CN2252440Y

CN2252440Y - 恒功率低速大扭矩电动机

Info

Publication number: CN2252440Y
Application number: CN 95240956
Authority: CN
Inventors: 方子良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2005-11-28

Abstract

本实用新型公开了一种利用谐波齿轮传动原理设计的恒功率低速大扭矩电动机，它是由Y型三相异步电动机和谐波齿轮传动减速器构成。其特点在于谐波齿轮传动减速器是由波发生器、柔性轴承、环形柔软、固定刚轮、活动刚轮、输出轴、端盖等部件组成，其传动形式为复波传动，与现有技术相比，具有结构紧凑，变速范围大，工艺性好，成本低等优点，可广泛用于起重运输、纺织、轻工、矿山冶金等机械以及自动化生产流水线和装配线机床工业等领域。

Description

恒功率低速大扭矩电动机

本实用新型涉及一种电机，特别是一种利用谐波齿轮传动技术制成的恒功率低速大扭矩电动机。

自从美国发明的谐波齿轮传动技术问世以后，由于其具有的独特的优点，应用领域愈来愈广，如宇航、卫星等高技术领域、数控机床的伺服系统等。近年来，许多发达国家继美国之后又在竞相研制开发一种通用低速电机，以进一步扩大其应用领域，在我国，92213732.3号专利曾公开了一种“低速电机”，它的减速器部分采用的是谐波齿轮传动原理中的杯形柔轮结构，传动形式为一级传动。这种低速电机由于其结构形式的限制，它的速比不可能很大，最大速比一般不超过200，为使电机达到比较低的转速，通常采取的办法是增加电机的电极，而电极的增加会直接影响电机的输出功率，所以这是上述低速电机存在的一个明显不足，对如自动流水加工线或装配线所需的速比要能达到数千甚至数万的低速电机来说，这种结构就无能为力，无法实现。另外，低速电机中的杯形柔轮结构，本身还存在有以下两点先天的不足：(1)由于杯形柔轮的直径与轴向长度之间有一定的比例关系，为保证柔轮齿部与刚轮齿部正常啮合，并减少杯形柔轮危险部面处的应力(即杯底处)，同时为消除边界效应对杯形柔轮变形的影响，一般取L(长度)＝(0.7～1.2)d(直径)，这样结构尺寸加大，造成电机前端悬伸距离大；(2)由于杯形柔轮壁厚很薄，中间部分的钢材均需采用镗孔车削工艺进行切削而变为废屑，材料浪费率在70％左右，而制造柔轮的材料一般采用CrMnSi合金钢，价格较贵，固而制造成本必然上升。

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足而提供一种结构紧凑、变速比大，输出转速低，预选变速范围更大，工艺性好且节省原材料的恒功率低速大扭矩电动机。

本实用新型为实现上述目的，采取的技术措施是这样的，它是由丫型三相异步电动机和谐波齿轮传动减速器构成，其特征是谐波齿轮传动减速器是由波发生器、柔性轴承、柔轮、固定刚轮、活动刚轮、输出轴、辅助支撑轴承、壳体以及小端盖等组成，波发生器套于三相异步电动机的电机轴上，轴向由衬套定位，在波发生器与电机轴之间有平健，柔性轴承安装在波发生器的外圈上，两端由挡圈定位，在柔性轴承的外圈上装有柔轮，柔轮的外圈按轴向加工成齿圈，柔轮外齿的右半部分与固定刚轮的内齿相啮合，且固定刚轮的齿数大于与之相啮合的柔轮齿圈齿数为2，柔轮外齿的左半部分与活动刚轮的内齿相啮合。固定刚轮被固定在三相异步电动机前端面的大端盖上，活动刚轮与输出轴的后端盘部相连，输出轴位于电机轴的前端，并通过两个定位的轴承支承在壳体内；为确保电机轴与输出轴的同轴度，在两者之间安置一个定位的辅助支承轴承。壳体的后端是与固定刚轮连接，壳体上还设有通气帽和油标，通气帽的作用有两个；一是由通气帽处的孔向机内加润滑油，并通过壳体上的油标来观察控制机内加油量的多少，二是当机内油温升高时，通过通气帽上的气孔将油的蒸气排出，以防止机内气压过大，影响电动机的正常运转。在壳体的前端还有一个内设油封的小端盖与之连接。本实用新型采用谐波齿轮传动技术，利用柔性构件(即柔轮)所产生的可控弹性变形实现运动的传递或动力传递，其结构形式采用环形柔轮结构，传动方式为复波传动方式，其工作原理是：波发生器在电机轴的驱动下作旋转运动，由于波发生器的外圆为标准椭圆，所以波发生器的旋转就挤压柔性轴承和柔轮，使柔轮在波发生器的椭圆凸轮作用下产生变形，旋转时，在波发生器的长轴两端处的柔轮轮齿与固定刚轮和活动刚轮的轮齿完全啮合，在短轴两端处的柔轮轮齿与固定刚轮和活动刚轮的轮齿完全脱开，而波发生器长轴与短轴之间的区域内，柔轮轮齿与固定刚轮和活动刚轮的轮齿处于半啮合(啮入)或半脱开(啮出)状态，当波发生器连续转动时，就使得啮入、啮合、啮出、脱开这四种情况不断依次改变，循环不已。因为固定刚轮是固定不动的，而活动刚轮在柔轮齿圈的带动下，实现错齿运动，从而实现了大的减速比，使电动机的输出轴实现低速旋转。又因为电机是恒功率的，输出扭矩按速比的数值成倍增长，从而实现大扭矩输出。

另外，本实用新型是采用复波传动结构，柔轮外齿的齿圈既可为一个整体齿圈，也可加工成左右两段不同齿数的齿圈，以满足不同转速的要求，扩大变速范围，当柔轮外齿的齿圈为一整体齿圈时，活动刚轮的齿数与柔轮齿数相等，这种结构形成主要用于需要速比相对较小的使用场合，当柔轮外齿的齿圈为两段不同齿数的齿圈时，活动刚轮的齿数应大于与之相啮合的柔轮齿圈齿数为2，而柔轮两段不同齿数的确定应满足：“与固定刚轮相啮合的柔轮齿圈齿数大于与活动刚轮相啮合的柔轮齿圈齿数为1或2”。这种结构形成主要是用于需要速比特大的使用场合。

本实用新型与现有技术相比，其显著的积极效果是：(1)采用了谐波传动原理的环形柔轮结构，使得整机结构紧凑，尤其是轴向尺寸大大缩小，即减小了电机前端悬伸距离，使之能适用于大功率的低速电机；(2)环形柔轮结构工艺性好，可采用先进的滚压扩孔工艺，大大节省了原材料，约70％，成本也相应降低；(3)本实用新型的复波传动形式，其传动比从理论上可达10⁷，变速范围很大，能广泛用于起重运输、纺织、轻工、矿山冶金等机械以及自动化生产流水线和装配线机床工业等领域。

本实用新型的具体结构由以下附图和实施例给出。

图1是根据本实用新型提出的恒功率低速大扭矩电动机的整体结构示意图。

图2是谐波齿轮传动原理示意图。

下面结合附图，以机型为丫90S-4、功率为1.1KW，速比为100，输出轴转速为14转/分的恒功率低速大扭矩电动机为例，对本实用新型做进一步详细说明。

参见图1，根据本实用新型制作的恒功率低速大扭矩电动机，它是由丫型三相异步电动机1和谐波齿轮传动减速器构成，电动机1的转子转速为1450转/分，在电动机的输出端面固定一个大端盖3，谐波齿轮传动减速器由波发生器14、柔性轴承7、柔轮5、固定刚轮4、活动刚轮6、输出轴13、壳体11以及小端盖12等组成。波发生器14材料为45#钢，其内孔与电机轴2相配合，通过平键15来驱动，波发生器14的外圆为标准椭圆，其长轴为60.8mm，短轴为59.14mm，波发生器14由衬套17作轴向定位，柔性轴承7型号为812KA T₂，安装在波发生器14外圆上，两端面各有一个挡圈16作轴向定位，柔轮5的材料为30CrMnSiA，其内径为φ80m，外圈按轴向加工为整体齿圈，齿数为200，齿顶园直径为φ83.24mm，它安装在柔性轴承7的外圆上；固定刚轮4的内齿齿数为202，齿顶圆直径为φ83.12mm，它与柔轮5的右半部分外齿啮合，活动刚轮6的内齿齿数为200，齿顶圆直径为φ83.11mm，它与柔轮5的左半部分外齿相啮合，固定刚轮4在台阶内部由螺钉加垫圈固定在大端盖3上，活动刚轮6通过螺钉加垫圈固定在输出轴13后端盘部，输出轴13是通过轴承21和22支承在壳体11内，两轴承之间有隔套10，轴承21后端面由一挡板9轴向定位，轴承22前端面由挡圈23和固定在壳体11前端的小端盖12定位；电机轴2与输出轴13之间安置了一个辅助支承轴承18，两边分别由衬套17和挡圈19定位，壳体11的后端台阶处通过螺钉与固定刚轮4台阶的外部固定，壳体11上开有直径为M8mm的螺纹孔，孔上旋有带通气孔的通气帽8，当需要给机内加油时，将通气帽8打开，并通过在壳体11上设置的油标20来观察机内油量的多少。平时机内油的蒸气是通过通气帽8上的通气孔排出。小端盖内还设置油封24。壳体11、固定刚轮4、大端盖3之间的接触面上都加有密封垫。

上述结构如用于转速需较低的电动机时，柔轮5的外齿应为两段不同齿数的齿圈，它只要满足与固定刚轮4相啮合的齿段齿数大于与活动刚轮6相啮合的齿段齿数为1或2即可，并且此时的活动刚轮6的内齿数也应大于与之相啮合的柔轮5的齿段齿数为2，其结构型式不变。

本实用新型公开了一种利用谐波齿轮传动原理设计的恒功率低速大扭矩电动机，它是由丫型三相异步电动机和谐波齿轮传动减速器构成，其特点在于谐波齿轮传动减速器是由波发生器、柔性轴承、环形柔轮、固定刚轮、活动刚轮、输出轴、端盖等部件组成，其传动形式为复波传动。与现有技术相比，具有结构紧凑，变速范围大，工艺性好，成本低等优点，可广泛用于起重运输、纺织、轻工、矿山冶金等机械以及自动化生产流水线和装配线机床工业等领域。

Claims

1、一种恒功率低速大扭矩电动机，它是由丫型三相异步电动机和谐波齿轮传动减速器构成，其特征是谐波齿轮传动减速器是由波发生器〔14〕柔性轴承〔7〕、柔轮〔5〕、固定刚轮〔4〕、活动刚轮〔6〕、输出轴〔13〕、辅助支撑轴承〔18〕、壳体〔11〕以及小端盖〔12〕组成，波发生器〔14〕套于三相异步电动机〔1〕的电机轴〔2〕上，轴向由衬套〔17〕定位，在波发生器〔14〕与电机轴〔2〕之间有平键〔15〕，柔性轴承〔7〕安装在波发生器〔14〕的外圈上，两端由挡圈〔16〕定位，在柔性轴承〔7〕的外圈上装有柔轮〔5〕，柔轮〔 5〕的外圈按轴向加工成齿圈，柔轮〔5〕外齿的右半部分与固定刚轮〔4〕的内齿相啮合，固定刚轮(4)的齿数大于与之相啮合的柔轮〔5〕的齿圈齿数为2，柔轮〔5〕外齿的左半部分与活动刚轮〔6〕的内齿相啮合；固定刚轮〔4〕被固定在三相异步电动机〔1〕前端面的大端盖〔3〕上，活动刚轮〔6〕与输出轴〔13〕的后端盘部相连，输出轴〔13〕位于电机轴〔2〕的前端，并通过两个定位的轴承〔21〕、〔22〕支承在壳体〔11〕内；在输出轴〔13〕和电机轴〔2〕之间安置一个定位的辅助支承轴承〔18〕；壳体〔11〕的后端与固定刚轮〔4〕固定连接，壳体〔11〕上设有通气帽〔8〕和油标〔20〕，小端盖〔12〕位于壳体〔11〕前端面且内置油封〔24〕。

2、根据权利要求1所述的恒功率低速大扭矩电动机，其特征是柔轮〔5〕外圈为一整体齿圈。

3、根据权利要求1所述的恒功率低速大扭矩电动机，其特征是柔轮〔5〕外圈为两段不同齿数的齿圈，与固定刚轮〔4〕相啮合的柔轮〔5〕齿圈齿数大于与活动刚轮〔6〕相啮合的柔轮〔5〕齿圈齿数为1或2。

4、根据权利要求1或2所述的恒功率低速大扭矩电动机，其特征是活动刚轮〔6〕的齿数与柔轮〔5〕齿数相同。

5、根据权利要求1或3所述的恒功率低速大扭矩电动机，其特征是活动刚轮〔6〕的齿数大于与之相啮合的柔轮〔5〕齿圈的齿数为2。