专利名称：混合动力汽车动力分配器及整体式动力分配系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种动力分配器，更具体的说，本实用新型涉及一种应用于混联 式混合动力汽车的动力分配器及动力分配装置。
背景技术：
随着当前环境污染和能源匮乏问题日益严重，节能与环保成为现阶段汽车发展的 两大主题，因此电动汽车技术逐步成为汽车研究和发展的趋势。但由于现阶段电池技术不 够成熟，纯电动汽车的研制与发展受到很大限制。混合动力汽车(HEV，Hybrid Electric Vehicle，一般指油电混合动力汽车)作为传统汽车和纯电动汽车之间的过渡产品其低排 放和高效节能的特点在世界范围内受到广泛认可，不仅成为汽车研究中的热点，也成为很 多汽车厂当下和未来发展的重点。目前混合动力汽车根据动力传递方式不同主要分为串联式、并联式、混联式三类。 其中混联式混合动力汽车集成了串联式和并联式混合动力汽车的优点，可以充分发挥内 燃机和电动机各自优势，达到汽车行驶节能减排的目的。动力分配器(PSD，Power Split Device)是混联式混合动力汽车的核心零部件。因此，研制高效、可靠的动力分配器是发展 混联式混合动力汽车的重要环节。利用差速器作为混合动力汽车的动力分配器，能实现混合动力汽车连续型串并联 驱动形式，通过调节发电机的转速、转矩可使发动机工作在最佳效率点，彻底解决了传统发 动机由于与车轮的机械连接造成的工作点效率低下的问题，从而实现电动无级连续变速 (ECVT)的控制性能。利用高转矩特性的电动机实现传统变速器的增加扭矩功能，可消除变 速器、离合器等机构，使整车动力传动系统得到极大简化。通过合理控制发电机输出功率， 可实现行车过程实时调节电池电量状态(S0C)的功能。现有技术中利用差速器作为动力分配器往往在传统差速器基础上对差速器行星 轮系进行小的改进，主要目的在于改善行星轮系锥齿轮高转速带来的高温升问题，具体实 施方法如给传统差速器行星齿轮添加滚针轴承以减小摩擦生热等。但是作为车辆动力分 配器的设计还应考虑到与之相连接的发动机、发电机、电动机、传动轴等在发动机机舱的空 间布置问题。如果仅仅照搬差速器连接方式，将发电机、电动机分别布置于差速器左右两 端，发动机动力由主减速器螺旋锥齿轮传递给差速器壳体，这种方法显然不具有空间布置 合理紧凑的优点，且给该动力分配器的产品化带来困难。中国专利201010214363. 7公开了一种差速器及整体式差速动力分配装置，此差 速器对传统差速器进行了大幅改进，并基于此差速器设计了一套结构较为紧凑的整体式差 速动力耦合装置。但是该差速器结构复杂，且其中的锥齿轮大量采用了悬臂布置，齿轮悬臂 布置带来的缺点是为保证较高的回转精度需要增加支承轴承跨度，这无疑使整个差速器的 尺寸和转动惯量增加。另外该整体式动力分配系统中发电机和电动机本身就有着较大的径 向尺寸，而二者各位于两根平行的传动轴上，这更使得整套装置的尺寸进一步增加，空间布 置不紧凑。发明内容本实用新型的目的是提供一种混合动力汽车动力分配器及整体式动力分配系统， 解决利用差速器作为混合动力车的动力分配器带来的锥齿轮行星轮系中各齿轮背部与壳 体间的滑动摩擦和锥齿轮支承效果不佳等缺陷，克服现有整体式动力分配系统空间布置不 紧凑的问题。本实用新型为解决上述技术问题，通过以下技术方案实现一种混合动力汽车动力分配器，主要由壳体组件1、锥齿轮行星轮系2、轴承和碟 形弹簧类零件3、轴类零件4组成。所述轴类零件4中的左端盖花键轴40为动力输入轴，位于动力分配器左端；轴类 零件4中的右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42为动力输出轴，位于动力分配器 右端；并且右半轴齿轮花键轴41套于左半轴齿轮花键轴42外侧；所述的左端盖花键轴40、 右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42的轴线重合；动力从动力分配器左侧经由左 端盖花键轴40输入，通过壳体组件1带动锥齿轮行星轮系2中的至少三个行星齿轮20公 转，并将动力按照差速器原理均等分配给锥齿轮行星轮系2中的右半轴齿轮21和左半轴齿 轮22，最后通过花键将动力从右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42由动力分配器 右侧输出。所述壳体组件1包括左端盖10、连接螺栓11、壳体12、定位销13、行星齿轮轴14、 右端盖15。轴类零件4中的左端盖花键轴40通过花键与左端盖10左侧的花键孔连接，左端 盖10右侧法兰面与壳体12左侧法兰面相接触，右端盖15左侧法兰面与壳体12右侧法兰 面相接触，两端盖通过连接螺栓11固定在壳体12上，并确保左端盖10、壳体12和右端盖 15的轴线重合；行星齿轮轴14从壳体12的轴孔124穿入，位置由定位销13固定。所述锥齿轮行星轮系2包括至少三个行星齿轮20、右半轴齿轮21、左半轴齿轮22。行星齿轮20通过行星齿轮滚针轴承32安装在行星齿轮轴14上；行星齿轮20背部与行星齿轮推力轴承31相接触，碟形弹簧30位于行星齿轮推力 轴承31和壳体12之间，在提供轴承所需预紧力的同时当齿轮发生磨损时还可起到补偿作 用；左半轴齿轮22通过左半轴齿轮前滚针轴承36和左半轴齿轮后滚针轴承38支承， 并安装于壳体12和左端盖10的中心孔中，左半轴齿轮22背部和左端盖10之间装有左半 轴齿轮推力轴承37，其预紧力由碟形弹簧30经由行星齿轮推力轴承31、行星齿轮20、左半 轴齿轮22传递而来。右半轴齿轮21与左半轴齿轮22同轴，通过右半轴齿轮前滚针轴承35 和右半轴齿轮后滚针轴承33支承，并安装于壳体12和右端盖15的中心孔中，右半轴齿轮 21背部和右端盖15之间装有右半轴齿轮推力轴承34，其预紧力由碟形弹簧30经由行星齿 轮推力轴承31、行星齿轮20、右半轴齿轮21传递而来。所述轴承和碟形弹簧类零件3包括碟形弹簧30、行星齿轮推力轴承31、行星齿轮 滚针轴承32、右半轴齿轮后滚针轴承33、右半轴齿轮推力轴承34、右半轴齿轮前滚针轴承 35、左半轴齿轮前滚针轴承36、左半轴齿轮推力轴承37、左半轴齿轮后滚针轴承38。所述轴类零件4包括左端盖花键轴40、右半轴齿轮花键轴41、左半轴齿轮花键轴[0019]左端盖花键轴40通过花键与左端盖10的花键孔相连，传递由发动机传来的扭矩。 左半轴齿轮花键轴42通过花键与左半轴齿轮22花键孔相连，左半轴齿轮花键轴42的输出 端依次通过壳体12中心孔、右半轴齿轮21中心孔以及右半轴齿轮花键轴41中心孔从动力 分配器右侧引出；右半轴齿轮花键轴41为空心轴，套于左半轴齿轮花键轴42外，通过花键与右半轴 齿轮21花键孔相连，扭矩输出端同样位于动力分配器右侧。所述动力分配器壳体12由外圈120和内圈121组成，内、外圈通过辐板125连接。 壳体内圈121开有阶梯孔以容纳滚针轴承，同时还使左半轴齿轮花键轴42从孔中穿过，实 现传递到右半轴齿轮21和左半轴齿轮22的扭矩从动力分配器一侧同时输出的目的。外圈 120左右两端为法兰面并设有若干螺纹孔122，通过连接螺栓11与左端盖10、右端盖15的 法兰面相连接。法兰面有定位销孔126，以保证左、右端盖在装配时与壳体12同轴。为安装 行星齿轮轴14，内、外圈均设有轴孔124，壳体12相应位置还开有行星齿轮轴销孔123以安 放定位销13，防止行星齿轮轴14转动或移动。所述动力分配器右半轴齿轮21和左半轴齿轮22均与齿轮轴加工成一体，右半轴 齿轮21由右半轴齿轮前滚针轴承35和右半轴齿轮后滚针轴承33支承，左半轴齿轮22由 左半轴齿轮前滚针轴承36和左半轴齿轮后滚针轴承38支承，齿轮的轴向自由度由右半轴 齿轮推力轴承34和左半轴齿轮推力轴承37限制。另外齿轮中心孔加工有内花键，以传递 扭矩和允许右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42从孔中串过。所述动力分配器左端盖10开有左端盖油孔100，右端盖15开有右端盖油孔150， 可以作为装置内外润滑油的交换通道，也可以进一步减轻整个装置的重量。一种混合动力汽车整体式动力分配系统6，包括输入轴60、首级减速齿轮组61、输 入离合器62、动力分配器63、行星增速机构64、发电机离合器65、发电机66、电动机67、末 级减速齿轮组68和输出轴69。其中，首级减速齿轮组61和末级减速齿轮组68采用小直径 齿轮带动大直径齿轮实现减速，行星增速机构64中的行星轮架与右半轴齿轮花键轴41固 连，进而驱动行星轮绕着太阳轮公转，太阳轮带动发电机66进行发电。由发动机5传递来的动力通过发动机离合器8由输入轴60传入，经过首级减速齿 轮组61进行减速后将动力传递给动力分配器63左侧的左端盖花键轴40，输入的转矩经过 动力分配器的重新分配后，分别由右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42从动力分 配器的右侧输出。通过右半轴齿轮花键轴41传递的扭矩经由行星增速机构64后传递给发 电机66。左半轴齿轮花键轴42传递的扭矩直接经由末级减速齿轮组68减速后由输出轴 69传递给车辆驱动桥7。其中电动机67起到为左半轴齿轮花键轴42增加扭矩的作用。输 入离合器62与左端盖花键轴40连接，可以固定动力分配器63壳体组件1，从而使动力分配 器63的锥齿轮行星轮系2的行星齿轮无法公转，只能绕自身轴线自转。发电机离合器65 与发电机转子相连，当发电机离合器65连接时可使发电机停止工作。与现有技术相比本实用新型的有益效果是1.动力分配器输入轴位于装置左端，两输出轴从装置右端引出，这种设计使得整 体式动力分配系统的发电机与电动机可以同轴并列布置，减小了系统的占用空间；2.左、右半轴齿轮均采用两端支承,行星齿轮由行星齿轮轴支承,齿轮支承效果好，可以获得较高的回转精度；3.各锥齿轮背部均采用推力轴承，改善了传统差速器锥齿轮背部与壳体之间的滑 动摩擦关系，进而有效地降低了温升；4.行星锥齿轮推力轴承与壳体间加入碟形弹簧，不仅可以预紧推力轴承，还可对 齿轮磨损进行补偿，且结构紧凑；5.整体式动力分配系统的首级减速齿轮组可以一定程度上降低锥齿轮行星轮系 转速差，使差速耦合装置高转速低转矩工况得到缓解，降低加工制造难度及成本；6.整体式动力分配系统中多级减速与增速轮系的加入可以使整套系统传动比范 围的选择更加宽泛，还可以在更大范围内选择发电机与电动机功率。
图1为动力分配器装配剖视图；图2为动力分配器原理示意图；图3为动力分配器零部件分类爆炸图；图4(a)为壳体结构示意图，图4(b)为壳体正视图；图5(a)为左端盖示意图，图5(b)为右端盖示意图；图6为整体式动力分配系统示意图。图中1、壳体组件2、锥齿轮行星轮系3、轴承和碟形弹簧类零件4、轴类零件10、左端盖11、连接螺栓12、壳体13、定位销14、行星齿轮轴15、右端盖20、行星齿轮21、右半轴齿轮22、左半轴齿轮100、左端盖油孔150、右端盖油孔120、外圈121、内圈122、螺纹孔123、行星齿轮轴销孔124、轴孔125、辐板126、定位销孔30、碟形弹簧31、行星齿轮推力轴承32、行星齿轮滚针轴承33、右半轴齿轮后滚针轴承34、右半轴齿轮推力轴承35、右半轴齿轮前滚针轴承36、左半轴齿轮前滚针轴承37、左半轴齿轮推力轴承38、左半轴齿轮后滚针轴承40、左端盖花键轴41、右半轴齿轮花键轴42、左半轴齿轮花键轴5、发动机6、混合动力汽车整体式动力分配系统7、驱动桥8、发动机离合器60、输入轴61、首级减速齿轮组62、输入离合器63、动力分配器64、行星增速机 构65、发电机离合器66、发电机67、电动机68、末级减速齿轮组69、输出轴具体实施方式
以下结合附图所示实施例进一步说明本实用新型的具体内容和工作过程。图3为本实用新型的混合动力汽车动力分配器的零部件分类爆炸图，主要由壳体 组件1、锥齿轮行星轮系2、轴承和碟形弹簧类零件3、轴类零件4组成。图1和图2为本实用新型的混合动力汽车动力分配器的装配剖视图和原理示意 图，所述轴类零件4中的左端盖花键轴40为动力输入轴，位于动力分配器左端；轴类零件4 中的右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42为动力输出轴，位于动力分配器右端；并 且右半轴齿轮花键轴41套于左半轴齿轮花键轴42外侧；所述的左端盖花键轴40、右半轴41 m42 éKJíé^sfin*
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i]^Kf|-{i^Wia[üW@Wo^Hi20￡ffi^ ^ffl :tirXiiix; Li22,ffl 3 MWM 11io^ m^ 15126, t^f iiE 端盖在装配时与壳体12同轴。为安装行星齿轮轴14，内、外圈均设有轴孔124，壳体12相 应位置还开有行星齿轮轴销孔123以安放定位销13，防止行星齿轮轴14转动或移动。所述动力分配器右半轴齿轮21和左半轴齿轮22均与齿轮轴加工成一体，右半轴 齿轮21由右半轴齿轮前滚针轴承35和右半轴齿轮后滚针轴承33支承，左半轴齿轮22由 左半轴齿轮前滚针轴承36和左半轴齿轮后滚针轴承38支承，齿轮的轴向自由度由右半轴 齿轮推力轴承34和左半轴齿轮推力轴承37限制。另外齿轮中心孔加工有内花键，以传递 扭矩和允许右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42从孔中串过。图5(a)和图5(b)分别为左端盖10和右端盖15的结构示意图，从图中可以看出， 所述动力分配器左端盖10开有左端盖油孔100，右端盖15开有右端盖油孔150，可以作为 装置内外润滑油的交换通道，也可以进一步减轻整个装置的重量。图6为本实用新型的混合动力汽车整体式动力分配系统6，包括输入轴60、输入离 合器62、动力分配器63、发电机离合器65、发电机66、电动机67和输出轴69,其中动力分配 器63采用前述的本实用新型的动力分配器。优选地，本实用新型的混合动力汽车整体式动力分配系统还可以包括有首级减速 齿轮组61、行星增速机构64和末级减速齿轮组68。其中，首级减速齿轮组61和末级减速齿 轮组68采用小直径齿轮带动大直径齿轮实现减速，行星增速机构64中的行星轮架与右半 轴齿轮花键轴41固连，进而驱动行星轮绕着太阳轮公转，太阳轮带动发电机66进行发电。由发动机5传递来的动力通过发动机离合器8由输入轴60传入，经过首级减速齿 轮组61进行减速后将动力传递给动力分配器63左侧的左端盖花键轴40，输入的转矩经过 动力分配器的重新分配后，分别由右半轴齿轮花键轴41和左半轴齿轮花键轴42从动力分 配器的右侧输出。通过右半轴齿轮花键轴41传递的扭矩经由行星增速机构64后传递给发 电机66。左半轴齿轮花键轴42传递的扭矩直接经由末级减速齿轮组68减速后由输出轴 69传递给车辆驱动桥7。其中电动机67起到为左半轴齿轮花键轴42增加扭矩的作用。输 入离合器62与左端盖花键轴40连接，可以固定动力分配器63壳体组件1，从而使动力分配 器63的锥齿轮行星轮系2的行星齿轮无法公转，只能绕自身轴线自转。发电机离合器65 与发电机转子相连，当发电机离合器65连接时可使发电机停止工作。上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式以及系统的构 成等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进， 均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
权利要求1.一种混合动力汽车动力分配器，包括壳体组件(1)、锥齿轮行星轮系(2)、轴承和碟 形弹簧类零件(3)和轴类零件(4)，其特征在于所述的轴类零件(4)中的左端盖花键轴(40)为动力输入轴，位于动力分配器左端；所述的轴类零件(4)中的右半轴齿轮花键轴(41)和左半轴齿轮花键轴(42)为动力 输出轴，位于动力分配器右端，并且右半轴齿轮花键轴(41)同轴地套于左半轴齿轮花键轴 (42)外侧；动力从动力分配器左侧经由左端盖花键轴(40)输入，通过壳体组件(1)带动锥齿轮行 星轮系(2)中的至少三个行星齿轮(20)公转，进而将动力分配给锥齿轮行星轮系(2)中的 右半轴齿轮(21)和左半轴齿轮(22)，最后通过花键将动力从右半轴齿轮花键轴(41)和左 半轴齿轮花键轴(42)由动力分配器右侧输出。
2.按权利要求1所述的混合动力汽车动力分配器，其特征在于，所述的壳体组件(1)包 括左端盖(10)、连接螺栓(11)、壳体(12)、定位销(13)、行星齿轮轴(14)、右端盖(15);所 述的轴类零件(4)中的左端盖花键轴(40)通过花键与左端盖(10)左侧的花键孔连接，左 端盖(10)和右端盖(15)通过连接螺栓(11)固定在壳体(12)上；行星齿轮轴(14)从壳体 (12)的轴孔(124)穿入。
3.按权利要求1所述的混合动力汽车动力分配器，其特征在于，所述的锥齿轮行星轮 系(2)包括至少三个行星齿轮(20)、右半轴齿轮(21)、左半轴齿轮(22)；所述的行星齿轮(20)通过行星齿轮滚针轴承(32)安装在行星齿轮轴(14)上；所述的行星齿轮(20)背部与行星齿轮推力轴承(31)相接触，行星齿轮推力轴承(31) 和壳体(12)之间安装有碟形弹簧(30)；所述的左半轴齿轮(22)通过左半轴齿轮前滚针轴承(36)和左半轴齿轮后滚针轴承 (38)支承，并安装于壳体(12)和左端盖(10)的中心孔中，左半轴齿轮(22)背部和左端盖 (10)之间装有左半轴齿轮推力轴承(37)；所述的右半轴齿轮(21)与左半轴齿轮(22)同轴，右半轴齿轮(21)通过右半轴齿轮前 滚针轴承(35)和右半轴齿轮后滚针轴承(33)支承，并安装于壳体(12)和右端盖(15)的 中心孔中，右半轴齿轮(21)背部和右端盖(15)之间装有右半轴齿轮推力轴承(34)。
4.按权利要求1所述的混合动力汽车动力分配器，其特征在于，所述的左半轴齿轮花 键轴(42)通过花键与左半轴齿轮(22)花键孔相连，左半轴齿轮花键轴(42)的输出端依次 通过壳体(12)中心孔、右半轴齿轮(21)中心孔以及右半轴齿轮花键轴(41)中心孔从动力 分配器右侧引出；所述的右半轴齿轮花键轴(41)为空心轴，通过花键与右半轴齿轮(21)花 键孔相连，右半轴齿轮花键轴(41)的输出端位于动力分配器右侧。
5.按权利要求2所述的混合动力汽车动力分配器，其特征在于，所述的壳体(12)由外 圈(120)和内圈(121)组成，内、外圈通过辐板(125)连接，内圈(121)开有阶梯孔，外圈 (120)通过连接螺栓(11)与左端盖(10)、右端盖(15)相连接，内、外圈均设有轴孔(124)。
6.按权利要求2所述的混合动力汽车动力分配器，其特征在于，所述的左端盖(10)开 有左端盖油孔(100)，右端盖(15)开有右端盖油孔(150)。
7.按权利要求1至6中任一项所述的混合动力汽车动力分配器，其特征在于，所述的右 半轴齿轮(21)和左半轴齿轮(22)均与齿轮轴加工成一体，齿轮的轴向自由度由右半轴齿 轮推力轴承(34)和左半轴齿轮推力轴承(37)限制。
8.ー种混合动カ汽车整体式动カ分配系统，包括输入轴(60)、输入离合器(62)、动カ 分配器(63)、发电机离合器(65)、发电机(66)、电动机(67)和输出轴(69),其特征在于所述的动力分配器￠3)采用权利要求I至7中任一项所述的混合动カ汽车动カ分配 器，发动机的动カ由输入轴(60)传入动力分配器(63)左侧的左端盖花键轴(40),输入的 转矩经过动カ分配器的重新分配后，分别由右半轴齿轮花键轴(41)和左半轴齿轮花键轴 (42)从动カ分配器的右侧输出；右半轴齿轮花键轴(41)输出扭矩传递给发电机(66),左半 轴齿轮花键轴(42)输出扭矩传递给输出轴(69)，进而传递给车辆驱动桥(7);用于固定动 力分配器(63)的壳体组件(I)的输入离合器(62)与左端盖花键轴(40)连接,发电机离合 器(65)与发电机转子相连。
9.按权利要求8所述的混合动カ汽车整体式动カ分配系统，其特征在于还包括有首 级减速齿轮组(61)，安装在输入轴￠0)与动カ分配器￠3)左侧的左端盖花键轴(40)之 间。
10.按权利要求9所述的混合动カ汽车整体式动カ分配系统，其特征在于还包括有行 星增速机构出4)和末级减速齿轮组(68)；所述的行星增速机构(64)安装在右半轴齿轮花键轴(41)和发电机(66)之间，即通过 右半轴齿轮花键轴(41)传递的扭矩经由行星增速机构￠4)后传递给发电机(66)；所述的末级减速齿轮组出8)安装在左半轴齿轮花键轴(42)和输出轴￠9)之间，即左 半轴齿轮花键轴(42)传递的扭矩经由末级减速齿轮组￠8)减速后由输出轴￠9)传递给 车辆驱动桥(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种混合动力汽车动力分配器及整体式动力分配系统，该动力分配器包括壳体组件、锥齿轮行星轮系、轴承和碟形弹簧类零件和轴类零件，动力从动力分配器左侧经由左端盖花键轴输入，通过壳体组件带动锥齿轮行星轮系中的至少三个行星齿轮公转，进而将动力分配给锥齿轮行星轮系中的右半轴齿轮和左半轴齿轮，最后通过花键将动力从右半轴齿轮花键轴和左半轴齿轮花键轴由动力分配器右侧输出；本实用新型的整体式动力分配系统采用前述的动力分配器；本实用新型的动力分配器输入轴位于装置左端，两输出轴从装置右端引出，使整体式动力分配系统的发电机与电动机可以同轴并列布置，减小了系统的占用空间，齿轮支承效果好，精度较高。
文档编号F16H48/08GK202441834SQ20122006380
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月26日 优先权日2012年2月26日
发明者姚明尧, 张玉新, 李风, 杨超, 王继新, 田磊 申请人:吉林大学