ПЛАНЕТАРНО-ЦЕВОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
CYCLOIDAL GEAR ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к приводным устройствам. Предлагаемое изобретение может применяться в приборостроении и машиностроении, в частности, в качестве привода для звеньев робототехнических устройств, и для спецтехники.
Известна передача, описанная в RU 2130140, с большим передаточным отношением. Данная передача содержит два сателлита, которые имеют внешние зубья и установлены с возможностью вращения, по меньшей мере, на двух эксцентриковых участках входного вала. Для зацепления с колесом с внутренними зубьями сателлиты располагают между выходными фланцами. Между сателлитом с внешними зубьями и относящимся к нему выходным фланцем располагают крестообразную муфту, которая вычленяет из сложного движения сателлита только вращение вокруг оси и передает его на выходной фланец.
Недостаток этого устройства заключается в том, что последовательная схема соединения электродвигателя с передачей увеличивает линейные габариты привода и количество корпусных деталей, конструкция передачи предусматривает повышенные требования к точности изготовления деталей, что в свою очередь повышает себестоимость передачи.
Известен редуктор механизма передвижения, описанный в RU 74987, выполненный в виде планетарно-цевочной передачи. Данный редуктор содержит корпус с размещенным на подшипниковых опорах выходным поворотным звеном, состоящим из двух объединенных в единый узел посредством перемычек фланцев. Два оппозитно расположенных сателлита установлены на подшипниках входного эксцентрикового вала и взаимодействуют своими эпициклоидальными зубьями со свободно установленными в выемках корпуса цевками. При этом сателлиты связаны с выходным поворотным звеном посредством установленных в его подшипниках пальцев, взаимодействующих с цилиндрическими поверхностями отверстий в сателлитах. Отличительной особенностью редуктора является то, что в одном из фланцев выходного поворотного звена выполнено центральное шлицевое отверстие.
Недостаток этого устройства заключается в том, что последовательная схема соединения электродвигателя с редуктором увеличивает линейные габариты привода и количество корпусных деталей. Сателлиты, имеющие эпициклоидальные зубья, очень сложны в производстве и предполагают повышенные требования к точности изготовления зубьев и отверстий для передачи выходного момента через пальцы.
Прототипом заявляемого планетарно-цевочного электропривода является редукторный электродвигатель (мотор-редуктор), описанный в RU 2571313. Данный электродвигатель содержит корпус, в котором размещены статор, ротор и планетарно-цевочный редуктор. Ротор электродвигателя представляет собой входной вал редуктора, на концах которого сформированы два соосных эксцентриковых участка. На указанных участках установлены сателлиты редуктора, при этом пространство между сателлитами использовано для размещения статора электродвигателя.
Недостатки этого устройства заключаются в том, что схема размещения сателлитов относительно ротора увеличивает линейные габариты, а использование двух разнесенных соосных эксцентриковых участков вала приводит к сильным вибрациям.
Задачей настоящего изобретения является создание планетарно-цевочного электропривода с большим крутящим моментом, малым угловым люфтом на выходном валу, минимальным линейным габаритом вдоль оси и получение линейки электроприводов с передаточным отношением от 10 до 100 без изменения габаритов электропривода.
Один из вариантов реализации настоящего изобретения представлен на фиг. 1, на которой приведен главный вид заявляемого планетарно-цевочного электропривода в разрезе.
На фиг. 2 приведен вид заявляемого планетарно-цевочного электропривода в разрезе А-А, на котором показано зацепление сателлита и цевок в корпусе.
1 - корпус,
2 - блок управления,
3 - статор,
4 - ротор,
5 - стакан,
6 - эксцентриковый входной вал,
7 - сателлиты,
8 - цевка,
9 - крестовые муфты,
10 - выходные фланцы,
11 - штанга,
12 - выходной вал,
13 - защитный кожух,
14 - разделительное кольцо,
15 - ограничительное кольцо,
16 - удерживающие крышки,
17 - втулки,
18 - манжета,
19 - корпусная крышка.
Согласно примеру реализации, планетарно-цевочный электропривод содержит корпус 1 и установленные на нем блок управления 2 и статор 3. Ротор 4 расположен снаружи статора и установлен в стакан 5, жестко связанный с эксцентриковым входным валом 6. Сателлиты 7 установлены на подшипниковые опоры, расположенные на двух оппозитно выполненных эксцентриковых цилиндрических участках входного вала. Между сателлитами размещается разделительное кольцо 14. На внутреннем диаметре корпуса сделаны пазы зубчатого профиля, образующие общее для сателлитов неподвижное цевочное колесо. В пазы уложены цевки 8, удерживаемые с двух сторон ограничительными кольцами 15. Каждый сателлит связан крестовой муфтой 9 с соответствующим выходным фланцем 10. Выходные фланцы установлены на входном валу и в корпусе на подшипниковые опоры и стянуты между собой штангами 11, проходящими через сквозные отверстия в сателлитах, не касаясь их. Подшипниковые опоры сателлитов закреплены с помощью удерживающих крышек 16. Входной вал с установленными на нем втулками 17 расположен соосно и последовательно с выходным валом 12, который жестко связан с одним из выходных фланцев и установлен на подшипниковую опору в корпус, частью которого является корпусная крышка 19. Электропривод закрыт защитным кожухом 13 и манжетой 18, установленной в корпусной крышке на выходном валу.
Предлагаемый планетарно-цевочный электропривод работает следующим образом.
Электропривод содержит электродвигатель, имеющий ротор и статор, обмотки которого находятся под контролем блока управления. Одной из отличительных особенностей электропривода от аналогов является то, что у электродвигателя ротор расположен снаружи статора, а в центре имеется полость для размещения планетарно-цевочной передачи. Такой электродвигатель обеспечивает больший крутящий момент в сравнении с другими двигателями аналогичных габаритов, а размещение планетарно-цевочной передачи внутри электродвигателя позволяет снизить линейные габариты электропривода и уменьшить общее число деталей, что ведет к более выгодным экономическим характеристикам.
Планетарно-цевочная передача включает в себя: эксцентриковый входной вал, сателлиты, цевочное колесо с цевками, крестовые муфты, выходные фланцы и подшипниковые опоры. Использование планетарно-цевочной передачи позволяет закладывать разное передаточное число путем изменения количества цевок и зубьев на сателлитах при производстве линейки электроприводов с передаточным отношением от 10 до 100 и сохранением габаритов электропривода.
Ротор электропривода установлен в стакан, который жестко закреплен на эксцентриковом входном валу и сообщает ему крутящий момент. На оппозитно расположенных эксцентриковых участках входного вала компактно размещены два сателлита, уравновешивающие друг друга, что позволяет избежать дополнительной балансировки. Входной вал через подшипниковые опоры сообщает сателлитам циклоидальное движение. На входном валу установлены втулки для ограничения осевого смещения и крепления подшипниковых опор сателлитов и фланцев. Установленное между сателлитами разделительное кольцо предотвращает их перекос.
Сателлиты обкатывают внутренние зубья корпуса, образованные цевками, которые уложены в пазы зубчатого профиля, изготовленного на внутреннем диаметре корпуса. Цевки уложены с возможностью их свободного вращения вокруг своей оси, что обеспечивает снижение трения между сателлитами и цевками, что в свою очередь повышает КПД привода. Ограничительные кольца удерживают цевки, ограничивая их осевое и диаметральное перемещение, что повышает надежность работы устройства в целом. Сателлиты вращаются вокруг своей оси за счет разности количества цевок и зубьев сателлитов на 1÷3. При одном обороте эксцентрикового вала сателлит поворачивается на угол, равный шагу зубчатого профиля. Особенность выполнения сателлитов заключается в том, что они имеют упрощенный профиль зуба в виде усеченной звездочки. Этот зубчатый профиль аналогичен таковому в цепных звездочках с подрезкой зубьев по наружному диаметру. Таким образом, облегчается изготовление сателлитов, позволяющее обойтись без зуборезного производства.
Крестовые муфты вычленяют из циклоидального движения сателлитов крутящий момент и передают его на выходные фланцы, на одном из которых жестко закреплен выходной вал, установленный в корпус на подшипниковую опору для снижения влияний изгибающих моментов на планетарно-цевочную передачу. Крестовые муфты имеют относительно простую конструкцию и большую несущую способность, что позволяет снять с пальцев, стягивающих выходные фланцы, функции передачи крутящего момента от сателлитов. Применение крестовых муфт позволило снизить габариты электропривода в целом и увеличить надежность его работы. Для защиты от внешних воздействий электропривод закрыт защитным кожухом и манжетой.
Полная симметричность планетарно-цевочной передачи и использование двух оппозитно расположенных эксцентриковых участков существенно снижает вибрацию при работе электропривода, поскольку образуется пара центробежных противоположно направленных сил, которые уравновешивают друг друга.
Такое исполнение планетарно-цевочного электропривода обладает высокой точностью, малым угловым люфтом на выходном валу, имеет компактные линейные габариты, стойкость к ударным нагрузкам и КПД 80%.
Техническим результатом изобретения является создание планетарно-цевочного электропривода с большим крутящим моментом, малым угловым люфтом на выходном валу, минимальным линейным габаритом вдоль оси и получение линейки электроприводов с передаточным отношением от 10 до 100 без изменения габаритов электропривода.
Таким образом, заявлен планетарно-цевочный электропривод, содержащий корпус, статор, ротор, эксцентриковый входной вал с двумя эксцентриковыми цилиндрическими участками, на которых с помощью подшипниковых опор установлены сателлиты, имеющие сквозные отверстия и находящиеся в зацеплении с цевками, неподвижное цевочное колесо, выполненное в корпусе, выходной вал, установленный в корпусе на подшипниковую опору. Отличительной особенностью электропривода является то, что на корпусе установлены блок управления и статор, расположенный внутри ротора. Ротор установлен в стакан, жестко связанный с входным валом, у которого эксцентриковые цилиндрические участки выполнены оппозитно. Цевочное колесо и уложенные в его пазы цевки являются общими для сателлитов, между которыми размещается разделительное кольцо. Цевки удерживаются ограничительными кольцами, а зубчатые профили цевочного колеса и сателлитов имеют упрощенную форму в виде усеченной звездочки. При этом каждый сателлит связан крестовой муфтой с соответствующим выходным фланцем, установленным на входном валу и в корпусе на подшипниковых опорах. В свою очередь выходные фланцы стянуты между собой штангами, проходящими через сквозные отверстия в сателлитах, не касаясь их. Выходной вал жестко связан с одним из выходных фланцев и расположен соосно и последовательно с входным валом.