RU2171526C1

RU2171526C1 - Geared motor

Info

Publication number: RU2171526C1
Application number: RU2000122783A
Authority: RU
Inventors: В.В. Становской; А.В. Становской; Т.А. Ремнева; А.Ф. Шибико; В.В. Кривошеев
Original assignee: Становской Виктор Владимирович
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2001-07-27

Abstract

FIELD: electromechanics; gearbox-coupled electrical machines used as drives of miscellaneous machines and mechanisms. SUBSTANCE: geared motor has frame-and-stator field structure and shaft-mounted rotor. Reduction unit whose transmission is built around balls contacting rotor shaft, frame, and output shaft is mounted on one end of shaft. For the purpose shaft is provided with annular groove to receive balls. Novelty is that mentioned groove is skewed and respective surfaces of two other parts contacting the balls are made so that one of them has holes to receive balls and other one is made in the form of toothed antifriction track with front arrangement of teeth; tooth number per unity is other than ball number. It will be good practice to mount similar reduction unit on opposite end of motor shaft but groove on rotor shaft should be skewed in opposite direction. EFFECT: reduced mass and size approaching those of electric motor at same performance characteristics. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к электромеханике, в частности к электрическим машинам, конструктивно сопряженным с коробками передач, и может быть использовано в качестве электропривода широкого применения практически во всех областях машиностроения. The invention relates to electromechanics, in particular to electrical machines structurally coupled to gearboxes, and can be used as an electric drive for widespread use in almost all areas of mechanical engineering.

Известен мотор-редуктор (см. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 1979, т.3, с.506-515, а также RU 2126582, 20.02.1999), который представляет собой электродвигатель, ротор которого соединен со входным валом редуктора, причем оба узла размещены в общем корпусе. В зависимости от типа используемого редуктора мотор-редукторы бывают цилиндрические, планетарные, червячные. Основной недостаток таких мотор-редукторов заключается в больших габаритах и массе. Так, например, масса мотор-редукторов, выпускаемых промышленностью, в зависимости от крутящего момента на выходном валу, от допускаемой радиальной нагрузки и от передаточного отношения редукторной части составляет 35 - 250 кг, причем габариты редукторной части превышают габариты электродвигателя. The well-known motor gearbox (see. Anuryev V.I. Handbook of a designer-machine builder. M: Mechanical Engineering, 1979, vol. 3, p. 506-515, and also RU 2126582, 02.20.1999), which is an electric motor, a rotor which is connected to the input shaft of the gearbox, and both nodes are located in a common housing. Depending on the type of gearbox used, the gearmotors are cylindrical, planetary, and worm gears. The main disadvantage of such gearmotors is their large size and weight. So, for example, the mass of gear motors manufactured by the industry, depending on the torque on the output shaft, on the permissible radial load and on the gear ratio of the gear part, is 35 - 250 kg, and the dimensions of the gear part exceed the dimensions of the electric motor.

Известен мотор-редуктор на базе волновой передачи с промежуточными звеньями (см. рекламный проспект государственного предприятия "Технотрон", г. Томск), в котором за счет передаточного механизма масса и габариты уменьшены в 2 - 6 раз по сравнению с зубчатыми редукторами. Known gear motor based on wave transmission with intermediate links (see the brochure of the state-owned company "Technotron", Tomsk), in which due to the transmission mechanism, the mass and dimensions are reduced by 2-6 times compared with gear reducers.

Во всех вышеописанных конструкциях мотор-редукторов конструкция электродвигателя и сопрягаемого с ним редуктора не изменяются, они просто объединяются в одном корпусе. Однако существует класс мотор-редукторов, в которых отдельные элементы конструкции электродвигателя выполняют одновременно функции деталей редуктора. В них используются электродвигатели с катящимся ротором. В патентах (см. RU 2030082, 27.02.1995, RU 2098910, 10.12.1997) роторы эксцентрично установлены в статоре и, обкатывая какую-либо поверхность, выполняют функцию одного из звеньев планетарной передачи, которая может быть либо фрикционной, либо зубчатой. При этом все недостатки, присущие фрикционной передаче (невысокие передаваемые моменты, низкий КПД), или зубчатой передаче (большие габариты при высоких передаточных отношениях), определяют недостатки мотор-редуктора в целом. К этому же классу относится орбитальный мотор-редуктор (см. RU 2071631, 10.01,1997, а также RU 2074490, 27.02.1997). В нем несколько роторов электродвигателя установлены на одних валах с сателлитами планетарного редуктора, а применение специального тормоза роторов с вращающимся диском позволяет фиксировать роторы, а следовательно, и сателлиты редуктора один относительно другого, с сохранением возможности вращения "составного" ротора относительно оси выходного вала. Такой мотор-редуктор реализует двухскоростной режим работы, однако имеет сложную конструкцию и большие габариты, обусловленные применяемым редуктором. In all the above-described designs of motor gearboxes, the design of the electric motor and the gearbox mating with it do not change, they are simply combined in one housing. However, there is a class of gear motors in which individual structural elements of the electric motor simultaneously perform the functions of gear parts. They use electric motors with a rolling rotor. In patents (see RU 2030082, 02.27.1995, RU 2098910, 10.12.1997), the rotors are eccentrically mounted in the stator and, rolling around a surface, perform the function of one of the links of the planetary gear, which can be either friction or gear. Moreover, all the disadvantages inherent in the friction gear (low transmitted moments, low efficiency), or gear transmission (large dimensions with high gear ratios), determine the disadvantages of the gear motor as a whole. The orbital geared motor belongs to the same class (see RU 2071631, 01.10.1997, and also RU 2074490, 02.27.1997). In it, several rotors of the electric motor are mounted on the same shafts with the planetary gear satellites, and the use of a special rotor brake with a rotating disk allows the rotors, and therefore the gear satellites to be fixed relative to one another, while maintaining the possibility of rotation of the “composite” rotor relative to the axis of the output shaft. Such a gear motor implements a two-speed mode of operation, however, it has a complex structure and large dimensions due to the gearbox used.

Известен мотор-редуктор (см. RU 2051302, 27.12.1995), в котором выходной вал ротора двигателя охвачен выходным валом планетарной передачи. Передача представляет собой роликовый конический подшипник качения, в котором ролики выполняют функцию сателлитов, а сепаратор подшипника - функцию водила планетарной передачи. Для этого внутреннее кольцо подшипника посажено на вал ротора, а внешнее кольцо закреплено в корпусе. Отбор мощности происходит от сепаратора подшипника, для чего сепаратор соединен с выходным полым валом мотор-редуктора. Мотор-редуктор с таким фрикционным редуктором предназначен для создания только невысоких крутящих моментов, в нем присутствуют большие потери энергии на трение роликов о сепаратор, с которого отбирают мощность. A known motor gearbox (see RU 2051302, 12/27/1995), in which the output shaft of the engine rotor is covered by the output shaft of the planetary gear. The transmission is a roller conic roller bearing, in which the rollers act as satellites, and the bearing cage acts as a planet carrier. For this, the inner ring of the bearing is seated on the rotor shaft, and the outer ring is fixed in the housing. Power take-off comes from the bearing cage, for which the cage is connected to the output hollow shaft of the gear motor. A geared motor with such a friction reducer is designed to create only low torques, it contains large energy losses due to the friction of the rollers on the separator, from which power is taken.

Наиболее близким по технической сущности является электродвигатель со встроенным редуктором (см. RU 2027283, 20.01.1995, фиг. 2), выбранный в качестве прототипа. Мотор-редуктор содержит статор, закрепленный в корпусе, и ротор, закрепленный на полом валу. В этом мотор-редукторе использована фрикционная передача, выполненная с помощью шариков, которые составляют также подшипник для установки выходного вала передачи в корпусе с одной стороны. Другой конец выходного вала установлен в корпусе на обычном подшипнике. На валу ротора выполнена кольцевая канавка, а на выходном валу и в корпусе - кольцевые дорожки для шариков передачи. Каждый шарик фрикционной передачи имеет две зоны контакта с кольцевой канавкой ротора, зону контакта с кольцевой дорожкой корпуса и зону контакта с кольцевой дорожкой на выходном валу передачи. При вращении ротора шарики обкатываются по неподвижной дорожке в корпусе и за счет трения вызывают вращение выходного вала. Передаточное отношение определяется соотношением между собой расстояний от зон контактов шарика с ротором, корпусом и выходным валом до оси электродвигателя. The closest in technical essence is an electric motor with an integrated gearbox (see RU 2027283, 01.20.1995, Fig. 2), selected as a prototype. The gear motor contains a stator fixed in the housing, and a rotor mounted on a hollow shaft. This gear motor uses a friction gear made using balls, which also make up the bearing for mounting the output shaft of the gear in the housing on one side. The other end of the output shaft is mounted in a housing on a conventional bearing. An annular groove is made on the rotor shaft, and annular tracks for the transfer balls are made on the output shaft and in the housing. Each friction gear ball has two contact zones with the annular groove of the rotor, a contact zone with the annular track of the housing and a contact zone with the ring track on the output shaft of the transmission. When the rotor rotates, the balls are run along a fixed track in the housing and, due to friction, cause the output shaft to rotate. The gear ratio is determined by the ratio of the distances from the contact areas of the ball with the rotor, the housing and the output shaft to the axis of the electric motor.

К основным недостаткам, присущим данному устройству, можно отнести следующие. Мотор-редуктор, как и предыдущий, не может работать в качестве силового агрегата, так как создает только невысокий крутящий момент, величина которого ограничена возможным проскальзыванием шариков при небольшом прижимном усилии их к дорожкам качения, или большими потерями на трение при большом прижимном усилии. Передаточное отношение такого мотор-редуктора также невелико, так как определяется соотношением расстояний, мало отличающихся друг от друга. Для увеличения передаточного отношения необходимо увеличивать размеры шариков, что влечет за собой увеличение габаритов устройства в целом. Кроме того, мотор-редуктор не сбалансирован в осевом напрвалении и подшипник на торце выходного вала будет испытывать большие нагрузки. The main disadvantages inherent in this device include the following. The gearmotor, like the previous one, cannot work as a power unit, since it creates only a low torque, the value of which is limited by the possible slipping of the balls with a small clamping force to the raceways, or large friction losses with a large clamping force. The gear ratio of such a gear motor is also small, since it is determined by the ratio of distances that differ little from each other. To increase the gear ratio, it is necessary to increase the size of the balls, which entails an increase in the dimensions of the device as a whole. In addition, the gear motor is not balanced in axial direction and the bearing at the end of the output shaft will experience heavy loads.

Таким образом, перед изобретением стоит задача создания простого, малогабаритного мотор-редуктора, способного создавать высокие крутящие моменты с большим передаточным отношением, т.е. пригодного к использованию в качестве силового агрегата. Thus, the invention is faced with the task of creating a simple, small-sized gear motor capable of creating high torques with a large gear ratio, i.e. suitable for use as a power unit.

Техническим результатом изобретения является резкое уменьшение весогабаритных характеристик при одних и тех же значениях силовых параметров, так, что габариты мотор-редуктора в целом приближаются к габаритам электродвигателя. The technical result of the invention is a sharp decrease in weight and size characteristics at the same values of power parameters, so that the dimensions of the gear motor as a whole approach the dimensions of the electric motor.

Для решения поставленной задачи мотор-редуктор, как и прототип, содержит статор, закрепленный в корпусе, и ротор, закрепленный на валу. На одном из торцов устройства смонтирован редуктор, образованный передачей на основе шариков, контактирующих с валом ротора, корпусом и выходным валом. Для этого на валу ротора выполнена косой, а соответствующие поверхности двух других контактирующих с шариками деталей выполнены - одна с лунками для шариков, а другая - в виде зубчатой дорожки качения для шариков с торцевым расположением зубьев, причем число зубьев дорожки качения на единицу отличается от числа шариков. To solve the problem, the gear motor, as well as the prototype, contains a stator fixed in the housing, and a rotor mounted on the shaft. A gearbox is mounted on one of the ends of the device, formed by a transmission based on balls in contact with the rotor shaft, the housing, and the output shaft. For this, the rotor shaft is made oblique, and the corresponding surfaces of two other parts contacting with the balls are made — one with holes for balls, and the other in the form of a gear race for balls with an end face arrangement of teeth, and the number of teeth of the raceway is one different from the number balls.

Для балансировки конструкции целесообразно на противоположном торце мотор-редуктора смонтировать такой же редуктор, но с противоположным наклоном косой канавки на валу ротора. To balance the design, it is advisable to mount the same gearbox on the opposite end of the gearmotor, but with the opposite slope of the oblique groove on the rotor shaft.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез устройства; на фиг.2, 3 и 4 - вид на контактирующие с шариками поверхности деталей корпуса и выходного вала соответственно. На фиг.5 показана косая кольцевая канавка в разрезе вала ротора; на фиг.6 - сбалансированный мотор-редуктор по п.2 формулы изобретения. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a longitudinal section of a device; figure 2, 3 and 4 is a view of contacting with the balls of the surface of the parts of the housing and the output shaft, respectively. Figure 5 shows the oblique annular groove in the context of the rotor shaft; figure 6 is a balanced gear motor according to claim 2 of the claims.

Мотор-редуктор представляет из себя корпус 1, в котором закреплен статор 2 электродвигателя. Ротор 3 электродвигателя посажен на вал 4. Вал 4 может быть выполнен в виде сплошного устотелого цилиндра, либо в виде двух цилиндрических отрезков у торцов ротора. Один конец вала 4 с помощью подшипников 5 посажен на выходной вал 6, который, в свою очередь, закреплен в корпусе 1 с помощью подшипника 7. На другом конце вала 6 смонтирован редуктор. Он образован шариками 8, расположенными в косой кольцевой канавке 9 вала ротора 4. Шарики 8 контактируют также с обращенными к ним поверхностями корпуса 1 и выходного вала 6. В этой конструкции мотор-редуктора выходной вал 6 проходит внутри вала ротора 4, а косая кольцевая канавка 9 выполнена на внутренней поверхности вала 4. На торцевой поверхности корпуса 1, контактирующей с шариками 7, выполнены лунки 10. Выходной вал 6 выполнен с фланцем 11, на торцевой поверхности которого, обращенной к шарикам, выполнена зубчатая дорожка качения 12 для шариков 8 с торцевым расположением зубьев. Число зубьев дорожки качения 12 должно на 1 отличаться от числа шариков 8. Следует отметить, что лунки 10 могут быть выполнены на торцевой поверхности фланца 11 выходного вала 6, а зубчатая дорожка качения 12 - на поверхности корпуса 1. Выбор варианта расположения лунок и зубчатого пояса для конкретной конструкции двигателя определяется технологичностью изготовления контактирующих поверхностей и удобством сборки мотор-редуктора. Так же, как и в прототипе, в предлагаемом устройстве редукторный узел выполняет функции подшипника, посредством которого выходной вал 6 и вал ротора 4 одним концом устанавливаются в корпусе 1. The gear motor is a housing 1 in which the stator 2 of the electric motor is fixed. The rotor 3 of the electric motor is mounted on the shaft 4. The shaft 4 can be made in the form of a continuous hollow cylinder, or in the form of two cylindrical segments at the ends of the rotor. One end of the shaft 4 with bearings 5 is seated on the output shaft 6, which, in turn, is fixed in the housing 1 with the help of the bearing 7. At the other end of the shaft 6 is mounted a gearbox. It is formed by balls 8 located in the oblique annular groove 9 of the rotor shaft 4. The balls 8 are also in contact with the surfaces of the housing 1 and the output shaft 6. The output shaft 6 passes inside the rotor shaft 4 in this design, and the oblique annular groove 9 is made on the inner surface of the shaft 4. On the end surface of the housing 1 in contact with the balls 7, holes 10 are made. The output shaft 6 is made with a flange 11, on the end surface of which, facing the balls, a toothed raceway 12 is made for balls 8 mechanical arrangement of teeth. The number of teeth of the raceway 12 should be 1 different from the number of balls 8. It should be noted that the holes 10 can be made on the end surface of the flange 11 of the output shaft 6, and the gear raceway 12 on the surface of the housing 1. Choosing the location of the holes and the toothed belt for a specific engine design is determined by the manufacturability of the manufacture of contacting surfaces and the convenience of assembling a gear motor. As in the prototype, in the proposed device, the gear unit performs the function of a bearing, through which the output shaft 6 and the rotor shaft 4 are installed at one end in the housing 1.

В мотор-редукторе на фиг. 6 подшипники 5 и 7, устанавливающие вторые концы валов 4 и 6 в корпусе 1, заменены на такой же редукторный узел, только с противоположным наклоном канавки 9 на валу 4 ротора 3. Два редукторных узла с противоположными наклонами косых канавок разгружают мотор-редуктор от осевых нагрузок. In the gear motor of FIG. 6 bearings 5 and 7, which install the second ends of the shafts 4 and 6 in the housing 1, are replaced by the same gear unit, only with the opposite slope of the groove 9 on the shaft 4 of the rotor 3. Two gear units with opposite slopes of the oblique grooves unload the gear motor from the axial loads.

На фиг. 7 показана конструкция мотор-редуктора, выполненного в обращенной геометрии с внутренним расположением вала 4. Косая кольцевая канавка 9 в этой конструкции выполнена на наружной поверхности вала 4 ротора 3. Выходной вал 6 выполнен в виде двух полувалов, охватывающих вал 4, и расположенных снаружи корпуса 1. Цифрой 5 обозначены подшипники. Следует отметить, что в последней конструкции отбор мощности можно производить как от выходного вала 6, так и от корпуса 1, если закрепить неподвижно выходной вал. При этом отпадает необходимость в подшипниках 5. In FIG. 7 shows the construction of a geared motor in reverse geometry with an internal arrangement of the shaft 4. An oblique annular groove 9 in this design is made on the outer surface of the shaft 4 of the rotor 3. The output shaft 6 is made in the form of two semi-shafts covering the shaft 4 and located outside the housing 1. The numbers 5 indicate bearings. It should be noted that in the latter design, power can be taken both from the output shaft 6 and from the housing 1, if the output shaft is fixed. This eliminates the need for bearings 5.

Работает устройство следующим образом. При запуске электродвигателя ротор 3 начинает вращаться вместе с валом 4. Шарикам 8, расположенным в косой кольцевой канавке 9, лунки 10, выполненные в неподвижном корпусе 1, не позволяют совершать обкатные движения по кольцевой канавке 9. Поэтому они совершают осевое волнообразное перемещение вдоль оси 14. Полный оборот вала 4 соответствует одной волне осевого перемещения шариков 8. При осевом волнообразном перемещении шарики 8 представляют собой торцевой кулачок, который, взаимодействуя с торцевыми зубьями дорожки качения 12, поворачивают выходной вал 6 на один шаг зубчатой дорожки за один полный оборот вала 4. Таким образом, выходной вал 6 будет вращаться относительно вала ротора 4 с передаточным отношением, равным числу зубьев дорожки качения 12. The device operates as follows. When the electric motor starts, the rotor 3 begins to rotate together with the shaft 4. Balls 8 located in the oblique annular groove 9, the holes 10 made in the fixed housing 1 do not allow rolling movement along the annular groove 9. Therefore, they make axial wave-like movement along axis 14 A complete revolution of the shaft 4 corresponds to one wave of axial movement of the balls 8. When the axial wave-like movement of the balls 8 are an end cam, which, interacting with the end teeth of the raceway 12, turn the output one shaft 6 per step of the gear track for one full revolution of the shaft 4. Thus, the output shaft 6 will rotate relative to the shaft of the rotor 4 with a gear ratio equal to the number of teeth of the raceway 12.

При расположении лунок 10 на выходном валу 6, а зубчатой дорожки качения 12 на поверхности корпуса 1, обращенной к шарикам, волновое осевое перемещение шариков 8 вызовет обкатное движение шариков относительно неподвижной зубчатой дорожки качения 12. Вместе с шариками 8 в обкатное движение будут вовлечены и лунки 10 на выходном валу 6. Причем одной волне осевых перемещений шариков 8 будет соответствовать поворот выходного вала 6 на один шаг зубчатой дорожки качения 12. When the holes 10 are located on the output shaft 6, and the gear race 12 on the surface of the housing 1 facing the balls, the wave axial movement of the balls 8 will cause the rolling movement of the balls relative to the stationary gear race 12. Together with the balls 8, the holes will be involved in the rolling motion 10 on the output shaft 6. Moreover, the rotation of the output shaft 6 by one step of the gear race 12 will correspond to one wave of axial movements of the balls 8.

В конструкции мотор-редуктора, изображенного на фиг 1, подшипники 5 и 7 из-за осевого давления шариков 8, зубчатой дорожки качения 12 и стенок косой канавки 9 друг на друга, будут испытывать значительные осевые нагрузки, поэтому они должны быть радиально-упорными. Конструкция мотор-редуктора на фиг. 6 предусматривает осевую балансировку. Здесь давление деталей редуктора, расположенного на одном торце устройства, уравновешивается давлением деталей редуктора, расположенного на противоположном торце за счет противоположного наклона косых канавок 9 на валу 4. In the design of the gear motor shown in FIG. 1, bearings 5 and 7 will experience significant axial loads due to the axial pressure of the balls 8, the gear raceway 12, and the walls of the oblique groove 9 against each other, so they must be radially thrust. The design of the gear motor in FIG. 6 provides axial balancing. Here, the pressure of the parts of the gearbox located on one end of the device is balanced by the pressure of the parts of the gearbox located on the opposite end due to the opposite inclination of the oblique grooves 9 on the shaft 4.

Работа устройства обращенной конструкции на фиг. 7 ничем не отличается от вышеописанной. The operation of the reversed device in FIG. 7 is no different from the above.

Таким образом, на выходе устройства частота вращения электродвигателя будет понижена в число раз, равное числу зубьев зубчатой дорожки качения. Замена фрикционной шариковой передачи в прототипе на волновую торцевую шариковую передачу позволило при сохранении простоты и небольших габаритов устройства избавиться от всех недостатков, присущих фрикционной передаче. Мотор-редуктор при минимальных удельных весогабаритных характеристиках может создавать высокие крутящие моменты, так как его передача свободна от проскальзывания. Это позволяет использовать мотор-редуктор в силовых приводах мощных агрегатов там, где использовать устройства с фрикционными передачами невозможно. Его передаточное число не зависит от точности изготовления и от изношенности деталей. Thus, at the output of the device, the rotational speed of the electric motor will be reduced by a number of times equal to the number of teeth of the gear raceway. Replacing the friction ball gear in the prototype with a wave end ball gear made it possible, while maintaining the simplicity and small dimensions of the device, to get rid of all the shortcomings inherent in the friction gear. The motor gearbox with the minimum specific weight and size characteristics can create high torques, since its transmission is free from slippage. This allows the use of a gear motor in the power drives of powerful units where it is impossible to use devices with friction gears. Its gear ratio does not depend on the accuracy of manufacture and on the deterioration of parts.

Claims

1. A gear motor comprising a stator mounted in a housing, a rotor mounted on a shaft, and a gear mounted on one of the ends of the device, formed by transmission based on balls placed in an annular groove on the rotor shaft and in contact with the housing and the output shaft, characterized the fact that the groove on the rotor shaft is oblique, and the corresponding surfaces of two other parts contacting with the balls are made one with holes for balls and the other with a gear raceway with an end tooth arrangement, the number of b GB unit differs from the number of balls.

2. The motor gearbox according to claim 1, characterized in that the same gearbox is mounted on the opposite end of the device, but with the opposite slope of the oblique groove on the rotor shaft.