МОТОР-КОЛЕСО НА БАЗЕ ЦИКЛОИДАЛЬНОГО (ПЛАНЕТАРНО-ЦЕВОЧНОГО) РЕДУКТОРА
MOTOR-WHEEL ON THE BASIS OF CYCLOIDAL (PLANETARY-PIN TEETH) REDUCER

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению, в которых находят применение мотор-колеса, конструктивно объединяющие двигатели вращения и редукторы, в частности мотор-колесо с редуктором на базе циклоидальной (планетарно-цевочной) передачи. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в получении высоких мощностных характеристик при малых габаритах устройства. Сущность изобретения состоит в том, что в мотор-колесе на базе циклоидального редуктора, содержащем корпус с крышкой, в котором расположены цевки циклоидального редуктора и циклоидальные диски, установленные эксцентрично и диаметрально противоположны относительно друг друга, статор и ротор электродвигателя, связанные с циклоидальным редуктором. Согласно данному изобретению статор мотор-колеса, неподвижно закрепленный при помощи пальцев и втулки, с токопроводящими и токоотводящими проводами внутри, на крышке редуктора, приводит в движение плоский ротор с магнитами, жестко связанный с валом мотор-колеса. Вал посредством эксцентрикового подшипника передает усилие на циклоидальные диски, которые входят в зацепление с цевками, расположенными на корпусе электромотор-редуктора.
Известен двигатель, на коллекторе которого имеются соединительные провода, замыкающие накоротко равнопотенциальные сегменты; щетки состоят из низкоскоростной щетки, высокоскоростной щетки, а также общей щетки. Окружная ширина высокоскоростной щетки делается меньше окружной ширины низкоскоростной щетки. Высокоскоростная щетка и низкоскоростная щетка выполнены таким образом, чтобы исключался их одновременный скользящий контакт с равнопотенциальными сегментами. Кроме этого сердечники якорей выполнены таким образом, чтобы множество зубьев были расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала через равные промежутки в направлении вдоль окружности, а зубья и пазы образованы таким образом, чтобы их положение попеременно менялось через 90 градусов в направлении вдоль окружности (RU 2520937 C1, 27.06.2014).
Недостатком данного изобретения является небольшая несущая способность, при тех же характеристиках оно обладает большими массо-габаритными характеристиками, более низким КПД, более низкий срок службы.
Известен планетарный редуктор мотор-колеса, содержащий вращающийся корпус-ступицу в виде центрального колеса с внутренними зубьями, центральные колеса с внешними зубьями, неподвижное и подвижные водила с набором сателлитов. Корпус-ступица смонтирован на промежуточных опорах качения. Неподвижное водило зафиксировано от вращения на крепежном фланце посредством шлицевой втулки. Центральные колеса с внешними зубьями выполнены одного модуля (RU 2049281 C1, 27.11.1995).
Недостатком данного изобретения является редуктор с эвольвентным зацеплением, в сравнении с редуктором с циклоидальным зацеплением при тех же характеристиках он обладает большими массо-габаритными характеристиками, более низким КПД, более низким сроком службы.
Известно мотор-колесо, содержащее установленный на оси электродвигатель, связанный с редуктором, имеющим установленное на выходном валу зубчатое колесо, кинематически связанное с ободом колеса для привода последнего, при этом ступица колеса закрыта диском (СССР N 500087, кл. B60K 7/00, 1972).
Недостатком является сложность конструкции, а также трудоемкость в изготовлении, высокие массо-габаритные показатели.
Известно мотор-колесо, на оси которого установлен электродвигатель, связанный с редуктором. Зубчатое колесо, установленное на выходном валу редуктора, находится в зацеплении с цевочным колесом внутреннего зацепления, закрепленным на ободе и образованным роликовой цепью, уложенной в кольцевой торцевой канавке обода и закрытой диском ступицы колеса (RU 2094242 C1, 27.10.1997). Данный аналог выбран в качестве ближайшего.
Недостатком данного изобретения является сложность изготовления, так как состоит из большого количества частей, при тех же характеристиках оно обладает большими массо-габаритными характеристиками, более низким КПД, более низким сроком службы и при данных кинематических схемах невозможность получения низких значений передаточных чисел.
В соответствии с настоящим изобретением в корпусе электромотор-редуктора размещается статор электромотор-редуктора, неподвижно закрепленный при помощи полых пальцев, с токопроводящими и токоотводящими проводами внутри, на крышке редуктора, ротор с магнитами, жестко закрепленный на валу, который посредством эксцентрикового подшипника передает вращение на циклоидальные диски - сателлиты. Циклоидальные диски, входя в зацепление с цевками, расположенными на внутренней поверхности корпуса, передают момент на корпус.
На фиг. 1 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора в корпусе.
На фиг. 2 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора, вид А-А.
На фиг. 3 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора, вид В-В.
На фиг. 4 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора в корпусе с жестко закрепленным валом.
На фиг. 1 изображен предпочтительный вариант исполнения электромотор-редуктора, имеющего в своем составе корпус 1 с крышкой 1а; крышки редуктора 2 и 2а, соединенные между собой втулками: на крышке 2а располагаются катушки электромагнитов 4 статора, приводящие в движение ротор 5 с магнитами 6, жестко закрепленный на валу 7. Электропитание к катушкам мотор-колеса подводится сквозь втулку 3, связывающую крышки редуктора 2 и 2а. Вращение ротора 5 передается на вал 7, вал, в свою очередь, при помощи жестко закрепленных на нем эксцентриков с подшипниками 9 приводит в движение циклоидальные диски 10, причем использование двух циклоидальных дисков, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга, позволяет увеличить поверхность сцепления циклоидальных дисков с цевками до 66%, обеспечивая большую несущую способность редуктора. Циклоидальные диски 10, входя в зацепление с цевками 12, подвижно закрепленными пальцами 11 и совершающими вращательное движение, передают момент на корпус 1 с шиной 17 мотор-колеса. Вращение колеса осуществляется за счет вращения корпуса. При создании изделий с меньшей нагрузкой допустимо не использовать в конструкции подшипника 14 либо 15.
На фиг. 4 изображен один из вариантов исполнения электромотор редуктора с жестко зафиксированным валом 7. При данной конструкции мотор-колеса катушки электромагнитов 4 располагаются на роторе 5. Подведение электропитания осуществляется через отверстие в валу. Электромагниты 4, войдя в магнитное зацепление с магнитами 7 на статоре 2а, приводят его в движение. Статор 2а также является внутренней крышкой циклоидального редуктора, связанной с внешней крышкой 2 при помощи пальцев 8. Во время вращения статора пальцы 8 входят в контакт с циклоидальными дисками 10, расположенными эксцентрично, при помощи эксцентриковых подшипников 9 на валу и диаметрально противоположно относительно друг друга, приводя их в движение. Циклоидальные диски 10, входя в зацепление с цевками 12, подвижно закрепленными пальцами 11 и совершающими вращательное движение, передают момент на корпус 1 с шиной 17 мотор-колеса. Вращение колеса осуществляется за счет вращения корпуса.
Приведенное выше описание содержит много особенностей и его не следует понимать, как единственное верное, а скорее как пример для конкретного экземпляра. Возможны различные варианты исполнения данного устройства. Например, изделие может быть выполнено полностью из нержавеющей стали, меди, алюминия, углеродного волокна, пластика и других материалов, обладающих требуемым запасом прочности под необходимые задачи. Использование в конструкции твердых сортов пластика обеспечивает, при сохранении прочности, уменьшение массы изделия и делает систему самосмазывающейся. Также элементы конструкции, подверженные трению, могут быть выполнены с нанесением алмазоподобного трибологического покрытия, способствующего увеличению износостойкости с эффектом сухой смазки. Конструкция электродвигателя может быть выполнена с расположением катушек электромагнитов на статоре, роторе, а также в виде плоского печатного якоря.
Внедрение данного устройства обеспечивает улучшение мотор-колес на базе циклоидального редуктора. Планетарно-цевочная конструкция обеспечивает лучшие (меньшие по сравнению с аналогами) массо-габаритные показатели, более высокий КПД (92-98%), обусловленный тем, что циклоидальное зацепление работает практически при отсутствии трения-скольжения в кинематических парах, и это обеспечивает малоизносную надежную работу привода в течение длительного срока эксплуатации редуктора, также в циклоидальном зацеплении зуб не подвержен изгибу, а работает только на контакт, поэтому для циклоидального профиля определяющим является контактное напряжение, а не изгибающее, что позволяет передачам с циклоидальным зацеплением передавать большие нагрузки, способность выдерживать кратковременные нагрузки до 500% без разрушения.