50自由地轴向移动。
因为第一滚珠轴承组件52仅承载与指向内的轴向力62相同方向的单一方向上的轴向载荷，所以仅需要使第一滚珠轴承组件52保持在与指向内的轴向力62相同方向的单一方向。相反地在再生模式中，第一轴22压在第一滚珠轴承组件52的内圈56上。该载荷通过第一滚珠轴承组件52的滚珠反作用于外圈中并在齿轮箱14的第二结构构件50处接地。在驱动模式中，第一滚珠轴承组件52无载荷，由于外径处的间隙以及由于滑动配合界面，不承载轴向载荷。下面描述的第二滚珠轴承组件76的功能与上述类似，其中轴向载荷的方向相反。
同样，第二轴32的面向内的第三端64利用第二滚子轴承组件66可旋转地支撑到齿轮箱14的内部第一结构构件40上。第二固定构件68，例如夹具，定向在第二滚子轴承组件66和第一结构构件40之间，相对于第一结构构件40轴向固定第二滚子轴承组件66。与外圈不同，第二滚子轴承组件66的内圈70不是轴向固定的，因此相对于第二轴32的面向内的第三端64是“自由的”。因此，第二轴32相对于第二滚子轴承组件66和第一结构构件40自由地轴向移动。
第二轴32的面向外的第四端72利用第二滚珠轴承组件76可旋转地支撑到齿轮箱14的第三结构构件74上。在第二滚珠轴承组件76和第三结构构件74之间不使用诸如垫圈等间隔构件54轴向定位齿轮箱14内的第二滚珠轴承组件76，第二滚珠轴承组件76的座圈78不是轴向固定的，因此其相对于第二轴32的面向外的第四端72是“自由的”。因此，第二轴32相对于第二滚珠轴承组件76以及相对于第三结构构件74自由地轴向移动。
在电驱动单元12以驱动模式运行期间，横向于第二轴32的旋转轴线36作用的径向力79由第二滚子轴承组件66和第二滚珠轴承组件76承载。在电驱动单元12以驱动模式操作期间，螺旋旋向相反的齿轮相反地朝向齿轮箱14的中心驱动第一轴22和第二轴32的轴向载荷。为了反作用于第一轴22和第二轴32的指向内的相反轴向位移，反作用轴承构件，例如推力轴承80，定位在第一轴22的面向内的第一端38和第二轴32的面向内的第三端64之间。在不超出本公开的精神和范围的情况下，除了推力轴承80，反作用轴承构件可替代地可采用推力垫圈或其他类型的反作用轴承构件。在运行驱动模式期间，推力轴承80定位在第一滚子轴承组件42的内座圈46和第二滚子轴承66的内座圈70之间并与内座圈直接接触。第二轴32的轴向载荷产生与第一轴22的指向内的轴向力62方向相反的指向内的轴向力82。由于轴向力82，第二轴32可相对于第二滚子轴承组件66和第一结构构件40以及第二滚珠轴承组件76和第三结构构件74自由地轴向移动。
推力轴承80在驱动模式中承载由齿轮驱动的所有轴向载荷。由于轮胎胎面、气压、轮胎尺寸或车辆操纵的不一致性，推力轴承80须考虑第一轴22和第二轴32的差速。因此推力轴承80限定允许轮胎打滑时速度不同或者由于轮胎输出速度不同的低速度差。通过利用推力轴承80来反作用于第一轴22和第二轴32的相反的轴向推力，使得第一和第二滚珠轴承组件52、76的尺寸可以减小，滚珠轴承组件仅需反作用径向力60、79。减小第一和第二滚珠轴承组件52、76的尺寸使得成本降低，重量减小，NVH得到改善并通过限制旋转摩擦从而提高效率。
推力轴承80使得无需锥形轴承来承受需要预加载的轴的轴向载荷，因此提供了由圆柱或滚子轴承组件和滚珠轴承组件组成的更高效的系统来承受轴的径向载荷。滚子和滚珠轴承组件布置成每个轴的固定-自由(fixed-free)设计，然而作为系统表现为自由-自由设计。在这种布置中，轴(例如示出的示例性半轴)在驱动模式下被轴向地推到一起，并且推力轴承80反作用于相反的轴向负载，从而允许两个轴具有速度差。由推力轴承80抵消轴向载荷，从而可实现更小和更高效的滚珠轴承组件，并消除了滚珠轴承组件的轴向负载的损耗。
继续参考图2并再次参考图1，示出了齿轮系的多个齿轮。第一传动轴20包括与第一电动机轴18(在图1中更清楚地示出)啮合的第一传动齿轮84和与第一轴22啮合的第二传动齿轮86。类似地，第二传动轴30包括与第二电动机轴28(在图1中更清楚地示出)啮合的第三传动齿轮88和与第二轴32啮合的第四传动齿轮90。传动齿轮具有相反的螺旋旋向。例如，第二传动齿轮86和第四传动齿轮90具有相反的螺旋旋向。在驱动模式中，由相反旋向的传动齿轮施加的轴向载荷由定位在第一轴22和第二轴32之间并与其接触的推力轴承80抵消。因此，推力轴承80无需典型轴承布置所常见的在同时按压中间轴承时啮合传动齿轮。在本公开中，滚珠轴承组件和滚子轴承组件在内径(ID)承受挤压而在外径(OD)可滑动，因此在同时啮合传动齿轮时不会增加挤压的复杂性。
因为滚子轴承组件和滚珠轴承组件承载径向载荷，并且因为推力轴承80定位在齿轮箱14的质心附近，所以推力轴承80的布置使噪声路径通向电驱动单元12中的内部部件和结构，而不是电驱动单元12的齿轮箱14的外壁，从而改善了电驱动单元12的噪声、振动与声振粗糙度(NVH)。
在电驱动单元12以再生模式(其限定具有电驱动单元12的汽车无动力向前运行)运行期间，横向于第一轴22的旋转轴线36作用的径向力60继续由第一滚子轴承组件42和第一滚珠轴承组件52承载，横向于第二轴32的旋转轴线36作用的径向力79继续由第二滚子轴承组件66和第二滚珠轴承组件76承载。在电驱动单元12以再生模式操作期间，产生相对于指向内的轴向力62、82相反指向的第一轴22和第二轴32的指向外的轴向力92、94。指向外的轴向力92、94由第一滚珠轴承组件52的垫圈54反作用于第二结构构件50，并由第二滚珠轴承组件76的座圈反作用于第三结构构件74。指向外的轴向力92、94比在驱动模式下出现的指向内的轴向力62、82小且发生的频率低。应注意，推力轴承80利用所示的用于组件的示例性导向件96来导向，导向件96在使用期间保持推力轴承80的位置。导向件96的设计不是限制性的，可以使用其它导向件设计。还应注意，在再生模式中，第一轴22与第二轴32空间分离，并且推力轴承80无反作用力，从而限制本公开的轴承组件的摩擦载荷。
本布置包括两个输出轴，其可以是由独立的专用电动机通过齿轮系驱动的半轴。驱动半轴的齿轮系的相反旋向的齿轮沿相同方向被驱动，使得半轴在驱动模式中被推向彼此，或者相反地在再生模式中彼此远离。推力轴承直接定位在半轴的相面对的端部之间，以抵消半轴在驱动模式中朝向彼此驱动时的轴向载荷。滚珠轴承组件承受半轴的轴向载荷，而圆柱或滚子轴承承受半轴的径向载荷。在驱动模式下，滚珠轴承组件无载荷，减少了驱动模式下的轴承载荷。
本公开的电驱动单元的轴承和轴布置具有很多优点，这包括，轴和轴承的布置允许推力轴承在驱动模式下分担和消除两个相对的半轴的轴向载荷，从而允许具有速度和扭矩差。该轴承布置还包括在相反的再生模式中承载半轴的轴向载荷的滚珠轴承组件，以及承载径向载荷并定位齿轮的圆柱滚子轴承组件。利用推力轴承消除半轴的轴向载荷使得滚珠轴承组件能够尺寸更小，效率更高，并且消除由于滚珠轴承组件的轴向载荷而引起的损耗。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变化旨在落入本公开的范围内。这些变化不应视为偏离了本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种汽车电驱动单元的轴承和轴布置，包括：
齿轮箱；
第一电动机，运行以使所述齿轮箱内的第一轴轴向旋转；
第二电动机，运行以使所述齿轮箱内的第二轴轴向旋转；以及
反作用轴承构件，定位在所述第一轴和所述第二轴之间，在驱动模式中直接接触所述第一轴和所述第二轴，并且反作用于所述第一轴的第一轴向载荷和所述第二轴的指向所述第一轴向载荷的第二轴向载荷。
2.根据权利要求1所述的汽车电驱动单元的轴承和轴布置，所述反作用轴承构件是推力轴承。
3.根据权利要求2所述的汽车电驱动单元的轴承和轴布置，还包括：
第一电动机轴，通过所述第一电动机的运行而进行旋转；以及
第一传动轴，与所述第一电动机轴接合并通过所述第一电动机轴进行轴向旋转，其中所述第一传动轴与所述第一轴接合并直接使所述第一轴轴向旋转。
4.根据权利要求3所述的汽车电驱动单元的轴承和轴布置，还包括：
第二电动机轴，通过所述第二电动机的运行而进行旋转；以及
第二传动轴，与所述第二电动机轴接合并通过所述第二电动机轴进行轴向旋转，其中所述第二传动轴与所述第二轴接合并直接使所述第二轴轴向旋转。
5.根据权利要求4所述的汽车电驱动单元的轴承和轴布置，还包括所述第一传动轴的与所述第一电动机轴啮合的第一传动齿轮以及所述第一传动轴的与所述第一轴啮合的第二传动齿轮。
6.根据权利要求5所述的汽车电驱动单元的轴承和轴布置，还包括所述第二传动轴的与所述第二电动机轴啮合的第三传动齿轮以及所述第二传动轴的与所述第二轴啮合的第四传动齿轮。
7.根据权利要求5所述的汽车电动驱动单元的轴承和轴布置，还包括：
所述齿轮箱的第一结构构件；
第一固定构件，定位在所述第一滚子轴承组件和所述第一结构构件之间，将所述第一滚子轴承组件轴向固定到所述第一结构构件上；以及
第二固定构件，定位在所述第二滚子轴承组件和所述第一结构构件之间，将所述第二滚子轴承组件轴向固定到所述第一结构构件上。
8.根据权利要求1所述的汽车电动驱动单元的轴承和轴布置，还包括：
第一滚子轴承组件，将所述第一轴的第一端支撑到所述齿轮箱的第一结构构件；以及
第二滚子轴承组件，将所述第二轴的第三端支撑到所述齿轮箱的所述第一结构构件。
9.根据权利要求8所述的汽车电动驱动单元的轴承和轴布置，还包括：
第一滚珠轴承组件，将所述第一轴的第二端支撑到所述齿轮箱的第二结构构件；以及
第二滚珠轴承组件，将所述第二轴的第四端支撑到所述齿轮箱的第三结构构件。
10.根据权利要求9所述的汽车电驱动单元的轴承和轴布置，其中所述第一滚子轴承组件和所述第一滚珠轴承组件限定自由-自由轴承组件，其中所述第一滚子轴承组件和所述第一滚珠轴承组件反作用于所述第一轴的径向载荷，所述推力轴承反作用于所述第一轴向载荷。
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