FR3034477A1

FR3034477A1 - SHAFT COUPLING DEVICE AND ASSEMBLY COMPRISING AN ELECTRIC MOTOR AND A GEARBOX COUPLED BY MEANS OF SUCH A DEVICE

Info

Publication number: FR3034477A1
Application number: FR1552895A
Authority: FR
Inventors: Stephane Decaux; Emmanuel Motte
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2016-10-07
Anticipated expiration: 2035-04-03
Also published as: FR3034477B1

Abstract

Ce dispositif d'accouplement d'un premier arbre (6) et d'un deuxième arbre (7) comprenant des cannelures pratiquées aux extrémités des arbres pour la transmission d'un couple moteur entre les arbres et des moyens de centrage desdits arbres. Les moyens de centrage comprennent une tige axiale (9) montée dans l'axe de rotation des premier et deuxième arbres et dont les extrémités mutuellement opposées sont insérées dans des alésages (10, 11) pratiqués dans les deux arbresThis coupling device of a first shaft (6) and a second shaft (7) comprising splines made at the ends of the shafts for transmitting a motor torque between the shafts and means for centering said shafts. The centering means comprise an axial rod (9) mounted in the axis of rotation of the first and second shafts and whose mutually opposite ends are inserted into bores (10, 11) made in the two shafts.

Description

1 Dispositif d'accouplement d'arbres et ensemble comprenant un moteur électrique et une boîte de vitesses accouplés au moyen d'un tel dispositif L'invention concerne, de manière générale, les systèmes d'accouplement d'arbres et, plus particulièrement, l'accouplement d'un arbre moteur et d'un arbre mené. Dans des applications particulièrement intéressantes mais non limitatives, l'invention concerne l'accouplement de l'arbre de sortie d'un moteur électrique de véhicule automobile et de l'arbre d'une boîte de vitesses couplé au moteur électrique. Il peut avantageusement s'agir de coupler l'arbre de sortie d'un moteur électrique à l'arbre d'une boîte de vitesses pour un véhicule automobile électrique ou hybride.The invention relates generally to tree coupling systems and, more particularly, to the coupling of shafts and to a gearbox comprising an electric motor and a gearbox coupled thereto. coupling of a motor shaft and a driven shaft. In particularly interesting but non-limiting applications, the invention relates to the coupling of the output shaft of a motor vehicle electric motor and the shaft of a gearbox coupled to the electric motor. It may advantageously be to couple the output shaft of an electric motor to the shaft of a gearbox for an electric or hybrid motor vehicle.

Comme on le sait, ce type de véhicule nécessite l'usage d'un moteur électrique dont la vitesse de rotation est particulièrement élevée et peut atteindre 18 000 tours/minute. Au montage, les arbres respectifs du moteur et de la boîte de vitesses doivent être axialement centrés avec une grande précision.As is known, this type of vehicle requires the use of an electric motor whose rotation speed is particularly high and can reach 18,000 revolutions / minute. When mounting, the respective shafts of the engine and the gearbox must be axially centered with great precision.

En particulier, lorsque le couple moteur est transmis entre l'arbre moteur et l'arbre de la boîte au moyen de cannelures, la précision du centrage axial des arbres doit être inférieure au jeu présent entre les cannelures. Par ailleurs, au problème de centrage axial des arbres s'ajoute le problème de l'encombrement de l'accouplement des arbres, qui doit être aussi réduit que possible. Le moteur électrique et la boîte de vitesses comportent des carters respectifs qui sont fixés l'un à l'autre. Il a été proposé, dans l'état de la technique, d'assurer le centrage axial des arbres en procédant au centrage des carters au moyen de douilles de positionnement.In particular, when the driving torque is transmitted between the motor shaft and the shaft of the box by means of splines, the accuracy of the axial centering of the shafts must be less than the clearance present between the splines. Moreover, to the problem of axial centering of the trees is added the problem of the clutter of the coupling of the shafts, which must be as small as possible. The electric motor and the gearbox have respective housings that are attached to each other. It has been proposed, in the state of the art, to ensure the axial centering of the shafts by centering the housings by means of positioning sleeves.

3034477 2 On pourra se référer aux figures 1 et 2 qui illustrent l'assemblage d'un moteur électrique ME et d'une boîte de vitesses BV. Comme indiqué précédemment, le moteur électrique et la boîte de vitesses sont chacun dotés d'un carter C et C' dans lesquels sont 5 respectivement montés l'arbre moteur 1 du moteur électrique ME et l'arbre 2 de la boîte de vitesses BV par l'intermédiaire de paliers tels que 3. Le couple délivré par le moteur est transmis à l'arbre 2 en prévoyant des cannelures d'extrémité qui engrènent les unes avec les 10 autres. Pour assurer le centrage axial des arbres, on procède au centrage des carters au moyen de douilles 4 dans lesquelles s'insèrent les vis de fixation des carters. Il a été constaté que le positionnement des arbres nécessite 15 l'alignement de huit pièces engendrant finalement 18 sources de dispersion de fabrication. Lorsque ces dispersions atteignent le jeu maximal admissible entre les dents des cannelures, des problèmes d'assemblage peuvent se poser, pouvant dans le pire des cas rendre impossible l'assemblage ou 20 engendrer des contraintes sur les arbres, altérant de la sorte la fiabilité et la durabilité de l'assemblage et de l'ensemble moteur électrique-boîte de vitesses. Il existe par ailleurs, dans l'état de la technique, diverses solutions permettant d'assurer l'accouplement de deux arbres tout en 25 permettant leur centrage. On pourra à cet égard se référer aux documents JP 2014 222 069 ; CN 2039 62 715 ; CN 2039 48 497 ; CN 1041 54 133 ; CN 2039 39 880 ; JP 2014 199 140 ; CN 1036 97 073 et CN 2036 275 60.3034477 2 We can refer to Figures 1 and 2 which illustrate the assembly of an electric motor ME and a gearbox BV. As indicated above, the electric motor and the gearbox are each equipped with a casing C and C 'in which the motor shaft 1 of the electric motor ME and the shaft 2 of the gearbox BV are respectively mounted by The torque delivered by the motor is transmitted to the shaft 2 by providing end splines which mesh with each other. To ensure the axial centering of the shafts, the casings are centered by means of sockets 4 into which the casing fixing screws are inserted. It has been found that the positioning of the shafts requires the alignment of eight pieces ultimately generating 18 sources of manufacturing dispersion. When these dispersions reach the maximum permissible clearance between the spline teeth, assembly problems may arise, which may in the worst case make assembly impossible or cause stress on the shafts, thereby impairing reliability and reliability. the durability of the assembly and the electric motor-gearbox assembly. There are also, in the state of the art, various solutions to ensure the coupling of two trees while allowing their centering. In this respect reference may be made to JP 2014 222 069; CN 2039 62715; CN 2039 48 497; CN 1041 54 133; CN 2039 39880; JP 2014 199 140; CN 1036 97 073 and CN 2036 275 60.

30 Mais aucune des solutions antérieures n'assure un centrage efficace et avec un encombrement réduit de lignes d'arbres réalisant la transmission d'un couple moteur au moyen de cannelures.However, none of the previous solutions ensures efficient centering and with a small bulk of tree lines providing the transmission of a motor torque by means of splines.

3034477 3 Au vu de ce qui précède, l'invention a pour but de permettre le centrage axial d'arbres accouplés au moyen de cannelures et ce dans un encombrement axial aussi réduit que possible. L'invention a ainsi pour objet un dispositif d'accouplement 5 d'un premier arbre et d'un deuxième arbre comprenant des cannelures pratiquées aux extrémités des arbres pour la transmission d'un couple moteur entre les arbres et des moyens de centrage desdits arbres. Les moyens de centrage comprennent une tige axiale montée dans l'axe de rotation des premier et deuxième arbres et dont les deux 10 extrémités mutuellement opposées sont insérées dans des alésages pratiqués dans les deux arbres. Dans un mode de réalisation, la tige comporte intérieurement un passage d'huile s'étendant entre deux zones d'extrémité des arbres diamétralement opposées.In view of the foregoing, the object of the invention is to allow the axial centering of coupled shafts by means of splines and in an axial space as small as possible. The invention thus relates to a coupling device 5 of a first shaft and a second shaft comprising splines made at the ends of the shafts for transmitting a motor torque between the shafts and means for centering said shafts. . The centering means comprise an axial rod mounted in the axis of rotation of the first and second shafts and the two mutually opposite ends of which are inserted into bores in the two shafts. In one embodiment, the shank internally has an oil passage extending between two end regions of the diametrically opposed shafts.

15 Le passage d'huile peut s'étendre perpendiculairement à l'axe de rotation des arbres. Le passage peut encore avoir une forme de V et comporter deux parties s'étendant obliquement dans la tige. Dans un mode de réalisation, la tige est montée avec un jeu 20 serré sur l'un des arbres et avec un jeu glissant sur l'autre arbre. L'invention a également pour objet un ensemble comprenant un moteur électrique et une boîte de vitesses de véhicule automobile comprenant un dispositif d'accouplement tel que défini ci-dessus pour l'accouplement d'un arbre moteur du moteur électrique et de l'arbre 25 mené de la boîte de vitesses. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite uniquement à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés sur lesquels : 30 - les figures 1 et 2 dont il a déjà été fait mention illustrent l'assemblage d'un moteur électrique et d'une boîte de vitesses et l'accouplement des arbres respectifs selon l'état de la technique ; 3034477 4 - la figure 3 est une vue en perspective d'un moteur électrique et d'une boîte de vitesses ; - la figure 4 est une vue en coupe partielle de l'ensemble de la figure 3, montrant le centrage de l'arbre du moteur et de la 5 boîte de vitesses au moyen d'un dispositif d'accouplement conforme à l'invention, - les figures 5 et 6 sont des vues de détail en coupe de deux modes de réalisation particuliers d'un dispositif d'accouplement conforme à l'invention, et la figure 7 10 illustre les avantages liés à l'utilisation d'un dispositif selon l'invention. On se réfèrera tout d'abord aux figures 3 et 4 qui illustrent respectivement en perspective et en coupe d'un ensemble constitué d'un moteur électrique ME et d'une boîte de vitesses BV associé ici à 15 un démarreur-génératrice hybride HSG pour véhicule automobile hybride. Sur la figure 4, on reconnaît le carter C du moteur électrique et le carter C' de la boîte de vitesses qui sont fixés l'un à l'autre au moyen d'un ensemble de boulons, tels que 5 et les arbres 6 et 7 du 20 moteur et de la boîte de vitesses, respectivement, supportés par des paliers, tels que 8. Comme indiqué précédemment, les arbres 6 et 7 sont dotés de cannelures d'extrémité qui engrènent les unes avec les autres pour transférer le couple délivré par le moteur électrique ME à l'arbre 7 de 25 la boîte de vitesses. Le centrage des arbres 6 et 7 s'effectue ici dans les arbres et non dans le carter en utilisant une tige 9 disposée axialement suivant l'axe de rotation des arbres, et placée dans les extrémités en regard des arbres.The oil passage may extend perpendicular to the axis of rotation of the shafts. The passage may still have a shape of V and have two parts extending obliquely in the rod. In one embodiment, the rod is mounted with a tight play on one of the shafts and with a slippery play on the other shaft. The invention also relates to an assembly comprising an electric motor and a motor vehicle gearbox comprising a coupling device as defined above for coupling a motor shaft of the electric motor and the shaft. 25 driven from the gearbox. Other objects, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings in which: FIGS. 1 and 2, of which it has already been mention is made of the assembly of an electric motor and a gearbox and the coupling of the respective shafts according to the state of the art; FIG. 3 is a perspective view of an electric motor and a gearbox; FIG. 4 is a partial sectional view of the assembly of FIG. 3, showing the centering of the motor shaft and of the gearbox by means of a coupling device according to the invention; FIGS. 5 and 6 are sectional detail views of two particular embodiments of a coupling device according to the invention, and FIG. 7 illustrates the advantages associated with the use of a device according to the invention. the invention. Reference will first be made to FIGS. 3 and 4 which respectively illustrate in perspective and in section an assembly consisting of an electric motor ME and a gearbox BV here associated with a hybrid starter-generator HSG for hybrid motor vehicle. In FIG. 4, the casing C of the electric motor and the casing C 'of the gearbox are identified which are fixed to each other by means of a set of bolts, such as 5 and the shafts 6 and 7 as shown above, shafts 6 and 7 are provided with end splines which mesh with each other to transfer the delivered torque. by the electric motor ME to the shaft 7 of the gearbox. The centering of the shafts 6 and 7 is carried out here in the shafts and not in the housing using a rod 9 arranged axially along the axis of rotation of the shafts, and placed in the opposite ends of the shafts.

30 Cette tige 9 s'insère par une première extrémité dans un alésage 10 pratiqué dans l'arbre 6 du moteur électrique ME tandis que l'extrémité opposée de la tige s'insère dans un alésage 11 pratiqué dans l'extrémité en regard 11 de l'arbre 7 de la boîte de vitesses.This rod 9 is inserted through a first end into a bore 10 formed in the shaft 6 of the electric motor ME while the opposite end of the rod is inserted into a bore 11 formed in the opposite end 11 of FIG. the shaft 7 of the gearbox.

3034477 5 Le centrage s'effectue ainsi uniquement grâce à la tige 9 qui assure le positionnement axial des deux arbres 6 et 7, les moyens de fixation assurant la fixation des carters C et C' et les cannelures des arbres 6 et 7 n'assurant aucune fonction de centrage des arbres.3034477 5 The centering is done only through the rod 9 which ensures the axial positioning of the two shafts 6 and 7, the fixing means ensuring the fixing of the casings C and C 'and the grooves of the shafts 6 and 7 ensuring no centering function of the trees.

5 En se référant aux figures 5 et 6, qui illustrent deux modes de réalisation particuliers d'un dispositif d'accouplement d'arbres conforme à l'invention, on pourra avantageusement prévoir dans la tige 9 un passage 12 permettant à de l'huile de circuler entre deux zones diamétralement opposées de la tige 9.Referring to FIGS. 5 and 6, which illustrate two particular embodiments of a shaft coupling device according to the invention, it will be possible advantageously to provide in the rod 9 a passage 12 allowing oil to circulate between two diametrically opposite zones of the rod 9.

10 Dans le mode de réalisation de la figure 5, le passage d'huile est rectiligne et s'étend selon un diamètre de la section de la tige 9. Dans le mode de réalisation de la figure 6, ce passage 12 a une forme globalement en V et comporte deux parties 12a et 12b qui débouchent radialement vers l'extérieur de la tige en s'étendant 15 obliquement par exemple selon un angle d'environ 30° par rapport à une perpendiculaire à l'axe de la tige. Ces trous de passage d'huile permettent l'amélioration de la lubrification de la cannelure. En effet, en fonctionnement, l'huile est délivrée par un gicleur 20 à une pression P2. Grâce à la force d'inertie, l'huile est projetée à l'interface entre les cannelures. Si le moteur s'arrête, l'huile tombe par gravité et circule à travers le passage 12 pour se répartir dans les dents des cannelures.In the embodiment of FIG. 5, the oil passage is rectilinear and extends along a diameter of the section of the rod 9. In the embodiment of FIG. 6, this passage 12 has a generally V and comprises two parts 12a and 12b which open radially outwardly of the rod extending obliquely for example at an angle of about 30 ° relative to a perpendicular to the axis of the rod. These oil passage holes allow the improvement of the lubrication of the groove. Indeed, in operation, the oil is delivered by a nozzle 20 at a pressure P2. Thanks to the inertia force, the oil is projected at the interface between the splines. If the engine stops, the oil falls by gravity and flows through the passage 12 to be distributed in the teeth of the grooves.

25 On notera que, à l'arrêt, l'huile recouvre la surface périphérique du passage, qui est plus importante en ce qui concerne le mode de réalisation de la figure 6 dans lequel le passage a une forme de V. Ce mode de réalisation permet d'orienter les gouttes d'huile dans les dents des cannelures.Note that, when stopped, the oil covers the peripheral surface of the passage, which is more important with respect to the embodiment of Figure 6 in which the passage has a V-shape. allows to orient the drops of oil in the teeth of the grooves.

30 Par ailleurs, en rotation, l'huile présente dans le passage 12 à une pression P1 permet de créer une contrepression de part et d'autre de cannelures et de confiner l'huile dans ces dernières.Moreover, in rotation, the oil present in the passage 12 at a pressure P1 makes it possible to create a counterpressure on either side of the grooves and to confine the oil therein.

3034477 6 On notera que dans les divers modes de réalisation envisagés, l'extrémité de la tige 12 s'insère dans l'alésage 10 de l'arbre 6 avec un jeu serré. Elle est ainsi frettée sur l'arbre 6. Par contre, l'extrémité opposée de la tige 9 est insérée dans 5 l'alésage complémentaire de l'arbre 7 avec un jeu glissant. Comme on le conçoit, l'invention qui vient d'être décrite, dans laquelle le centrage axial des arbres 6 et 7 s'effectue au moyen de la tige 9 s'insérant dans les extrémités en regard des arbres, ne met en oeuvre que trois pièces pour l'alignement des arbres, à savoir la tige 9 10 et les deux arbres, contrairement à l'état de la technique qui met en oeuvre huit pièces pour réaliser cet alignement. Finalement, cet alignement n'implique que quatre sources de dispersion de fabrication susceptibles d'avoir une influence sur ce centrage, garantissant une dérive inférieure à une valeur maximale de 15 seuil. En effet, il est généralement admis que le jeu maximum entre les cannelures est de 0,2 mm au maximum. En se référant à la figure 7, selon l'état de la technique, dans lequel on procède à l'alignement des arbres en utilisant des douilles de 20 centrage des carters, et qui met en oeuvre huit pièces pour l'alignement des arbres et par conséquent 18 sources de dispersion de fabrication, la somme des intervalles IT de tolérance conventionnelle peut atteindre 0,705 mm, pour un besoin de 0,2 mm. Au contraire, selon l'invention, on obtient une somme des 25 intervalles de tolérance égale à 0,184 mm au maximum. On obtient ainsi un centrage efficace des arbres, tout en garantissant que le couple de transmission s'effectue sur les flancs de cannelures et non pas sur les têtes de cannelures.It will be noted that in the various embodiments envisaged, the end of the rod 12 fits into the bore 10 of the shaft 6 with a tight clearance. It is thus hooped on the shaft 6. On the other hand, the opposite end of the rod 9 is inserted into the complementary bore of the shaft 7 with a sliding clearance. As it is conceivable, the invention which has just been described, in which the axial centering of the shafts 6 and 7 is effected by means of the rod 9 inserted into the ends facing the shafts, only implements three parts for the alignment of the shafts, namely the rod 9 10 and the two shafts, unlike the state of the art which uses eight pieces to achieve this alignment. Finally, this alignment involves only four sources of manufacturing dispersion likely to have an influence on this centering, guaranteeing a drift less than a maximum threshold value. Indeed, it is generally accepted that the maximum clearance between the flutes is 0.2 mm at most. Referring to FIG. 7, according to the state of the art, in which the shafts are aligned using casing centering sleeves, and which employs eight parts for aligning the shafts and As a result of 18 manufacturing dispersion sources, the sum of conventional tolerance IT intervals can reach 0.705 mm, for a requirement of 0.2 mm. On the contrary, according to the invention, a sum of the tolerance ranges equal to 0.184 mm maximum is obtained. This results in efficient centering of the shafts, while ensuring that the transmission torque is effected on the flanks of grooves and not on the flute heads.

Claims

REVENDICATIONS1. Device for coupling a first shaft (6) and a second shaft (7) comprising splines made at the ends of the shafts for transmitting a motor torque between the shafts and means for centering said shafts, characterized in that that the centering means comprise an axial rod (9) mounted in the axis of rotation of the first and second shafts and whose mutually opposite ends are inserted into bores (10, 11) made in the two shafts.

2. Device according to claim 1, wherein the rod internally comprises a passage (12) of oil extending between two end zones of the diametrically opposed shafts.

3. Device according to claim 2, wherein the passage (12) extends perpendicularly to the axis of rotation of the shafts.

4. Device according to claim 2, wherein the passage (12) has a shape of V and comprises two parts (12a, 12b) extending obliquely in the rod.

5. Device according to any one of claims 1 to 4, wherein the rod is mounted with a tight play on one of the shafts and with a game sliding on the other shaft.

6. An assembly comprising an electric motor and a motor vehicle gearbox, characterized in that it comprises a coupling device according to any one of claims 1 to 5 for the coupling of a motor shaft of the motor electric and a shaft driven gearbox.