СИЛОВОЙ МИНИПРИВОД (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК H02K7/116 F04B1/20 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в приводах автоматических систем управления, робототехнике, высокоточных и силовых механизмах с гидравлическими и электрическими двигателями.

Известен мотор-редуктор, содержащий статор, закрепленный в корпусе, ротор, закрепленный на валу, и смонтированный на одном из торцов устройства редуктор, образованный передачей на основе шариков, размещенных в кольцевой канавке на валу ротора и контактирующих с корпусом и выходным валом. Канавка на валу ротора выполнена косой, а соответствующие поверхности двух других контактирующих с шариками деталей выполнены одна с лунками для шариков, а другая с зубчатой дорожкой качения с торцевым расположением зубьев, причем число зубьев на единицу отличается от числа шариков (патент РФ №2171526).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является привод, состоящий из корпуса, двигателя, содержащего статор и ротор, силового подшипника, содержащего внешнюю и внутреннюю обоймы, сепаратор и тела качения, волнового редуктора, содержащего жесткое колесо с внутренними зубьями, волнообразователь, выполненный в виде дисков, так что оси дисков смещены относительно центральной оси привода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, многорядный сепаратор с размещенными в нем телами качения, кинематически связанными с волнообразователем и жестким колесом (патент РФ №2029168 - прототип).

Недостатком прототипа является внешнее по отношению к корпусу передачи расположение электродвигателя и значительный осевой размер самой передачи, что отрицательно влияет на габариты привода.

Цель изобретения - создание конструкции, состоящей из двигателя, редуктора и силового подшипника, причем размеры конструкции должны приближаться к размерам силового подшипника, что значительно уменьшает ее габариты.

Цель изобретения достигается тем, что силовой минипривод, состоящий из корпуса, двигателя, содержащего статор и ротор, силового подшипника, содержащего внешнюю и внутреннюю обоймы, сепаратор и тела качения, волнового редуктора, содержащего жесткое колесо с внутренними зубьями, волнообразователь, выполненный в виде дисков, так что оси дисков смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, многорядный сепаратор с размещенньми в нем телами качения, кинематически связанными с волнообразователем и жестким колесом, при этом статор и ротор двигателя, жесткое колесо, волнообразователь и многорядный сепаратор волнового редуктора расположены концентрично относительно центральной оси силового минипривода, при этом статор двигателя представляет собой двухрядный радиальный блок цилиндров с соединительными каналами, связывающими каждый цилиндр с полостями подачи и слива рабочего тела через распределительное устройство, установленное соосно блоку цилиндров и закрепленное на валу маломощного управляющего двигателя, установленного внутри статора, при этом распределительное устройство выполнено и соединено с цилиндрами так, что один ход каждого плунжера соответствует одному обороту управляющего двигателя, ротор двигателя представляет собой два жестких кольца, опирающихся каждое на свой ряд цилиндров, оба жестких кольца кинематически связаны с телами качения волнового редуктора, служат дисками волнообразователя волнового редуктора, при этом жесткое колесо и внешняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, волнообразователь и внутренняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, многорядный сепаратор и сепаратор силового подшипника выполнены одной деталью и тела качения волнового редуктора служат телами качения силового подшипника. Кроме того, силовой минипривод, состоящий из корпуса, двигателя, содержащего статор и ротор, силового подшипника, содержащего внешнюю и внутреннюю обоймы, сепаратор и тела качения, волнового редуктора, содержащего жесткое колесо с внутренними зубьями, волнообразователь, выполненный в виде дисков, так что оси дисков смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, многорядный сепаратор с размещенными в нем телами качения, кинематически связанными с волнообразователем и жестким колесом, при этом статор и ротор двигателя, жесткое колесо, волнообразователь и многорядный сепаратор волнового редуктора расположены концентрично относительно центральной оси силового минипривода, жесткое колесо и внешняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, волнообразователь и внутренняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, многорядный сепаратор и сепаратор силового подшипника выполнены одной деталью и тела качения волнового редуктора служат телами качения силового подшипника, вал ротора двигателя установлен на подшипниках в крышках корпуса двигателя, которые жестко закреплены на статоре двигателя и расположены с противоположных сторон относительно него, при этом между ротором двигателя и волнообразователем волнового редуктора установлен промежуточный волновой редуктор, волнообразователь которого содержит два диска, установленных на валу ротора двигателя по разные стороны ротора двигателя так, что оси дисков смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, жесткое колесо промежуточного волнового редуктора состоит из центрального кольца и прикрепленных к его торцам с противоположных сторон колец с внутренними зубьями, сепаратор промежуточного волнового редуктора состоит из двух обойм, каждая из которых закреплена на крышке корпуса двигателя и имеет один ряд отверстий, в которых установлены тела качения, кинематически связанные с диском волнообразователя промежуточного волнового редуктора и кольцом с внутренними зубьями жесткого колеса промежуточного волнового редуктора, при этом центральное кольцо жесткого колеса промежуточного волнового редуктора внутренней поверхностью опирается на тела качения, центрирующие его относительно статора двигателя, а с внешней стороны к нему прикреплены два кулачка, представляющих собой диски волнообразователя волнового редуктора, при этом силовой минипривод снабжен двумя боковыми крышками, прикрепленными к многорядному сепаратору волнового редуктора и каждая боковая крышка к обойме сепаратора промежуточного волнового редуктора.

На фиг.1 изображен продольный разрез силового минипривода с гидравлическим двигателем.

На фиг.2 изображено поперечное сечение силового минипривода с гидравлическим двигателем.

На фиг.3 изображен продольный разрез силового минипривода с электрическим двигателем.

На фиг.4 изображено поперечное сечение силового минипривода с электрическим двигателем.

Силовой минипривод с гидравлическим двигателем состоит из волнового редуктора, гидродвигателя, силового подшипника и корпуса. Волновой редуктор содержит жесткое колесо 1, выполненное одной деталью с внешней обоймой силового подшипника, тела качения 2, служащие телами качения силового подшипника, многорядный сепаратор 3, выполненный с сепаратором силового подшипника одной деталью, волнообразователь, представляющий собой жесткие кольца 4, выполненный с внутренней обоймой силового подшипника одной деталью. Гидродвигатель содержит статор в виде блока цилиндров 5 с плунжерами 6, управляющим двигателем 7, распределительным устройством 8, штуцерами подачи и слива рабочего тела 9, соединительными каналами 10, и ротор, представляющий собой жесткие кольца 4. Корпус образован крышкой 11 и многорядным сепаратором волнового редуктора 3.

Статор и ротор гидродвигателя, жесткое колесо 1, волнообразователь и многорядный сепаратор 3 волнового редуктора расположены концентрично относительно центральной оси силового минипривода. Соприкосновение тел качения 2 с жесткими кольцами 4, многорядным сепаратором 3 и зубьями жесткого колеса 1 под разными углами делает жесткое колесо 1, являющееся выходным звеном силового минипривода, центрированным относительно неподвижной части силового минипривода.

Жесткое колесо 1 имеет внутренние зубья в количестве, на единицу превышающем число тел качения 2 в одном ряду многорядного сепаратора 3. Тела качения 2 находятся в гнездах многорядного сепаратора 3 и постоянно соприкасаются как с жесткими кольцами 4, так и с жестким колесом 1. Ряды гнезд многорядного сепаратора 3 имеют одинаковое число гнезд, смещены в окружном направлении относительно друг друга на угол, равный половине углового шага гнезд в данных рядах. Жесткие кольца 4 являются ротором гидродвигателя, их оси смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, что позволяет жестким кольцам 4 служить дисками волнообразователя волнового редуктора.

Жесткие кольца 4 опираются каждое на свой ряд плунжеров 6. На торцевой поверхности блока цилиндров 5 расположены дугообразные проточки, соединенные при помощи соединительных каналов 10 с плунжерами 6. Крышка 11 со стороны, обращенной к распределительному устройству 8, имеет кольцевые проточки, соединенные со штуцерами подачи и слива рабочего тела 9. Распределительное устройство 8, закрепленное на валу управляющего двигателя 7, имеет форму диска, в котором со стороны, обращенной к блоку цилиндров 5, выполнены дугообразные проточки, связанные сквозными дугообразными прорезями с кольцевыми проточками на противоположной стороне распределительного устройства 8, при этом прорези выполнены так, что со штуцером подачи 9 соединены одновременно одна половина плунжеров 6 первого ряда и противоположная половина плунжеров 6 второго ряда. Оставшиеся плунжеры 6 обоих рядов соединены через распределительное устройство 8 со штуцером слива 9. При этом проточки с обоих сторон распределительного устройства 8 выполнены так, что силы и моменты, создаваемые находящимся под давлением рабочим телом, действующие на распределительное устройство 8, уравновешивают друг друга, что обеспечивает малую потребную мощность управления.

Силовой минипривод с электрическим двигателем содержит волновой редуктор, промежуточный волновой редуктор, высокоскоростной электродвигатель, силовой подшипник и корпус. Волновой редуктор содержит жесткое колесо 1, выполненное одной деталью с внешней обоймой силового подшипника, тела качения 2, служащие телами качения силового подшипника, многорядный сепаратор 3, выполненный с сепаратором силового подшипника одной деталью, волнообразователь, представляющий собой кулачки 12, выполненный с внутренней обоймой силового подшипника одной деталью. Промежуточный волновой редуктор содержит жесткое колесо, состоящее из колец с внутренними зубьями 13, жестко закрепленных на центральном кольце 14 с его противоположных торцов, тела качения 15, многорядный сепаратор, состоящий из обойм 16, волнообразователь, состоящий из дисков 17. Высокоскоростной электродвигатель содержит статор 18, ротор 19, закрепленный на валу двигателя 20, крышки корпуса двигателя 21, в которых установлены подшипники 22, на которых устанавливается вал двигателя 20. Корпус силового минипривода с электрическим двигателем состоит из боковых крышек 23. Кроме того, силовой минипривод с электрическим двигателем содержит ряды тел качения 24, центрирующие центральное кольцо 14 относительно статора двигателя 18.

Статор 18 и ротор 19 электродвигателя, жесткое колесо 1, волнообразователь и многорядный сепаратор 3 волнового редуктора, центральное кольцо промежуточного волнового редуктора 14 расположены концентрично относительно центральной оси силового минипривода. Между статором 18 и центральным кольцом 14 имеются ряды тел качения 24, центрирующие центральное кольцо 14 относительно неподвижной части силового минипривода. Соприкосновение тел качения 2 с кулачками 12, многорядным сепаратором 3 и зубьями жесткого колеса 1 под разными углами делает жесткое колесо 1, являющееся выходным звеном силового минипривода, центрированным относительно неподвижной части силового минипривода.

Жесткое колесо 1 имеет внутренние зубья в количестве, на единицу превышающем число тел качения 2 в одном ряду многорядного сепаратора 3. Тела качения 2 находятся в гнездах многорядного сепаратора 3 и постоянно соприкасаются как с кулачками 12, так и с жестким колесом 1. Ряды гнезд многорядного сепаратора 3 имеют одинаковое число гнезд, смещены в окружном направлении относительно друг друга на угол, равный половине углового шага гнезд в данных рядах. Кулачки 12 представляют собой диски, жестко закрепленные на центральном кольце 14 так, что оси кулачков 12 смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости.

Число зубьев колец с внутренними зубьями 13 одинаково и на один больше числа тел качения 15 в каждой из обойм 16. Тела качения 15 находятся в гнездах обойм 16 и постоянно соприкасаются как с дисками 17, так и с кольцами с внутренними зубьями 13. Обоймы 16 имеют одинаковое число гнезд, расположенных в одном ряду, при этом ряды гнезд обойм 16 смещены в окружном направлении относительно друг друга на угол, равный половине углового шага гнезд в данных рядах. Диски 17 установлены на противоположных концах вала двигателя 20 так, что оси дисков 17 смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости.

Силовой минипривод с гидравлическим двигателем работает следующим образом. При подаче рабочего тела под давлением оно поступает через проточки распределительного устройства 8 и соединительные каналы 10 в полости блока цилиндров 5 под плунжеры 6. При этом часть плунжеров 6 первого ряда и противоположная часть плунжеров 6 второго ряда соединены с зоной высокого давления, а оставшиеся находятся в зоне низкого давления. В результате действия перепада давлений плунжеры 6 перемещаются и перемещают жесткие кольца 4, причем оси жестких колец 4 смещаются относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, располагаются в одной плоскости по разные стороны относительно центральной оси силового минипривода, параллельны между собой. При вращении распределительного устройства 8 происходит попеременное соединение плунжеров с зонами высокого и низкого давления, что вызывает круговое движение осей жестких колец 4 относительно центральной оси силового минипривода. При этом жесткие кольца 4 воздействуют на тела качения 2, перемещение которых ограничено многорядным сепаратором 3 радиальным направлением. Тела качения 2 совершают волнообразные движения с периодом, равным периоду одного оборота распределительного устройства 8, и амплитудой, равной половине хода плунжера 6. Тела качения 2, взаимодействуя с зубьями жесткого колеса 1, поворачивают его на угол, меньший угла поворота распределительного устройства 8 в число раз, равное числу зубьев в жестком колесе 1.

Силовой минипривод с электрическим двигателем работает следующим образом. При запуске электродвигателя ротор 19 начинает вращаться вместе с валом двигателя 20 и дисками 17. Обоймы 16 позволяют телам качения 15 перемещаться только в радиальном направлении, таким образом тела качения 15 совершают волнообразные движения с периодом, равным периоду одного оборота вала двигателя 20, и амплитудой, равной расстоянию между осями силового минипривода и диска 17. Тела качения 15, взаимодействуя кольцами с внутренними зубьями 13, поворачивают их вместе с центральным кольцом 14 и закрепленными на нем кулачками 12 на угол, меньший угла поворота вала двигателя 20 в число раз, равное числу зубьев в каждом кольце с внутренними зубьями 13. При этом кулачки 12 воздействуют на тела качения 2, перемещение которых ограничено многорядным сепаратором 3 радиальным направлением. Тела качения 2 совершают волнообразные движения с периодом, равным периоду одного оборота центрального кольца 14, и амплитудой, равной расстоянию между осями силового минипривода и кулачков 12. Тела качения 2, взаимодействуя с зубьями жесткого колеса 1, поворачивают его на угол, меньший угла поворота центрального кольца 14 в число раз, равное числу зубьев в жестком колесе 1. Таким образом, передаточное число от ротора 19 до жесткого колеса 1 будет равно произведению числа зубьев кольца с внутренними зубьями 13 на число зубьев жесткого колеса 1.

Таким образом, концентричное относительно центральной оси силового минипривода расположение статора и ротора двигателя, жесткого колеса, волнообразователя и многорядного сепаратора волнового редуктора и выполнение одной деталью: жесткого колеса волнового редуктора и внешней обоймы силового подшипника, волнообразователя волнового редуктора и внутренней обоймы силового подшипника и ротора гидродвигателя, многорядного сепаратора волнового редуктора и сепаратора силового подшипника, и использование в качестве тел качения силового подшипника тел качения волнового редуктора позволило реализовать двигатель, редуктор и силовой подшипник в объеме силового подшипника, что существенно сокращает габариты силового минипривода.

При этом достижение необходимого значения момента в силовом миниприводе с гидравлическим двигателем достигается при постоянном давлении подачи за счет числа плунжеров и передаточного числа волнового редуктора, а в силовом миниприводе с электрическим двигателем при известном моменте электродвигателя за счет передаточных чисел волнового редуктора и промежуточного волнового редуктора.

Изобретение относится к электротехнике и машиностроению и может быть применено в приводах автоматических систем управления, робототехнике, высокоточных и силовых механизмах с гидравлическими и электрическими двигателями. Технический результат заключается в уменьшении габаритов. Силовой минипривод с гидравлическим двигателем состоит из волнового редуктора, гидродвигателя, силового подшипника и корпуса. Волновой редуктор содержит жесткое колесо, выполненное одной деталью с внешней обоймой силового подшипника, тела качения, служащие телами качения силового подшипника, многорядный сепаратор, выполненный с сепаратором силового подшипника одной деталью, волнообразователь, представляющий собой жесткие кольца, выполненный с внутренней обоймой силового подшипника одной деталью. Гидродвигатель содержит статор в виде блока цилиндров с плунжерами, управляющим двигателем, распределительным устройством, штуцерами подачи и слива рабочего тела, соединительными каналами, и ротор, представляющий собой жесткие кольца. Корпус образован крышкой и многорядным сепаратором волнового редуктора. Силовой минипривод по второму варианту выполнен с электрическим двигателем. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Силовой минипривод, состоящий из корпуса, двигателя, содержащего статор и ротор, силового подшипника, содержащего внешнюю и внутреннюю обоймы, сепаратор и тела качения, волнового редуктора, содержащего жесткое колесо с внутренними зубьями, волнообразователь, выполненный в виде дисков, так что оси дисков смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно нее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, многорядный сепаратор с размещенными в нем телами качения, кинематически связанными с волнообразователем и жестким колесом, отличающийся тем, что статор и ротор двигателя, жесткое колесо, волнообразователь и многорядный сепаратор волнового редуктора расположены концентрично относительно центральной оси силового минипривода, при этом статор двигателя представляет собой двухрядный радиальный блок цилиндров с соединительными каналами, связывающими каждый цилиндр с полостями подачи и слива рабочего тела через распределительное устройство, установленное соосно блоку цилиндров и закрепленное на валу маломощного управляющего двигателя, установленного внутри статора, при этом распределительное устройство выполнено и соединено с цилиндрами так, что один ход каждого плунжера соответствует одному обороту управляющего двигателя, ротор двигателя представляет собой два жестких кольца, опирающихся каждое на свой ряд цилиндров, оба жестких кольца кинематически связаны с телами качения волнового редуктора, служат дисками волнообразователя волнового редуктора, при этом жесткое колесо и внешняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, волнообразователь и внутренняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, многорядный сепаратор и сепаратор силового подшипника выполнены одной деталью и тела качения волнового редуктора служат телами качения силового подшипника.2. Силовой минипривод, состоящий из корпуса, двигателя, содержащего статор и ротор, силового подшипника, содержащего внешнюю и внутреннюю обоймы, сепаратор и тела качения, волнового редуктора, содержащего жесткое колесо с внутренними зубьями, волнообразователь, выполненный в виде дисков, так что оси дисков смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно нее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, многорядный сепаратор с размещенными в нем телами качения, кинематически связанными с волнообразователем и жестким колесом, отличающийся тем, что статор и ротор двигателя, жесткое колесо, волнообразователь и многорядный сепаратор волнового редуктора расположены концентрично относительно центральной оси силового минипривода, жесткое колесо и внешняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, волнообразователь и внутренняя обойма силового подшипника выполнены одной деталью, многорядный сепаратор и сепаратор силового подшипника выполнены одной деталью и тела качения волнового редуктора служат телами качения силового подшипника, вал ротора двигателя установлен на подшипниках в крышках корпуса двигателя, которые жестко закреплены на статоре двигателя и расположены с противоположных сторон относительно него, при этом между ротором двигателя и волнообразователем волнового редуктора установлен промежуточный волновой редуктор, волнообразователь которого содержит два диска, установленные на валу ротора двигателя по разные стороны ротора двигателя, так что оси дисков смещены относительно центральной оси силового минипривода на одну и ту же величину, расположены по разные стороны относительно ее, параллельны между собой и расположены в одной плоскости, жесткое колесо промежуточного волнового редуктора состоит из центрального кольца и прикрепленных к его торцам с противоположных сторон колец с внутренними зубьями, многорядный сепаратор промежуточного волнового редуктора состоит из двух обойм, каждая из которых закреплена на крышке корпуса двигателя и имеет один ряд отверстий, в которых установлены тела качения, кинематически связанные с диском волнообразователя промежуточного волнового редуктора и кольцом с внутренними зубьями жесткого колеса промежуточного волнового редуктора, при этом центральное кольцо жесткого колеса промежуточного волнового редуктора внутренней поверхностью опирается на тела качения, центрирующие его относительно статора двигателя, а с внешней стороны к нему прикреплены два кулачка, представляющие собой диски волнообразователя волнового редуктора, при этом силовой минипривод снабжен двумя боковыми крышками, прикрепленными к многорядному сепаратору волнового редуктора, и каждая боковая крышка к обойме многорядного сепаратора промежуточного волнового редуктора.