一种车用二自由度解耦轮边减速传动机构的制作方法

本实用新型属机械工程领域，具体涉及一种适用于分布式电动驱动汽车轮边驱动的、可以实现减速输出端铅垂方向直线平动自由度与减速输出端绕轴转动自由度解耦的动力传递装置。。

背景技术：

分布式驱动电动汽车为了减小非簧载质量将电机悬置，在采取普通轮边减速器时未考虑到电机与转动输出端之间的耦合，在转动输出端发生跳动时可能导致动力传递不连续或者运动干涉。与此同时，在分布式驱动电动汽车车轮不规律跳动时，很难通过其他控制手段解决减速输出端随车轮跳动与减速输出端绕轴转动的矛盾。从现有的解耦轮边减速机构可以看出如下问题：部分解耦轮边减速器不能完全实现自由度解耦，甚至会出现运动干涉；部分解耦轮边减速器占用空间较大，质量较大，从而带来了通过性减低、非簧载质量增加的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本文设计了一种车用二自由度解耦轮边减速传动机构，旨在克服减速器输出端随车轮不规律受迫振动与驱动力可靠传递和运动干涉之间的矛盾，适用于分布式驱动电动汽车，在减小悬架簧下质量的同时使其能够获得稳定的动力输出，解决轮边电机与车轮运动耦合的不良影响。

本实用新型的技术方案结合附图说明如下：

一种二自由度解耦轮边减速机构，主要由差速器总成、双惰轮式行星齿轮副、减速器壳体构成，减速齿轮部分采用双中心轮双惰轮式行星齿轮副，两个沿减速器中心线C-C对称安装的行星惰轮46啮合同一个齿圈40，齿圈40与减速器输出轴26连接，减速器输出轴26通过轴承29、48和减速器壳体20保持同轴；在行星齿轮副的两端行星支架连杆之间都各自装有法兰轴套，连杆和行星惰轮轴之间靠滚动轴承连接；差速器输出轴6、15穿过带有通槽的减速器壳体封盖18，差速器输出轴6、15可以在通槽中铅垂地沿中心线C-C平动；减速器输入端行星支架连杆21上固定安装的导向限位销19与减速器壳体封盖18上的导向限位槽相配合；差速器的两根同轴线同输出端输出输出轴6、15与太阳直齿轮49连接，输入动力的同时抵消由于两个行星惰轮46在动力输出端随车轮不规律跳动时发生等大反向的位移而产生的速度差，差速器通过支架3固定在车架底盘上，保证动力输入端的轴线、差速器轴线和两根差速器输出轴的轴线A-A同轴线。

所述的差速器输入端不限于花键副输入，也可以是其他形式，比如齿轮副、皮带传动、链条传动以及法兰凸缘传动等等。

所述的差速器通过差速器壳体接收动力后，经过行星锥齿轮将动力分成两支传递到同轴线同输出端的两根差速器输出轴6、15，其可在减速器壳体封盖18的滑槽中沿滑槽轴线C-C平动，即差速器输出轴6、15始终与车架底盘相对静止。

所述的减速器行星齿轮副的两个太阳直齿轮15、49与差速器两根输出轴6、15固定连接，两个太阳直齿轮与差速器同轴线A-A，两个太阳直齿轮15、49各自分别与一个行星惰轮46啮合，两个行星惰轮46的轴线时刻平行且当减速器输出轴26与差速器输出轴6、15同轴线时(原始安装状态)与两个太阳直齿轮15、49的轴线在同一水平线。两个行星惰轮46将动力传给同一齿圈40，齿圈40与减速器输出轴26固定连接，输出轴将动力传递到下一级。

所述的减速器行星惰轮46通过惰轮轴23、41与行星齿轮支架连杆组连接，行星齿轮支架连杆可绕安装轴线A-A(B-B)以及组内连杆之间相对转动，由此实现当动力输出端随车轮不规律上下跳动时行星惰轮46的位置也随之改变，并保证两个行星惰轮46时刻与太阳直齿轮15、49和齿圈40完全啮合。

所述的输入端行星齿轮支架连杆a21固定安装导向限位销19，与减速器壳体封盖18上的导向限位滑槽相配合，解决了行星齿轮支架的自由度矛盾，即在任何时刻行星支架不可绕安装轴线A-A不停地绕圈旋转与当动力输出端随车轮不规律上下跳动时行星支架连杆需要绕安装轴线A-A转动一定角度的矛盾。

所述的行星支架连杆在动力输出端随车轮不规律上下跳动时，同一连杆组中的两根连杆会绕安装轴线A-A(或B-B)以减速器中心线C-C对称地转动等大反向的角度。

所述的减速器壳体20应该根据安装环境设计安装与车架底盘连接的连杆，保证该减速器壳体和车架支架只有相对车架的铅垂方向有平动自由度，而相对车架的横向方向没有任何的旋转自由度。

所述的减速器部分可相对车架铅垂方向发生适中的跳动量，减速器部分采用的行星齿轮副减小了减速器的空间尺寸，降低了整体质量，通过外部连杆的承力同时减低了非簧载质量。

附图说明

图1为本实用新型所提供装置的组成正视示意图。

图2为本实用新型所提供装置的组成俯视示意图。

图3为本实用新型所提供装置的组成侧视示意图。

图4为本实用新型所提供减速器行星齿轮支架连杆简化示意图。

图5、图6和图7为本实用新型所提供减速器行星齿轮支架连杆运动原理图。

图8为本实用新型减速器壳体封盖导向限位槽轨迹示意图。

图9为本实用新型动力传输路线示意图。

图中：1为差速器主动壳体，2、17、34、44、50、53为孔卡，3为差速器支架，4、16、29、33、48、55为滚动轴承，5、14为滑动轴承，6为差速器输出轴，7、37为螺栓，8为差速器行星齿轮轴，9、11、24、36、38、51、54为垫片，10为差速器行星齿轮，12为差速器输出锥齿轮，13为差速器被动壳体，15为差速器空心输出轴，18为减速器壳体封盖，19导向限位销，20为减速器壳体，21为输入端行星齿轮支架连杆a,22为输入端行星齿轮支架连杆b，23、41为行星惰轮轴，25为端盖，26为减速器输出轴，27为骨架油封，28、31、43、47、55为轴卡，30为输出端行星齿轮支架连杆a，32、39为法兰轴承，35为输出端行星齿轮支架连杆b，40为齿圈，42为惰轮挡环，45为滚针轴承，46为行星惰轮，49为太阳直齿轮，58为差速器行星齿轮轴锁销，A-A为差速器输出轴轴线，B-B为减速器输出轴轴线，C-C为减速器中心线(通槽轴线)。

具体实施方式

下面结合附图所述实施进一步说明本实用新型的具体内容及其具体实施方式:

本实用新型所提供装置对自由度解耦功能的实现主要依靠差速器总成、双惰轮式行星齿轮副、减速器壳体等机构，主要包括：差速器主动壳体1、差速器被动壳体13、差速器行星齿轮轴8、差速器行星锥齿轮11和差速器器输出锥齿轮12、差速器行星齿轮轴锁销58，太阳直齿轮49、差速器空心输出轴15、两根输入连杆21、22和相应的球轴承与法兰轴套、导向限位销19、两根惰轮轴23、41、两个行星惰轮46和相应的滚针轴承45、惰轮挡环42、两根输出端行星齿轮支架连杆30、35和相应的球轴承与法兰轴套、齿圈40、减速器输出轴26、减速器壳体20、减速器壳体封盖18、骨架油封27、端盖25、各定位卡环以及各固定螺栓和配套垫片。

差速器输出轴6从差速器空心输出轴15内部穿过，通过法兰轴套57与差速器空心输出轴15相配合，同时作为该差速器输出轴6的后端支撑。差速器输出轴6的端部通过渐开线花键与太阳直齿轮49配合，太阳直齿轮49靠轴卡43固定在差速器输出轴6上。太阳直齿轮和差速器空心输出轴15上的太阳直齿轮分别在水平面上对称地外啮合一个直齿行星惰轮46。行星惰轮46通过滚针轴承45安装在行星惰轮轴23、41上，滚针轴承45通过卡环44、47固定在直齿惰轮46和行星惰轮轴23、41上，一侧的惰轮挡环42靠行星惰轮轴台肩定位，另一侧的惰轮挡环42靠卡环固定在行星惰轮轴上。两个行星惰轮46同时和一个齿圈40啮合，该齿圈通过内六角螺栓与减速器输出轴26的凸缘盘相配合。

输入端行星齿轮支架连杆a 21通过球轴承安装在差速器空心输出轴15上。输入端行星齿轮支架连杆b 22通过法兰轴套56和输入端行星齿轮支架连杆a21装配，法兰轴套56法兰端通过卡环固定在输入端行星齿轮支架连杆a 21的外环上。输入端行星齿轮支架连杆b22靠法兰轴套56法兰端限位。行星惰轮轴23、41与输入端行星齿轮支架连杆上的行星惰轮轴孔过盈配合固定一端。两根输入端行星齿轮支架连杆过盈安装着两个导向限位销19。

输出端行星齿轮支架连杆a 30通过球轴承安装在减速器输出轴26上。输出端行星齿轮支架连杆b 35通过法兰轴套32和输出端行星齿轮支架连杆a 30相连接，法兰轴套32法兰端通过卡环固定在输出端行星齿轮支架连杆a 30的外环上。行星惰轮轴23、41的一端通过法兰轴套与输出端行星齿轮支架连杆连接。

加速器输出轴26通过球轴承与减速器壳体20安装，用卡环固定。球轴承29靠油封端盖25限位固定。减速器壳体封盖18外套差速器空心输出轴15，该封盖通过六角螺栓与减速器壳体20相配合。减速器壳体封盖18上的导向限位滑轨与安装在输入端行星齿轮支架连杆上的导向限位销19间隙配合，完成解耦过程的导向限位。

差速器主动壳体1前段为内渐开线花键，与电机输出轴的外花键相配合，将动力传给差速器主动壳体1。差速器主动壳体1和差速器被动壳体13由螺栓相连接，内置调整垫片9。差速器行星齿轮轴8安装在壳体内部，并且靠差速器行星齿轮轴锁销58固定在壳体上，防止行星齿轮轴转动。两个差速器行星齿轮10安装在差速器行星齿轮轴8两端，通过具有调整啮合间隙作用的行星锥齿轮垫片11与壳体定位。差速器输出轴6的前端轴通过滑动轴套5与差速器主动壳体1相配合，该差速器输出轴6的前端支撑为差速器主动壳体1。该齿轮轴上的大锥齿轮通过差速器主动壳体1的内腔端面定位，并与行星齿轮啮合。差速器空心输出轴15通过滑动轴套14与差速器被动壳体13相配合。差速器器输出锥齿轮12与差速器空心输出轴15的前端外花键通过该输出锥齿轮的内花键相配合。差速器输出轴6后端通过法兰轴套52与差速器空心输出轴15相配合，即做差速器输出轴6的后端支撑，同时又做差速器空心输出轴15的后端支撑。

如图9所示，动力从差速器主动壳体1输入，经过差速器的两根同轴线同输出端输出的输出轴将动力分为两支，传递给减速器的两个太阳直齿轮15、49，经过各自啮合的行星惰轮46将动力传递到齿圈40，最终由与齿圈40连接的减速器输出轴26输出动力。

将减速器行星齿轮支架输入连杆组上的连杆安装轴线、行星惰轮轴轴线和导向限位销轴线简化成简单几何三角形，如图4所示。其中，行星惰轮轴孔轴线到输入轴轴线的距离为a，行星惰轮轴孔轴线到导向限位销孔轴线的距离为b，分别为简化的直角三角形的直角边。为了方便表达，将减速器壳体封盖表面的圆心设为十字坐标轴原点，减速器壳体封盖表面横向方向为X轴，减速器壳体封盖表面铅垂方向(C-C中心线方向)为Y轴，则行星支架连杆上的导向限位销19在十字坐标系中的位置可以表达为(x,y)，在连杆原始位置时，导向限位销19中心的位置是(a，b)。

当减速器输出端不发生跳动时，减速器处于正常状态，此时行星支架连杆也处于正常状态，如图5所示。由于减速器壳体封盖18上的导向限位槽与此时的行星支架连杆绕差速器输出轴轴线A-A转动的轨迹不一致，并且两者的轨迹在减速器壳体封盖18表面的投影只相交于当前限位销在减速器壳体封盖18表面的投影点。两条轨迹线只相交于一点，此时减速器壳体封盖18上的导向限位槽因为减速器壳体在相对车架底盘的横向方向没有旋转自由度而固定，导向限位销19不能绕差速器输出轴轴线A-A转动的轨迹转动；同时由于减速器输出端不发生沿垂直方向的跳动使得导向限位销19在导向限位槽中的位置固定，于是导向限位销不能沿导向限位槽轨迹移动。两者共同作用下，使得导向限位销即不能绕差速器输出轴轴线A-A转动的轨迹转动，也不能沿导向限位槽轨迹移动，实现了完全自由度。

当减速器输出端发生不规律跳动时，分两种状态，即减速器输出端相对减速器输入轴向上跳动和减速器输出端相对减速器输入轴向下跳动。当减速器输出端相对差速器输出轴轴线A-A向上跳动时，差速器输出轴6，15可以沿减速器壳体封盖18上的通槽轴线C-C直线平动，其中的某一位置如图5所示。由图可以看出，两个行星支架输入端连杆相对差速器输出轴轴线A-A转动了一定角度的同时，两个行星支架输入端连杆也相对转动了一定的角度。两个行星支架输出端连杆也发生了类似的改变，两者相对减速器输出轴转动了一定角度的同时，也相对转动了一定的角度。而行星惰轮46在行星齿轮副中的位置也随连杆位置和角度的改变而改变了位置，使得输入端连杆、行星惰轮和输出端连杆三者形成了一个以连杆为边、行星惰轮为顶点的菱形结构。在形成这种结构的过程中，输入端行星支架连杆上的导向限位销19和减速器壳体封盖18的导向限位槽器起着决定性的作用。在减速器输出端跳动、连杆转动的过程中，设减速器输出端和差速器输出轴轴线A-A的相对跳动量为△y,根据相似三角形可以得到，导向限位销19在减速器输出端跳动时在减速器壳体封盖18的导向限位槽中的运动轨迹，即导向限位槽的轨迹：

当减速器输出端相对差速器输出轴轴线A-A向下跳动时，差速器输出轴6，15可以沿减速器壳体封盖18上的通槽轴线C-C直线平动，其中的某一位置如图6所示。从图中可以看出，在减速器输出端相对差速器输出轴轴线A-A向下跳动时内部行星支架连杆、惰轮都发生了类似车轮相对差速器输出轴轴线A-A向上跳动时的现象。在设定的十字坐标系中按照设定的参量解析导向限位销19在减速器输出端跟随车轮跳动时在减速器壳体封盖18的导向限位槽中的运动轨迹，为：

当减速器输出端发生不规律跳动时，减速器两个行星惰轮46会以减速器中心线C-C对称地产生等大反向的转速差，该转速差通过前端的差速器抵消掉。

综上所述，该解耦减速器在随减速器输出端不规律跳动时，经过差速机构和减速机构的相对平动运动以及差速机构抵消转速差两个过程共同作用后，减速器输出端沿铅垂方向(减速器中心线C-C方向)平动自由度和绕安装轴轴线(轴线A-A，B-B)转动自由度之间的运动互不关联，并能保证动力稳定可靠地传递，实现解耦功能。