CN114483920A - 一种电动赛车集成式减速箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动赛车集成式的减速箱，属于减速箱技术领域。本技术方案包括中间壳体、左壳体、右壳体、差速器、减速器和驱动电机；所述中间壳体一侧与所述左壳体连接，另一侧与所述右壳体连接，将所述差速器、减速器和驱动电机包含其中成为一个整体，实现模块化；所述驱动电机一侧与所述右壳体连接，另一侧连接电机输出轴。本发明所述的一种电动赛车集成式减速箱实现了二合一电驱动系统，将驱动电机、减速器、差速器进行了集成设计，达到减速差速一体化，结构紧凑，功能齐全，运行环境全密封的目的。同时为实现整车的轻量化有很大贡献，对提升赛车的性能具有重要意义，特别适合大学生方程式赛车。
Description
技术领域
本发明涉及减速箱技术领域，特别涉及一种集成式电动赛车减速箱。
背景技术
随着石油资源的渐渐枯竭以及人类环保意识的逐步提升，纯电动汽车正在加速走进我们的生活。为了促进电动汽车领域的技术人才发展，由蔚来承办的“蔚来杯”FSEC中国大学生方程式，是国内级别最高，规模最大的大学生电动方程式赛事。
现在国内大部分单电机车队所用的是链传的方式来传递电机的输出功率与扭矩。这种传动方式会占据较大的空间，给整车布置带来一定难度。电动赛车的传动系统不同于传统燃油车辆以及普通的电动汽车传动系统。传动系统的设计优劣对赛车整车的性能产生很大影响。在比赛中会直接影响车辆的动力性、加速性以及经济性。当下越来越多的车队使用单体壳车身，而传统的链传的传动方式已经无法满足结构紧凑的要求，同时分体式的减速箱在与电机和差速器配合安装时，受限于车内狭小空间十分不便。所以设计一种功能集成、结构紧凑、质量小、维修检修方便的模块化减速箱是十分必要的。对于整车布置的优化以及轻量化，提升赛车的性能都有重大意义。
发明内容
发明提供一种电动赛车集成式减速箱，解决了传动系统体积过大，传动效率不高的问题，提高传动平顺性，功能集成，结构紧凑，安装方便，结构设计更为合理，可适配不同车型，具有一定使用寿命和检修方便的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：一种电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：包括中间壳体、左壳体、右壳体、差速器、减速器和驱动电机；所述中间壳体一侧与所述左壳体连接，另一侧与所述右壳体连接，将所述差速器、减速器和驱动电机包含其中成为一个整体，实现模块化；所述驱动电机一侧与所述右壳体连接，另一侧连接电机输出轴；所述电机输出轴连接所述减速器，所述减速器连接所述差速器。
进一步的，所述减速箱还包括油温传感器、磁性放油螺栓和M12透气帽；所述油温传感器与所述中间壳体连接，用于监测集成式减速箱的内部油温；所述磁性放油螺栓与所述左壳体连接，置于所述减速箱的下方，能在所述减速箱运转时吸附存在于油液中的铁屑；所述M12透气帽与所述左壳体连接，置于所述减速箱的顶部，实现内部温度调控和内外压力平衡。
进一步的，所述减速器包括减速箱第一齿，减速箱第二齿，减速箱第三齿，减速箱第四齿，第一轴，中间轴，第一级主动齿轮和第二级主动齿轮；所述第一级主动齿轮与所述第一轴集成为所述减速箱第一齿，所述减速箱第一齿与所述电机输出轴连接；所述减速箱第二齿与减速箱第一齿啮合组成第一对齿轮副；所述第二级主动齿轮与所述中间轴集成为所述减速箱第三齿，所述减速箱第二齿与所述减速箱第三齿连接；所述减速箱第四齿与减速箱第三齿啮合组成第二对齿轮副。
进一步的，所述减速箱第一齿，所述减速箱第二齿，所述减速箱第三齿和所述减速箱第四齿均采用细高齿型的直齿圆柱齿轮，齿顶高系数为1.3，齿根高系数为1.5，材料为42CrMo，制造齿轮的工艺为电火花慢走丝工艺，热处理和后处理工艺为高频淬火加调制处理，最后进行磨粒流抛光；所述减速箱第一齿和所述减速箱第四齿的中心距为180mm。
进一步的，所述减速箱第一齿与电机输出轴通过花键配合传递动力，所述减速箱第一齿两端设置有深沟球轴承；所述减速箱第二齿与所述减速箱第三齿通过花键配合传递动力；所述减速箱第三齿两端设置有深沟球轴承。
进一步的，所述差速器为机械式限滑差速器，所述机械式限滑差速器和所述差速器内部零件被差速器壳体与差速器壳盖包含在内，成为一个整体。
进一步的，所述减速箱第四齿设有内花键，所述差速器壳体上设有与之配合的外花键与之连接；所述限滑差速器两端设有花键，能配合长度不同的球笼输出动力；所述减速箱第四齿上设有八个螺栓孔位，所述差速器壳体与所述差速器壳盖上设有八个通孔，所述差速器壳盖盖在所述差速器壳体上，通过八颗紧固螺栓，将所述减速箱第四齿、所述差速器壳体和所述差速器壳盖连接在一起，组成差速器分成部分；所述差速器壳体外侧与所述差速器壳盖外侧均设有深沟球轴承与所述中间壳体和所述左壳体相连接。
所述减速箱还包括氟橡胶密封圈，在所述减速箱第一齿、所述中间壳体、所述左壳体、所述差速器盖和所述差速器壳体的油封处均设有所述氟橡胶密封圈，使所述减速箱内部运行环境密封。
进一步的，所述中间壳体、所述左壳体和所述右壳体均采用7075-T6铝合金，经过普通氧化，非轴承位的壁厚为3mm，所有轴承位壁厚4mm，附近加强筋方向延轴承孔位为中心呈辐射状布置。
进一步的，所述差速器壳体和所述差速器壳盖均采用7075-T6铝合金，经过硬质氧化氧化。
本发明的有益的技术效果在于：
本发明设计的一种电动赛车集成式减速箱，实现了二合一电驱动系统，将驱动电机、减速器、差速器进行了集成设计，达到减速差速一体化，结构紧凑，功能齐全，运行环境全密封的目的。传动系统可随车辆总布置进行整体移动，根据不同FSEC车型进行适配；装配合理简单，在外部安装完成之后，直接放入车内固定，降低安装难度。配合油温传感器、磁性放油螺丝、M12透气帽等部件，更可以提高检修效率、增大发现问题的几率；同时为实现整车的轻量化有很大贡献，对提升赛车的性能具有重要意义，特别适合大学生方程式赛车。
附图说明
图1为本发明的结构与部件简图；
图2为本发明的右侧视角装配图；
图3为本发明的左侧视角装配图；
图4为本发明差速器分成部分；
图5为本发明差速器的装配图；
图6为本发明壳体内部零件俯视图；
图7为本发明壳体内部零件侧视图；
图8为本发明的爆炸简图；
图9为本发明的爆炸简图；
其中：1、中间壳体；2、左壳体；3、右壳体；4、驱动电机；5、机械式限滑差速器(LSD)；6、差速器壳体；7、差速器壳盖；8、电机输出轴；9、减速箱第一齿；10、减速箱第二齿；11、减速箱第三齿；12、减速箱第四齿；13、深沟球轴承；14、滚针轴承；15、氟橡胶密封圈；16、油温传感器；17、磁性放油螺栓；18、M12透气帽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
首先是驱动电机的选型，电机采用斯洛文尼亚ENSTROJ公司生产的中压版EMRAX-228。
其次是差速器的选择，选择德国的Drexler的机械式限滑差速器(LSD)，可以有效降低内侧轮的功率损耗，可以明显提升弯速。
图1、图8、图9为本实施例装置的结构示意图，主要包括各种零部件，如减速箱齿轮、减速箱壳体、驱动电机ERMAX228、机械式限滑差速器(LSD)、油温传感器、磁性放油螺丝等。减速箱中间壳体1与左壳体2和右壳体3相互连接，驱动电机4与右壳体3连接，电机输出轴8与驱动电机4连接，第一级主动齿轮与第一轴集成的减速箱第一齿9与电机输出轴8连接，减速箱第二齿10通过与减速箱第一齿9啮合组成第一对齿轮副，同时减速箱第二齿10与第二级主动齿轮与中间轴集成的减速箱第三齿11连接，减速箱第四齿12与减速箱第三齿11啮合组成第二对齿轮副，机械式限滑差速器5被差速器壳体6与差速器壳盖7包含在内，差速器壳体6先和减速箱第四齿12配合连接，减速箱第四齿12再与差速器壳盖7相连接，组成差速器分成部分，同时所有减速箱内部零件被三个壳体包含在内。
本实施例中减速箱还包括油温传感器16、磁性放油螺栓17。油温传感器16直接与中间壳体1相连接，达到在运转时测量集成式减速箱的内部油温的功能。磁性放油螺栓17与左壳体2相连接，该螺栓带有磁性可在减速箱运转时吸附存在在油液中的铁屑，达到延长减速箱寿命的目的,根据AVL preonlab软件的仿真运算，减速箱的下方区域油液经过量最多，故此磁性放油螺栓17的放置位置选择为减速箱的下方。
减速箱还包括氟橡胶密封圈15，放置在减速箱第一齿9与中间壳体1的油封处，同时左壳体2和中间壳体1以及差速器壳盖7和差速器壳体6的油封处的两边也设置有油封处，将氟橡胶密封圈15放置其中，使减速箱内部运行环境密封。
若箱体完全气密，箱体内空气压力会随着温度变化而变化，壳体内部压力的升高会导致油封边缘接触压力的上升，使局部温度升高，从而造成密封面的磨损以致泄露。当箱体内为负压时，油封边缘接触压力下降，又使箱体之外的空气、水、灰尘等吸入箱体内。为防止上述问题，本实施例设计有M12透气帽18，使空气可以进出壳体，从而维持箱体内外气压平衡，同时调节减速箱内部温度。M12透气帽18与左壳体2相连接，位置设计在减速箱油飞溅时最不可能到达的顶部。
本实施例中，中间壳体1与左壳体2通过十五颗螺栓进行紧固连接以及两颗定位销，进行位置的定位，中间壳体1与右壳体3通过八颗螺栓进行紧固连接以及两颗定位销，进行位置的定位。驱动电机4与右壳体3通过六颗紧固螺栓进行连接。电机输出轴8通过六颗紧固螺栓与驱动电机4进行连接，以传递出电机的动力。减速箱第一齿9通过花键配合与电机输出轴8进行配合，传递动力。同时在减速箱第一齿9两端设置有深沟球轴承13。减速箱第二齿10与减速箱第一齿9组成第一对齿轮副，传递动力。同时减速箱第二齿10与减速箱第三齿11通过花键配合，传递动力。同时减速箱第三齿11两端同样设置有深沟球轴承13。减速箱第四齿12与减速箱第三齿11组成第二对齿轮副，传递动力。
如图4与图5，减速箱第四齿12设计有内花键，差速器壳体6上设计有与之配合的外花键，先将减速箱第四齿12与差速器壳体6进行配合连接，再将限滑差速器5装入差速器壳体6内，限滑差速器5两端设置有花键，可配合长度不同的球笼将动力输出，限滑差速器5通过花键配合的方式与差速器壳体6连接在一起，传递动力。减速箱第四齿12上设计有八个螺栓孔位，差速器壳体6与差速器壳盖7上设计有八个通孔，将差速器壳盖7盖在差速器壳体6上之后，通过八颗紧固螺栓，将三个部件连接在一起，再通过内部的限滑差速器5，实现了动力传递以及差速的功能。在差速器壳体6的外侧与差速器壳盖7的外侧设置有深沟球轴承与中间壳体1和左壳体2相连接。差速器壳体6和差速器壳盖7经过重新设计，有效缩短了原有尺寸，达到了尺寸小的设计目标。
本实施例中，所述减速箱第一齿9，所述减速箱第二齿10，所述减速箱第三齿11和所述减速箱第四齿12均为直齿圆柱齿轮，且采用非标齿轮，齿形采用细高齿型，齿顶高系数为1.3，齿根高系数为1.5，所述减速箱第一齿9和所述减速箱第四齿12的中心距为180mm；达到提高重合度，提升传动平顺性，减小零件的体积的功能。齿轮材料为42CrMo，制造齿轮的工艺为电火花慢走丝工艺，热处理和后处理工艺为高频淬火加调制处理，最后进行磨粒流抛光。经过如此处理工艺，增加了42CrMo材料原有的强度，使得齿轮的齿宽比较小。表1中列举了齿轮的具体信息。
表1
本实施例中，中间壳体1、左壳体2、右壳体3均采用7075-T6铝合金材料，同时设计壁厚为3mm，壳体上轴承位所受应力较大，所有轴承位壁厚增加至4mm，附近加强筋方向延轴承孔位为中心呈辐射状布置，达到轻量化效果。中间壳体1、左壳体2、右壳体3均经过普通氧化处理，提升强度、耐磨性。
差速器壳体6、差速器壳盖7经过硬质氧化处理，提升强度以及化学性质和物理性质。
本实施例的工作原理是：驱动电机4的动力输出至电机输出轴8，再经过减速箱第一齿9、减速箱第二齿10、减速箱第三齿11、减速箱第四齿12，以此达到减速的效果功能；输出的动力直接通过减速箱第四齿12传递到差速器壳体6上，再经过差速器壳体6与限滑差速器5相连接，输入到限滑差速器5上，实现差速的功能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
Claims (10)
1.一种电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：包括中间壳体(1)、左壳体(2)、右壳体(3)、差速器、减速器和驱动电机(4)；
所述中间壳体(1)一侧与所述左壳体(2)连接，另一侧与所述右壳体(3)连接，将所述差速器、减速器和驱动电机(4)包含其中成为一个整体，实现模块化；
所述驱动电机(4)一侧与所述右壳体(3)连接，另一侧连接所述电机输出轴(8)；所述电机输出轴(8)连接所述减速器，所述减速器连接所述差速器。
2.根据权利要求1所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述减速箱还包括油温传感器(16)、磁性放油螺栓(17)和M12透气帽(18)；
所述油温传感器(16)与所述中间壳体(1)连接，用于监测所述减速箱的内部油温；
所述磁性放油螺栓(17)与所述左壳体(2)连接，置于所述减速箱的下方，能在所述减速箱运转时吸附存在于油液中的铁屑；
所述M12透气帽(18)与所述左壳体(2)连接，置于所述减速箱的顶部，实现内部温度调控和内外压力平衡。
3.根据权利要求1所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述减速器包括减速箱第一齿(9)，减速箱第二齿(10)，减速箱第三齿(11)，减速箱第四齿(12)，第一轴，中间轴，第一级主动齿轮和第二级主动齿轮；
所述第一级主动齿轮与所述第一轴集成为所述减速箱第一齿(9)，所述减速箱第一齿(9)与所述电机输出轴(8)连接；所述减速箱第二齿(10)与所述减速箱第一齿(9)啮合组成第一对齿轮副；所述第二级主动齿轮与所述中间轴集成为所述减速箱第三齿(11)，所述减速箱第二齿(10)与所述减速箱第三齿(11)连接；所述减速箱第四齿(12)与所述减速箱第三齿(11)啮合组成第二对齿轮副。
4.根据权利要求3所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述减速箱第一齿(9)，所述减速箱第二齿(10)，所述减速箱第三齿(11)和所述减速箱第四齿(12)均采用细高齿型的直齿圆柱齿轮，齿顶高系数为1.3，齿根高系数为1.5，材料为42CrMo，制造齿轮的工艺为电火花慢走丝工艺，热处理和后处理工艺为高频淬火加调制处理，最后进行磨粒流抛光；所述减速箱第一齿(9)和所述减速箱第四齿(12)的中心距为180mm。
5.根据权利要求3或4所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述减速箱第一齿(9)与所述电机输出轴(8)通过花键配合传递动力，所述减速箱第一齿(9)两端设置有深沟球轴承(13)；所述减速箱第二齿(10)与所述减速箱第三齿(11)通过花键配合传递动力；所述减速箱第三齿(11)两端设置有深沟球轴承(13)。
6.根据权利要求1所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述差速器为机械式限滑差速器(5)，所述机械式限滑差速器(5)和所述差速器内部零件被差速器壳体(6)与差速器壳盖(7)包含在内，成为一个整体。
7.根据权利要求3和6所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述减速箱第四齿(12)设有内花键，所述差速器壳体(6)上设有与之配合的外花键与之连接；所述限滑差速器(5)两端设有花键，能配合长度不同的球笼输出动力；所述减速箱第四齿(12)上设有八个螺栓孔位，所述差速器壳体(6)与所述差速器壳盖(7)上设有八个通孔，所述差速器壳盖(7)盖在所述差速器壳体(6)上，通过八颗紧固螺栓，将所述减速箱第四齿(12)、所述差速器壳体(6)和所述差速器壳盖(7)连接在一起，组成差速器分成部分；所述差速器壳体(6)外侧与所述差速器壳盖(7)外侧均设有深沟球轴承(13)，与所述中间壳体(1)和所述左壳体(2)相连接。
8.根据权利要求1所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述减速箱还包括氟橡胶密封圈(15)，在所述减速箱第一齿(9)、所述中间壳体(1)、所述左壳体(2)、所述差速器壳盖(7)和所述差速器壳体(6)的油封处均设有所述氟橡胶密封圈(15)，使所述减速箱内部运行环境密封。
9.根据权利要求1所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述中间壳体(1)、所述左壳体(2)和所述右壳体(3)均采用7075-T6铝合金，经过普通氧化，非轴承位的壁厚为3mm，所有轴承位壁厚4mm，附近加强筋方向延轴承孔位为中心呈辐射状布置。
10.根据权利要求1所述的电动赛车集成式的减速箱，其特征在于：所述差速器壳体(6)和所述差速器壳盖(7)均采用7075-T6铝合金，经过硬质氧化氧化。
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