雪佛兰BOLT油冷同轴电驱系统拆解分析报

5、减速器系统

特点:

BOLT的减速器属于与电机集成式设计,结构属于平行轴同轴式布置,最大扭矩Nm,速比7.05,电机最大输出转速rpm,带电子驻车功能。

电机最大输出转速rpm,兼顾最高车速,因此速比较小,轮端扭矩Nm,对于整备质量1.6吨的EV车来说,动力性还算可以。

BOLT的减速器前壳体与电机壳是一体式结构,减小电机与减速器二合一总成的外轮廓尺寸,实现结构紧凑的设计目的。

从结构原图和实物图可以看出,减速器的轴齿减速机构为两轴平行轴式布置(输入轴-差速器总成一根轴,中间轴一根轴),输入齿轮直接连接在电机轴上,差速器与电机轴同轴,差速器靠近电机侧采用差速器支架支撑,自带两段式半轴输出,长半轴穿过电机空心轴插入到差速器半轴齿轮,在电机后端盖处加有半轴支撑的滑动衬套,短半轴直接另一端输出。

整个减速器系统有两对轴承,差速器总成和中间轴总成各一对深沟球轴承支撑,输入齿轮依靠电机前轴承支撑,轴承呈悬臂式支撑。

BOLT的减速器带有电子驻车系统,驻车齿轮布置在中间轴,驻车锁止执行系统布置在减速器上方,驻车电机个头较大(相比日系能选到的小巧精致的驻车电机),由于驻车电机个头太大,直接布置在驻车推臂的上方的话,会直接影响到系统的紧凑性,挤占其他高压电子器件的空间,因此,BOLT的设计师在动力电机壳体后方额外增加了一个支架,用于支撑驻车电机,同时在驻车电机与驻车推臂之间通过一根过度连杆连接,可以看出BOLT在总成布置和驻车系统性能上的权衡取舍。

BOLT减速器内部的轴承润滑主要有电子油泵+集油箱的主动润滑以及轴齿飞溅润滑两种方式,同时在中间轴总成的以及从动轮旁边还设置了一块挡油板,引导润滑油液顺利从前壳体下方的回油槽回流到电机油底壳处。

减速器后壳体与前壳体之间通过金属挂胶的密封垫密封。

5.1、轴齿运动件

特点:

BOLT的减速器的输入齿轮通过花键固连在电机轴上,锁紧螺母轴向锁紧,电机轴的锁紧螺纹开有两个矩形槽,锁紧螺母锁紧后在矩形槽处挤压变形,防止锁紧螺母松脱。

安装输入齿轮的电机轴为两球轴承支撑,因此输入齿轮属于悬臂支撑。

中间轴总成包括一级从动齿轮、中间齿轮轴(二级主动齿轮)、驻车齿轮、前后支撑球轴承以及两个轴承锁紧螺母,前后均有轴承调整垫片。

一级从动轮通过花键固连在中间齿轮轴上,一端接触中间轴挡肩,一端接触中间轴前轴承,之后锁紧螺母压紧前轴承,实现前轴承以及从动齿轮的轴向固定。

驻车齿轮通过花键固连在中间齿轮轴的另一端,驻车齿轮一端接触中间轴挡肩,一端接触中间轴后轴承,之后锁紧螺母压紧后轴承,实现后轴承和驻车齿轮的轴向固定。

驻车齿轮布置在中间轴系上,可以降低驻车机械锁止系统的载荷,进而有效降低驻车解锁力和系统的冲击载荷。

中间轴的前轴承为深沟球轴承,品牌为KBC(目前已经被舍弗勒收购),产地韩国,M--39;后轴承也为深沟球轴承,品牌和产地与前轴承一样,M--39,轴承外圈均涂有深色涂层,可能用于增加外圈与减速器壳体之间的摩擦力。

锁紧螺母均涂有螺纹锁固胶,与中间轴两端的内螺纹配合。

特点:

BOLT减速器中的差速器属于常见的开放式差速器,双行星轮+一字轴结构,前后支撑轴承均为深沟球轴承,两轴承侧均带有调整垫片。

差壳整体式铸造,材料应该为常见的球铁,与左右半轴配合的差壳孔处开有螺旋油槽,用于差速工况的半轴轴径润滑,大齿圈通过12颗螺栓固定连接在差壳上,螺栓强度等级为12.9,涂有螺纹锁固胶。

差速器总成的前后支撑轴承厂家均为KBC,产地均为韩国,轴承型号均为M--34,即前后球轴承完全共用。

BOLT差速器的一字轴的固定与常见方式不同,虽然也是采用弹性开口销固定,但是销的方向是垂直半轴,而非平行半轴方向,固定销安装后,一字轴需要旋转一定角度才会卡入固定销实现固定。

半轴齿轮的支撑面为平面,行星齿轮的支撑面为球面。

特点:

BOLT的减速器为输入输出同轴式布置,且为平行轴式结构,因此该类结构需要在输入齿轮一侧额外增加差速器的支撑结构。

差速器的支架用于支撑差速器前轴承,通过6颗螺栓与电机壳固定,支架上有两个定位销孔,用于支架与电机壳的精确定位,支架受减速器内部空间限制(避让一级从动轮),并没有实现对差速器轴承的完全支撑,结构上看在靠近中间轴一侧,支架少了一块,设计原理上这种同轴布置的差速器支撑位置精度和支撑刚度相比普通平行轴减速器就稍差,支架轴承座的支撑又少一块的话会进一步放大这种弊端;螺栓强度等级为10.9。

市面上平行轴式的同轴结构均采用了差速器支撑结构,产品如LGE同轴(匹配红旗EHS3),采用了与BOLT类似的支架,GKN-60kw同轴(匹配VolvoCX90),采用了支撑隔板,电驱拆解报告计划对VolvoXC90的电驱进行拆解分析,敬请期待。

为了防止中间轴一级从动轮过分搅油干扰减速器油液顺利从回油槽回流到电机油底壳,BOLT工程师在中间轴一级从动轮处加装了挡油板,引导后壳油液顺利回流,且又不影响一级从动轮飞溅油液润滑中间轴前轴承。

BOLT的电机轴承以及减速器轴承润滑均经过了大量针对性的仿真设计,除了利用导油孔、导油槽,还设计了挡油板,同时在壳体上的轴承座均针对性的设计了导油筋和卸油槽。

BOLT的电驱的冷却润滑系统包括电子油泵的主动润滑和减速器飞溅润滑,其中减速器侧的导油槽引导的润滑油直接淋浴到一级从动轮处,可能用于差速器前轴承和一级齿轮副的润滑,导油槽的油液来自于电机壳上的“滴灌”式集油箱。

导油槽为尼龙材质,表面开有一个导油孔,与集油箱的一个出油孔对齐,整体通过一颗螺栓固定在电机壳上,固定螺栓孔处镶嵌有金属环,防止螺栓打紧压溃导油槽,导油槽还有一个安装定位孔。

特点:

BOLT带有电子驻车结构,驻车系统整体布置在减速器上方,整个系统一起安装在减速器的后壳体上,属于拉杆锁销式驻车结构,采用板簧进行位置定位,位置有PRND四个挡位。

由于驻车电机个头较大,没有布置在驻车推臂上方,而是通过过度拉杆将驻车电机布置在电机后方。

驻车位置传感器布置在扇形板总成上,根据扇形板旋转角度读取和反馈驻车挡位的位置信息,驻车挡位传感器信号出线端子布置在壳体上方。

由于驻车系统整体布置在减速器后壳体上,棘爪轴双边支撑的话需要壳体进行“掏切”铣削机加。

拉杆锁销式的驻车结构,技术方案成熟,整体结构简单,大批量生产成本较低,但锁销和固定块的几何尺寸设计及公差控制需要丰富设计和使用经验。

棘爪回位扭簧挂在棘爪轴上,棘爪整体冲压成型,厚度10mm,棘爪轴双边支撑,壳体上铣削一个槽用于安装棘爪。

驻车系统中的盖板的作用是实现棘爪轴、回位扭簧以及拉杆的位置限位,盖板采用冲压折弯工艺成型,通过两颗螺栓固定在壳体上,上方还有个孔用于驻车信号线束的固定。

驻车固定块通过两个圆柱销定位在壳体上,其作用是实现拉杆锁销在驻车锁止时精确限位锁销,并依靠圆柱销的抗剪切能力实现固定块对拉杆锁销的承载。

板簧上的滚轮落入扇形板对应的挡位槽内,实现PRND挡位定位,挡位传感器反馈当前挡位信息,实现挡位切换闭环控制,板簧上有挡片,铆压螺栓,实现螺栓防松。

驻车电机通过外部拉杆将挡位切换的动作传递到驻车轴上,驻车轴与扇形板固连,实现扇形板的旋转,最终转角传感器读取角度信息,根据相对转角角度,实现挡位判断,并反馈当前挡位信息;驻车电机有位置控制,减速器内部有挡位位置反馈,如此可以实现挡位的闭环控制,使得挡位控制更加精确。

由于扇形板上有PRND多个挡位槽,可以判断BOLT的驻车电机是非自锁电机执行器。

5.2、电子驻车系统

特点:

BOLT电驱总由于驻车电机个头较大,无法直接没有布置在驻车推臂上方,为了控制Z向高度,而是通过过度拉杆将驻车电机布置在电机后方。

为了在电机后方布置驻车电机,工程人员额外设计了一个支架,专门来固定驻车电机,支架通过螺栓连接在电机壳上。

驻车电机厂家信息未知,通过前面的分析推断,该驻车电机为非自锁结构。

驻车电机首先将旋转动作作用在支架上的推臂,之后推臂带动过度拉杆,过度拉杆拽动减速器上的推臂,进而使得驻车轴和扇形板转动,拉杆总成运动,最终实现驻车锁止和解锁动作。

5.3、壳体及其他附件

特点:

BOLT减速器的壳体分为两部分,前壳体与电机壳一体式集成,后壳体单独一部分,前后壳体之间通过带金属骨架的挂胶密封垫密封,通过18颗螺栓连接,对角双圆柱销定位。

前壳的中间轴前轴承座上方有两条向上呈张开角度的导油筋,依靠中间轴一级从动轮飞溅润滑,沿壳体表面收集引导润滑油进入轴承座润滑轴承,斜下方有一个卸油槽。

前壳下方有两个回油槽,使得减速器内部润滑油回流进入电机壳的油底壳,最后进入吸滤器进入下一个冷却循环。

前壳(电机壳)的电机前轴承座有一个油道,用于将电机前端导油槽的部分油液引入到电机前轴承座,润滑电机前球轴承;BOLT的整个润滑冷却路径原理图见第一篇拆解分析文章以及本文文末的更正。

后壳体的中间轴及差速器轴承座均有导油筋和卸油槽,其中差速器后轴承座在轴承安装面与油封安装面之间有一挡边,目的可能是在油封底部储油用于油封初始转动阶段润滑。

放油塞设置在后壳体的最下方,注油塞设置在电机后端盖处。

特点:

BOLT的电机与减速器内部腔体是互通的,通气结构采用的是长的通气软管,内部并无迷宫结构,软管通过卡箍卡在电机壳外部的金属管上。

BOLT电驱自带一长一短的两个半轴,半轴对外的匹配接口是内花键,自带输出半轴的方式会降低整车装配、维修过程中装插半轴引起划伤油封带来油封漏油的风险,自带的半轴上还带有金属防尘罩。

长半轴穿过电机转子轴,在输出端位置,电机后端盖处还加有一个滑动衬套,用于支撑长半轴。

自带的两个半轴,插入减速器半轴齿轮的一端均带有一个卡环,防止半轴在使用过程中轴向脱落。

差速器油封厂家未知,产地是美国,油封为双回油线,金属骨架带翻边。

更正:冷却润滑系统

特点:

BOLT的作为油冷电机的电驱系统,从电机油泵出来的油路主要分两条,一条进入电机后端盖,用于半轴滑动轴承、电机后轴承以及差速器油封润滑以及电机转子的冷却,具体可以看下后端盖和总成剖视图;另一条油路进入集油箱,集油箱油液出口分为四条,分别用于电机定子前、中、后部冷却,以及减速器内部润滑(差速器前轴承、第一级齿轮副润滑)。

后端盖的实物图可以看到润滑油槽和油孔,油孔用于半轴油封润滑,油槽的油液用于半轴滑动衬套,部分油液会进入电机转子空心轴,可用于转子冷却,轴承座端部也有一个油孔,用于电机轴承润滑。

---THEEND---

参考资料:

1、A2mac1;

2、FaizulMomen,ElectricMotorDesignofGeneralMotors’ChevroletBoltElectricVehicle,SAE-01-

驱动视界(北京)技术有限公司

新能源研究院-电驱动研究中心

年4月5日

*该部分为雪佛兰BOLT电驱拆解报告的第二部分。


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