RU2446061C1 - Motowheel - Google Patents

Motowheel Download PDF

Info

Publication number
RU2446061C1
RU2446061C1 RU2010134144/11A RU2010134144A RU2446061C1 RU 2446061 C1 RU2446061 C1 RU 2446061C1 RU 2010134144/11 A RU2010134144/11 A RU 2010134144/11A RU 2010134144 A RU2010134144 A RU 2010134144A RU 2446061 C1 RU2446061 C1 RU 2446061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric motor
wheel
satellites
satellite
wheels
Prior art date
Application number
RU2010134144/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010134144A (en
Inventor
Владимир Леонидович Басинюк (BY)
Владимир Леонидович Басинюк
Елена Ивановна Мардосевич (BY)
Елена Ивановна Мардосевич
Original Assignee
Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси" filed Critical Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority to RU2010134144/11A priority Critical patent/RU2446061C1/en
Publication of RU2010134144A publication Critical patent/RU2010134144A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2446061C1 publication Critical patent/RU2446061C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to vehicles and may be used in open space at extreme temperatures. Motowheel comprises case, motor and planetary reduction gear. Every planet pinion is made up of three wheels (8a, 8b, 9) fitted on common axle and coupled by elastically pre-strained elastically-compliant shafts 10. Outer surface of motor rotor 3 accommodates bushing 4 with ring element 5 that has cylindrical outer friction working surface interacting with outer friction working surface of central wheel 9 of each planet pinion. Motor stator 2 is arranged inside rotor 3. Motowheel case consists of two parts 6, 7, one part 6 is rigidly coupled with stator 2 while another one 7 may rotate. Inner surfaces of case parts are furnished with ring elements (11a, 11b) with inner friction working surfaces interacting with mating outer working surfaces of planet pinions (8a, 8b).
EFFECT: increased specific power output, possibility of operation in open space at temperatures approximating to 450 K.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам перемещений и может быть использовано для приведения в движение различных устройств, работающих в условиях открытого космоса и экстремальных температурных условиях.The invention relates to moving devices and can be used to propel various devices operating in open space and extreme temperature conditions.

Известен электромотор-колесо, содержащий электродвигатель, планетарный редуктор в виде 2К-Н-механизма и ступицу колеса [1].Known electric motor wheel containing an electric motor, a planetary gear in the form of a 2K-H mechanism and a wheel hub [1].

Существенным недостатком известного электромотор-колеса является ограничение 1500÷2500 об/мин максимальных значений скоростей вращения электродвигателя, обусловленное возникающими при больших скоростях вращения значительными динамическими составляющими нагрузки в зацеплении, и малое передаточное отношение, реализуемое в одной ступени планетарного редуктора. В совокупности это обусловливает большие массогабаритные параметры электромотор-колеса. Кроме того, вследствие необходимости создания хороших условий смазки значительного числа высоконагруженных трущихся сопряжений данная конструкция не может быть использована в условиях открытого космоса.A significant drawback of the known electric motor wheel is the limitation of 1500 ÷ 2500 rpm of the maximum values of the rotational speeds of the electric motor, due to the significant dynamic components of the load arising at high rotational speeds, and the small gear ratio implemented in one stage of the planetary gearbox. Together, this leads to large mass and size parameters of the electric motor-wheel. In addition, due to the need to create good lubrication conditions for a significant number of highly loaded rubbing mates, this design cannot be used in open space.

Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа электромотор-колесо [2], содержащий корпус, электродвигатель и планетарный редуктор с цевочным зацеплением, включающий жестко соединенное со статором электродвигателя водило с эксцентриковыми валами, на шейках которых размещены эпициклоидные сателлиты, введенное в зацепление с последними цевочное колесо, установленное посредством подшипников на водиле, и ступицу колеса, электромотор-колесо снабжен центральным валом-шестерней, жестко соединенным с ротором электродвигателя, установленным в подшипниках крышек водила и введенным в зацепление с эвольвентными сателлитами, расположенными на коренных шейках эксцентриковых валов, а также снабжен обгонной муфтой, внутренняя звездочка которой выполнена на части внешней поверхности цевочного колеса, наружная обойма совмещена со ступицей колеса, ролики расположены в гнездах сепаратора, фрикционно связанного с водилом, а между цевочным колесом и ступицей колеса расположены подшипники.Of the known closest in technical essence to the proposed one is the electromotor wheel [2] selected as a prototype, comprising a housing, an electric motor and a planetary gear with a pinion gear, including a carrier with eccentric shafts rigidly connected to the stator of the electric motor, on the necks of which epicycloid satellites are placed, the sprocket introduced into engagement with the latter, mounted by means of bearings on the carrier, and the wheel hub, the electric motor-wheel is equipped with a central gear shaft d, rigidly connected to the rotor of the electric motor, mounted in the bearings of the carrier caps and engaged with involute satellites located on the root necks of the eccentric shafts, and also equipped with an overrunning clutch, the inner sprocket of which is made on part of the outer surface of the pinion wheel, the outer cage is aligned with the hub wheels, rollers are located in the nests of the separator, frictionally connected with the carrier, and bearings are located between the sprocket wheel and the wheel hub.

Существенными недостатками этого технического решения являются:Significant disadvantages of this technical solution are:

- ограниченное значением 60÷80 передаточное отношение, реализуемое в одной ступени планетарного редуктора, малая удельная мощность (кВт/кг) электромотор-колеса, обусловленная ограниченными 150÷200 рад/с оборотами электродвигателя и значительной массой редуктора, что в совокупности сужает область его применения в устройствах с повышенными требованиями к массогабаритным параметрам, например, работающих в аэрокосмической технике;- a gear ratio limited to 60 ÷ 80, realized in one stage of the planetary gearbox, low specific power (kW / kg) of the electric motor-wheel, due to limited 150 ÷ 200 rad / s electric motor revolutions and a significant mass of the gearbox, which together reduces the scope of its application in devices with increased requirements for weight and size parameters, for example, working in aerospace engineering;

- невозможность работы в условиях открытого космоса и при температурах более 350-370 К, связанная с необходимостью создания хороших условий смазки значительного числа высоконагруженных трущихся сопряжений данной конструкции.- the impossibility of working in outer space and at temperatures above 350-370 K, associated with the need to create good lubrication conditions for a significant number of highly loaded rubbing joints of this design.

Задачей изобретения является увеличение удельной мощности электромотор-колеса и расширение функциональных возможностей его использования в экстремальных температурных условиях (до 450 К) и открытом космосе.The objective of the invention is to increase the specific power of the electric motor wheel and expand the functionality of its use in extreme temperature conditions (up to 450 K) and in outer space.

Поставленная цель достигается тем, что в электромотор-колесе, содержащем корпус, электродвигатель с ротором, имеющим наружную цилиндрическую поверхность, и статором и планетарный редуктор, включающий по меньшей мере три сателлита, установленных равномерно по окружности с возможностью вращения вокруг своей оси в окружном направлении, колесо, установленное с возможностью взаимодействия с сателлитами, согласно техническому решению каждый из сателлитов выполнен в виде трех установленных на одной оси и соединенных между собой предварительно упругодеформированными упругоподатливыми валами колес с наружными фрикционными рабочими поверхностями, а на наружной поверхности ротора размещена неразъемно соединенная с ним втулка с кольцевым элементом, имеющим цилиндрическую наружную фрикционную рабочую поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с наружной фрикционной рабочей поверхностью среднего колеса каждого из сателлитов, статор электродвигателя размещен внутри ротора, при этом корпус электромотор-колеса выполнен из двух частей, одна из которых жестко связана со статором, другая установлена с возможностью вращения, при этом на их внутренних поверхностях расположены неразъемно связанные с ними кольцевые элементы с внутренними фрикционными рабочими поверхностями, установленные с возможностью взаимодействия с ответными наружными фрикционными рабочими поверхностями размещенных со стороны торцов колес каждого из сателлитов, при этом величина δ (мм) предварительной упругой деформации упругоподатливых валов каждого из сателлитов составляетThis goal is achieved by the fact that in the electric motor wheel containing the housing, an electric motor with a rotor having an outer cylindrical surface, and a stator and a planetary gear including at least three satellites mounted uniformly around the circumference with the possibility of rotation around its axis in the circumferential direction, a wheel installed with the possibility of interaction with satellites, according to the technical solution, each of the satellites is made in the form of three pre-installed on one axis and interconnected with elastically deformed elasto-flexible shafts of the wheels with external friction working surfaces, and on the outer surface of the rotor there is a one-piece sleeve connected to it with an annular element having a cylindrical outer friction working surface mounted to interact with the outer friction working surface of the middle wheel of each satellite, an electric motor stator placed inside the rotor, while the body of the electric motor-wheel is made of two parts, one of which is rigidly with knitted with a stator, the other is mounted rotatably, while on their inner surfaces are annularly connected annular elements with internal friction working surfaces, mounted to interact with mating external friction working surfaces of the wheels of each satellite located on the side of the ends of the wheels, the value of δ (mm) of the preliminary elastic deformation of the elastic-flexible shafts of each satellite is

Figure 00000001
Figure 00000001

где Т - максимальный момент, создаваемый электромотор-колесом, Н·м;where T is the maximum moment created by the electric motor-wheel, N · m;

L - длина упругоподатливого вала сателлита, мм;L is the length of the elastic shaft of the satellite, mm;

Е - модуль упругости материла упругоподатливого вала сателлита, МПа;E is the modulus of elasticity of the material of the elastic ductile shaft of the satellite, MPa;

d - диаметр упругоподатливого вала сателлита, мм;d is the diameter of the elastic shaft of the satellite, mm;

Figure 00000002
- расчетное среднее значение диаметров внутренних фрикционных рабочих поверхностей кольцевых элементов на соответственно неподвижной и подвижной частях корпуса, определяемое из конструктивных параметров электромотор-колеса, мм;
Figure 00000002
- the calculated average value of the diameters of the internal friction working surfaces of the ring elements on the respectively stationary and moving parts of the housing, determined from the design parameters of the electric motor-wheel, mm;

f - коэффициент трения скольжения в соединениях фрикционных рабочих поверхностей колес сателлита и кольцевых элементов корпуса и втулки ротора;f is the coefficient of sliding friction in the joints of the friction working surfaces of the satellite wheels and the annular elements of the housing and the rotor hub;

n - число сателлитов.n is the number of satellites.

В электромотор-колесе колеса каждого из сателлитов выполнены с бочкообразной наружной рабочей поверхностью, ответные им внутренние рабочие поверхности кольцевых элементов корпуса - торроидальными, а упругоподатливые валы каждого из сателлитов выполнены диаметром d, выбираемым из соотношенияIn the electric motor-wheel, the wheels of each satellite are made with a barrel-shaped external working surface, the internal working surfaces of the ring elements of the body corresponding to them are torroidal, and the elastic-flexible shafts of each satellite are made with a diameter d selected from the relation

Figure 00000003
Figure 00000003

где [σ] - допустимые напряжения при изгибе упругоподатливых валов сателлитов, МПа,where [σ] - allowable stresses when bending the elastically flexible satellite shafts, MPa,

при этом на каждой из частей корпуса выполнены по меньшей мере два кольцевых элемента с внутренними фрикционными рабочими поверхностями, каждый из которых установлен с возможностью взаимодействия с колесами по меньшей мере трех сателлитов.at the same time, at least two annular elements with internal friction working surfaces, each of which is installed with the possibility of interaction with the wheels of at least three satellites, are made on each part of the housing.

В предлагаемом техническом решении повышение удельной мощности и обеспечение возможности использования электромотор-колеса в экстремальных температурных условиях (до 450 К) и открытом космосе достигается в результате следующего:In the proposed technical solution, increasing the specific power and providing the possibility of using an electric motor wheel in extreme temperature conditions (up to 450 K) and in outer space is achieved as a result of the following:

- передача крутящего момента от двигателя к вращающейся части корпуса осуществляется не зацеплением, а посредством фрикционного взаимодействия соответствующих рабочих поверхностей колес сателлитов и кольцевых элементов;- the transmission of torque from the engine to the rotating part of the housing is carried out not by gearing, but by means of frictional interaction of the corresponding working surfaces of the wheels of the satellites and ring elements;

- положение оси ротора фиксируется относительно оси статора в пространстве непосредственно сателлитами, упругоподатливые валы которых предварительно упругодеформированы, что позволяет исключить из конструкции подшипники качения, радиальные и окружные зазоры и люфты и в совокупности обеспечить высокую плавность функционирования взаимодействующих элементов, что в сочетании с применением легких алюминиевых сплавов при изготовлении втулки, колес сателлитов, корпуса и кольцевых элементов позволяет увеличить скорость вращения двигателя до 8-20 тыс. оборотов в минуту и за счет этого уменьшить его массу и габариты в 4-5 и более раз, причем в конструкции могут быть использованы не только 3, но и существенно большее (6-18) число сателлитов, что в совокупности позволяет повысить удельную (кВт/кг) мощность электромотор-колеса;- the position of the rotor axis is fixed relative to the stator axis in space directly by the satellites, the elastically flexible shafts of which are preliminarily elastically deformed, which allows excluding rolling bearings, radial and circumferential clearances and backlash from the design and, in combination, to ensure high smoothness of functioning of the interacting elements, which in combination with light aluminum alloys in the manufacture of the sleeve, the wheels of the satellites, the housing and the ring elements allows you to increase the speed of rotation of the engine I am up to 8-20 thousand revolutions per minute and due to this reduce its mass and dimensions by 4-5 or more times, moreover, not only 3, but also a significantly larger (6-18) number of satellites can be used in the design, which in total, it allows to increase the specific (kW / kg) power of the electric motor-wheel;

- размещение ротора электродвигателя внутри жестко связанной с ним втулки, а также размещение статора внутри вращающегося ротора позволяет уменьшить радиальные размеры конструкции при повышении эффективности создания магнитных полей;- the placement of the rotor of the electric motor inside the sleeve rigidly connected with it, as well as the placement of the stator inside the rotating rotor, allows to reduce the radial dimensions of the structure while increasing the efficiency of creating magnetic fields;

- выполнение расположенных со стороны торцов сателлита колес с бочкообразной наружной рабочей поверхностью, а ответных им внутренних рабочих поверхностей кольцевых элементов корпуса тороидальными позволяет обеспечить допустимые контактные давления при меньших радиусах и габаритных размерах колес сателлита и корпуса, причем обеспечение рациональных значений радиусов r и R (r - радиус сферы, в которую «вписаны» прилегающие к торцам колеса сателлитов, R - радиус кривизны кольцевых элементов на корпусе в осевом сечении электромотор-колеса, R>r) позволяет сохранить передаточное отношение при деформациях осей и связанных с этим смещениях взаимодействующих элементов передачи, причем в качестве дополнительного эффекта достигается надежное крепление подвижных компонентов системы друг относительно друга в осевом направлении.- the implementation of the wheels located on the side of the satellite ends with a barrel-shaped external working surface, and the internal working surfaces of the annular housing elements responding to them toroidal, allows for acceptable contact pressures with smaller radii and overall dimensions of the satellite wheels and the housing, while ensuring rational values of the radii r and R (r - the radius of the sphere into which the wheels of the satellites adjacent to the ends are “inscribed”, R is the radius of curvature of the ring elements on the housing in the axial section of the electric motor wheel, R> r) allows you to save the gear ratio during axial deformation and related displacements of the interacting transmission elements, and as an additional effect, reliable fastening of the moving components of the system relative to each other in the axial direction is achieved.

Зависимость для определения значения предварительной упругой деформации δ упругоподатливых валов сателлитов получена с использованием известных зависимостей (см., например, Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов: Учеб. для техн. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 624 с.; стр.266-270).The dependence for determining the value of preliminary elastic deformation δ of the elastically flexible satellite shafts was obtained using known dependencies (see, for example, Darkov A.V., Shpiro G.S.Material resistance: Textbook for technical universities. - 5th ed., revised and enlarged - M .: Higher school, 1989 .-- 624 p .; pp. 266-270).

Упругоподатливые валы сателлитов могут быть рассмотрены как консольно закрепленные (на среднем колесе сателлита) балки с круглым сечением диаметром d, нагруженные на конце сосредоточенной нагрузкой Р, обуславливающие ее деформацию на величину δ, гдеThe elastic-flexible shafts of the satellites can be considered as cantilever fixed (on the middle satellite wheel) beams with a circular cross section of diameter d, loaded at the end with a concentrated load P, causing its deformation by δ, where

Figure 00000004
Figure 00000004

Поскольку величина наибольших изгибных напряжений в круглых упругоподатливых валах сателлитов может быть определена из зависимостиSince the magnitude of the greatest bending stresses in the round elastically compliant satellite shafts can be determined from the dependence

Figure 00000005
Figure 00000005

где W - момент сопротивления сечения упругоподатливого вала сателлита,where W is the moment of resistance of the cross section of the elastically flexible satellite shaft,

то из условий прочности и обеспечения заданного усилия прижатия рабочих поверхностейthen from the conditions of strength and ensuring a given effort of pressing the working surfaces

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

где J - момент инерции круглого сечения упругоподатливых валов сателлитов, J≈0,05d4, мм4;where J is the moment of inertia of the circular cross-section of the elastically flexible satellite shafts, J≈0.05d 4 , mm 4 ;

Е - модуль упругости материала упругоподатливых валов сателлитов, МПа.E is the modulus of elasticity of the material of the elastically flexible satellite shafts, MPa.

На фиг.1 представлен электромотор-колесо; на фиг.2 - увеличенный вид зоны взаимодействия колес сателлитов с кольцевыми элементами корпуса и втулки ротора; на фиг.3 - электромотор-колесо с двумя кольцевыми элементами на каждой из частей корпуса; на фиг.4 и 5 - сечения соответственно А-А и Б-Б фиг.3.Figure 1 presents the electric motor-wheel; figure 2 is an enlarged view of the zone of interaction of the wheels of the satellites with the ring elements of the housing and the hub of the rotor; figure 3 - electric motor-wheel with two ring elements on each of the parts of the housing; figure 4 and 5 are sections respectively aa and bb of Fig.3.

Электромотор-колесо содержит (фиг.1) ось 1, связанную с основанием (не показано), на которой неразъемно крепится статор 2 электродвигаля. Ротор 3 выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого размещен статор 2. На роторе 3 размещена неразъемно соединенная с ним втулка 4 с кольцевым элементом 5. Кольцевой элемент 5 имеет цилиндрическую наружную фрикционную рабочую поверхность (не показана) диаметром DB.The electric motor-wheel contains (Fig. 1) an axis 1 connected to a base (not shown) on which the stator 2 of the electric motor is permanently attached. The rotor 3 is made in the form of a hollow cylinder, inside which a stator 2 is placed. On the rotor 3 there is a sleeve 4 which is permanently connected to it and has an annular element 5. The annular element 5 has a cylindrical outer friction working surface (not shown) with a diameter D B.

Корпус электромотор-колеса состоит из двух частей, одна из которых 6 жестко связана с осью 1, другая 7 установлена с возможностью вращения. Каждый из сателлитов передачи (фиг.1) выполнен в виде трех расположенных на одной оси колес:The body of the electric motor-wheel consists of two parts, one of which 6 is rigidly connected to the axis 1, the other 7 is mounted for rotation. Each of the transmission satellites (figure 1) is made in the form of three wheels located on the same axis:

- колес 8а и 8б, расположенных со стороны торцов сателлита, имеющих бочкообразные (вписывающиеся в сферическую поверхность диаметром dT) наружные фрикционные рабочие поверхности;- wheels 8a and 8b located on the side of the ends of the satellite, with barrel-shaped (fit into a spherical surface with a diameter d T ) external friction working surfaces;

- среднего колеса 9, установленного с возможностью взаимодействия с предварительным нагружением по нормали к поверхности контакта с наружной цилиндрической фрикционной рабочей поверхностью кольцевого элемента 5, обусловленным упругой деформацией упругоподатливых валов 10;- the middle wheel 9, installed with the possibility of interaction with preloading normal to the contact surface with the outer cylindrical friction working surface of the annular element 5, due to the elastic deformation of the elastic shafts 10;

- жестко связывающих колесо 9 с колесами 8а и 8б упругоподатливых валов 10, имеющих длину L, диаметр d и выполненных, например, из пружинной стали.- rigidly connecting the wheel 9 with the wheels 8a and 8b of the elastic shafts 10 having a length L, diameter d and made, for example, of spring steel.

На внутренней поверхности частей 6 и 7 корпуса размещены кольцевые элементы 11а и 11б, имеющие внутренние фрикционные рабочие поверхности, тороидальный профиль этих поверхностей выполнен с радиусом, большим 0,5dT в осевом сечении, и установленные с возможностью взаимодействия с наружными фрикционными рабочими поверхностями соответственно колес 8а и 8б с предварительным нагружением по нормали к поверхности контакта.On the inner surface of the housing parts 6 and 7, annular elements 11a and 11b are located, having internal friction working surfaces, the toroidal profile of these surfaces is made with a radius greater than 0.5 d T in axial section, and installed with the possibility of interaction with the external friction working surfaces of the wheels, respectively 8a and 8b with preloading normal to the contact surface.

Внутренние фрикционные рабочие поверхности (не показаны) кольцевых элементов 11а и 11б наружные фрикционные рабочие поверхности (не показаны) колес 8а, 8б, 9 и кольцевого элемента 5 имеют коэффициент трения f≥0,6, обеспечиваемый, например, покрытием Al2O3 толщиной 70÷100 мкм, сформированным, например, анодно-катодной микродуговой обработкой на частях корпуса 6 и 7, колесах 8а, 8б, 9 и кольцевом элементе 5, которые выполнены из алюминиевых сплавов.The internal friction working surfaces (not shown) of the ring elements 11a and 11b the external friction working surfaces (not shown) of the wheels 8a, 8b, 9 and the ring element 5 have a friction coefficient f≥0.6, provided, for example, by Al 2 O 3 coating with a thickness 70 ÷ 100 μm, formed, for example, by anodic-cathodic microarc treatment on parts of the housing 6 and 7, wheels 8a, 8b, 9 and the ring element 5, which are made of aluminum alloys.

Тороидальные поверхности кольцевых элементов 11а и 11б имеют максимальный диаметр DK1. и DK2, величина которых определяется исходя из следующего.The toroidal surfaces of the annular elements 11a and 11b have a maximum diameter D K1 . and D K2 , the value of which is determined based on the following.

При повороте ротора 3 и жестко связанных с ним втулки 4 и кольцевого элемента 5 с диаметром DB на один оборот число оборотов N имеющего диаметр dC среднего колеса 9 каждого из сателлитов и каждого сателлита в целом составляетWhen the rotor 3 and the bushings 4 and the annular element 5 are rigidly connected with it and have a diameter D B per revolution, the number of revolutions N of the middle wheel 9 having a diameter d C of each satellite and each satellite as a whole is

Figure 00000008
Figure 00000008

При этом длины дуг l на поверхности диаметром DK1 связанной с осью 1 неподвижной части корпуса 6 и на поверхности диаметром DK2 связанной с выходным валом подвижной части корпуса 7, описываемые линией контакта размещенных у торцов сателлита колес соответственно 11 а и 11б, составляютThe length of the arcs l on the surface with a diameter D K1 connected to the axis 1 of the fixed part of the housing 6 and on the surface with a diameter D K2 connected with the output shaft of the movable part of the housing 7, described by the contact line of the wheels located at the ends of the satellite, respectively 11 a and 11 b, are

Figure 00000009
Figure 00000009

Угол γ поворота (в радианах) подвижной в окружном направлении части 7 корпуса относительно оси 1 электромотор-колеса равенThe rotation angle γ (in radians) of the housing part 7 movable in the circumferential direction relative to the axis 1 of the electric motor-wheel is

Figure 00000010
Figure 00000010

Поскольку передаточное число u равноSince the gear ratio u is

Figure 00000011
Figure 00000011

тоthen

Figure 00000012
Figure 00000012

илиor

Figure 00000013
Figure 00000013

ПосколькуInsofar as

Figure 00000014
Figure 00000014

тоthen

Figure 00000015
Figure 00000015

С учетом выражений (15) и (17) величина DKI может быть определена из соотношенияTaking into account expressions (15) and (17), the quantity D KI can be determined from the relation

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Отсюда (при соблюдении требований к минимизации размеров)From here (subject to size minimization requirements)

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

Предварительная упругая деформация (упругоподатливых валов 10 сателлитов, обеспечивающая требуемое для передачи крутящего момента усилие прижатия фрикционных рабочих поверхностей кольцевых элементов 5, 11a, 11б и соответственно колес 8а, 8б, 9 друг к другу у каждого из сателлитов обеспечивается за счет определения значений DK1 и DK2 из зависимостей (16), (17), обеспечивающих упругую деформацию упругоподатливых валов 10 на величину 8 (см. фиг.1). Смещения по радиусам диаметров DK1 и DK2 (см. фиг.2) контактной зоны колес 8а, 8б и соответствующих колец 11а и 11б, возникающие при радиальной деформации упругоподатливых валов 10, столь незначительны, что это практически не приводит к изменению передаточного отношения. Подвижная часть 7 корпуса жестко связана с выходным валом 12.Preliminary elastic deformation (of elastically flexible shafts of 10 satellites, providing the force required for transmitting torque to compress the friction working surfaces of the ring elements 5, 11a, 11b and, respectively, the wheels 8a, 8b, 9 to each other at each of the satellites is ensured by determining the values of D K1 and D K2 from dependences (16), (17), providing elastic deformation of the elastic shafts 10 by a value of 8 (see figure 1). Offset along the radii of diameters D K1 and D K2 (see figure 2) of the contact zone of the wheels 8a, 8b and the corresponding rings 11a and 11b, c that appear during radial deformation of the elastic shafts 10 are so insignificant that this practically does not lead to a change in the gear ratio. The movable part 7 of the housing is rigidly connected with the output shaft 12.

Электромотор-колесо снабжено сепаратором 13 из антифрикционного материала, имеющего кольцевую форму. В отверстия (не показаны) сепараторов 13 входят с радиальным зазором оси 14 колес 8а и 8б (оси 14 могут быть выполнены за одно целое с упругоподатливыми валами 10).The electric motor-wheel is equipped with a separator 13 of an antifriction material having an annular shape. The holes (not shown) of the separators 13 enter with a radial clearance of the axle 14 of the wheels 8a and 8b (the axles 14 can be made in one piece with the resilient shafts 10).

При необходимости повышения надежности радиального и осевого базирования подвижной части 7 корпуса путем создания дополнительных радиальных опор на частях корпуса 6 и 7 могут быть выполнены по меньшей мере по два смещенных на величину Δ друг относительно друга в осевом направлении кольцевых элемента 11а1, 11а2 (на части 6 корпуса) и 11б1, 11б2 (на подвижной в окружном направлении части 7 корпуса), имеющие внутренние фрикционные рабочие поверхности (фиг.3).If it is necessary to increase the reliability of the radial and axial base of the movable part 7 of the housing by creating additional radial bearings on the parts of the housing 6 and 7, at least two annular elements 11a 1 , 11a 2 displaced by an axial distance Δ relative to each other can be made (on parts 6 of the housing) and 11b 1 , 11b 2 (on the movable in the circumferential direction of the housing part 7) having internal friction working surfaces (Fig.3).

В этом случае в электромотор-колесе размещается дополнительная группа из по меньшей мере трех равномерно расположенных по окружности сателлитов, колеса которых 8а2 и 8б2 установлены с возможностью взаимодействия с соответствующими кольцевыми элементами 11а2, 11б2, а среднее колесо 9'' - с кольцевым элементом 5. Рабочие фрикционные поверхности кольцевых элементов 11a1 и 11б1 взаимодействуют с рабочими фрикционными поверхностями соответственно колес 8a1 и 8б1 основной группы сателлитов. Среднее колесо 9' (фиг.3) взаимодействует с кольцевым элементом 5. Основная и дополнительная группы сателлитов смещены друг относительно друга в осевом направлении на величину Δ (при создании трех и более групп кольцевых элементов соответственно возрастает число ответных групп сателлитов). Каждая группа состоит из по меньшей мере трех равномерно расположенных по окружности сателлитов, установленных таким образом, чтобы каждый последующий сателлит оказался смещенным в осевом направлении относительно предыдущего на величину Δ (фиг.3-5).In this case, an additional group of at least three satellites, evenly spaced around the circumference of the satellites, whose wheels 8a 2 and 8b 2 are mounted with the possibility of interaction with the corresponding ring elements 11a 2 , 11b 2 , and the middle wheel 9 '' with the annular element 5. The working friction surfaces of the annular elements 11a 1 and 11b 1 interact with the working friction surfaces of the wheels 8a 1 and 8b 1 of the main satellite group, respectively. The middle wheel 9 '(Fig. 3) interacts with the annular element 5. The main and additional groups of satellites are axially displaced relative to each other by Δ (when creating three or more groups of annular elements, the number of satellite response groups increases accordingly). Each group consists of at least three satellites evenly spaced around the circumference, mounted in such a way that each subsequent satellite is axially displaced relative to the previous one by Δ (Figs. 3-5).

Передачи выполняются с передаточными числами u=500÷1000. Подводка электропитания катушек (не показаны) статора 2 осуществляется через отверстие (не показано) в оси 1. Втулка 4, колеса 8а, 8б, 9, части 6 и 7 корпуса и кольцевые элементы 11а и 11б электромотор-колеса изготавливаются из легких, например алюминиевых, сплавов.Transmissions are performed with gear ratios u = 500 ÷ 1000. The power supply of coils (not shown) of the stator 2 is carried out through an opening (not shown) in the axis 1. Bushing 4, wheels 8a, 8b, 9, housing parts 6 and 7 and ring elements 11a and 11b of the electric motor wheel are made of lightweight, for example aluminum alloys.

Пример расчета параметров d, δ, DK1 и DK2.An example of calculating the parameters d, δ, D K1 and D K2 .

Исходные данные: dC=dT=10 мм; DB=50 мм (определяются конструктивными параметрами двигателя); u=500 (определяется числом соотношения требуемого числа оборотов на выходе и числа оборотов двигателя); Т=80 Н·м; L=20 мм; Е=2,1·105 МПа (материал упругоподатливых валов - пружинная сталь); f=0,9 (коэффициент трения скольжения в соединениях фрикционных рабочих поверхностей с оксидокерамикой на сателлитах и кольцевых элементах втулки водила и корпуса); n=3; [σ]=600 МПа (для расчетного ресурса 10000 часов).Initial data: d C = d T = 10 mm; D B = 50 mm (determined by the design parameters of the engine); u = 500 (determined by the ratio of the required number of revolutions at the output and the number of revolutions of the engine); T = 80 Nm; L = 20 mm; E = 2.1 · 10 5 MPa (the material of the elastic ductile shafts is spring steel); f = 0.9 (slip friction coefficient in the joints of friction working surfaces with oxide-ceramic on satellites and ring elements of the carrier bush and the body); n is 3; [σ] = 600 MPa (for the estimated life of 10,000 hours).

Тогда:Then:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

При расчете принято DK1<DK2 (фиг.2) для вращения ротора 3 и выходного вала 12 в одну сторону (в противном случае ротор 3 и выходной вал 12 будет вращаться в противоположные стороны).In the calculation, it is accepted that D K1 <D K2 (Fig. 2) for rotating the rotor 3 and the output shaft 12 in one direction (otherwise, the rotor 3 and the output shaft 12 will rotate in opposite directions).

Электромотор-колесо работает следующим образом.The electric motor-wheel operates as follows.

Вращение со скоростью ω1 от ротора 3, создаваемое статором 2 электродвигателя, передается через фрикционное сопряжение кольцевого элемента 5 и колеса 9 на упругоподатливые валы 10. От упругоподатливых валов 10 каждого из сателлитов, вращение передается колесам 8а, 8б. Колеса 8а и 8б в результате фрикционного контакта соответственно с кольцевыми элементами 11а и 11б, обкатываясь по их внутренним фрикционным поверхностям без скольжения в результате разности в диаметрах кольцевых элементов 11а и 11б, вращают подвижную часть 7 корпуса с угловой скоростью ω21/u в прямом (u>0) или обратном (u<0) вращению ротора 3 направлении. Аналогично работает конструкция электромотор-колеса, показанная на фиг.3. При этом наличие нескольких кольцевых элементов (11a1, 11а2 и 11б1, 11б2) обеспечивает надежную фиксацию подвижной части 7 корпуса при воздействии на нее внешних радиальных нагрузок (не показаны).The rotation with a speed of ω 1 from the rotor 3, created by the stator 2 of the electric motor, is transmitted through frictional conjugation of the ring element 5 and the wheel 9 to the elastic-flexible shafts 10. From the elastic-flexible shafts 10 of each of the satellites, the rotation is transmitted to the wheels 8a, 8b. Wheels 8a and 8b as a result of frictional contact with the ring elements 11a and 11b, respectively, rolling around on their internal friction surfaces without sliding as a result of the difference in the diameters of the ring elements 11a and 11b, rotate the movable part 7 of the body with an angular velocity ω 2 = ω 1 / u in the forward (u> 0) or reverse (u <0) rotation of the rotor 3 direction. The electric motor-wheel construction shown in FIG. 3 works similarly. Moreover, the presence of several ring elements (11a 1 , 11a 2 and 11b 1 , 11b 2 ) provides reliable fixation of the movable part 7 of the housing when exposed to external radial loads (not shown).

Использование описанной конструкции электромотор-колеса позволяет увеличить по сравнению с существующими в 2-3 и более раз удельную мощность и обеспечить возможность работы в условиях открытого космоса при температурах до 450 К.Using the described design of the electric motor-wheel allows to increase the specific power in comparison with the existing ones by 2-3 or more times and to provide the possibility of working in open space at temperatures up to 450 K.

1. Руденко В.Н. Планетарные и волновые передачи. Альбом конструкций. - М: Машиностроение, 1980, с.87, лист 54. 2. Там же, с.88, лист 55, схема "а". (71).1. Rudenko V.N. Planetary and wave transmissions. Album designs. - M: Mechanical Engineering, 1980, p. 87, sheet 54. 2. Ibid., P. 88, sheet 55, scheme “a”. (71).

2. Патент RU №2098694, кл. МПК6 F16H 1/32.2. Patent RU No. 2098694, cl. IPC 6 F16H 1/32.

Claims (4)

1. Электромотор-колесо, содержащий корпус, электродвигатель с ротором, имеющим наружную цилиндрическую поверхность, и статором и планетарный редуктор, включающий по меньшей мере три сателлита, установленных равномерно по окружности с возможностью вращения вокруг своей оси в окружном направлении, колесо, установленное с возможностью взаимодействия с сателлитами, отличающийся тем, что каждый из сателлитов выполнен в виде трех установленных на одной оси и соединенных между собой предварительно упругодеформированными упругоподатливыми валами колес с наружными фрикционными рабочими поверхностями, а на наружной поверхности ротора размещена неразъемно соединенная с ним втулка с кольцевым элементом, имеющим цилиндрическую наружную фрикционную рабочую поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с наружной фрикционной рабочей поверхностью среднего колеса каждого из сателлитов, статор электродвигателя размещен внутри ротора, при этом корпус электромотор-колеса выполнен из двух частей, одна из которых жестко связана со статором, другая установлена с возможностью вращения, при этом на их внутренних поверхностях расположены неразъемно связанные с ними кольцевые элементы с внутренними фрикционными рабочими поверхностями, установленные с возможностью взаимодействия с ответными наружными фрикционными рабочими поверхностями размещенных со стороны торцов колес каждого из сателлитов, при этом величина δ (мм) предварительной упругой деформации упругоподатливых валов каждого из сателлитов составляет
Figure 00000028

где Т - максимальный момент, создаваемый электромотор-колесом, Нм;
L - длина упругоподатливого вала сателлита, мм;
Е - модуль упругости материла упругоподатливого вала сателлита, МПа;
d - диаметр упругоподатливого вала сателлита, мм;
Figure 00000029
- расчетное среднее значение диаметров внутренних фрикционных рабочих поверхностей кольцевых элементов на соответственно неподвижной и подвижной частях корпуса, определяемое из конструктивных параметров электромотор-колеса, мм;
f - коэффициент трения скольжения в соединениях фрикционных рабочих поверхностей колес сателлита и кольцевых элементов корпуса и втулки ротора;
n - число сателлитов.
1. An electric motor-wheel, comprising a housing, an electric motor with a rotor having an outer cylindrical surface, and a stator and a planetary gear including at least three satellites mounted uniformly around the circumference with the possibility of rotation around its axis in the circumferential direction, a wheel mounted with the possibility interaction with satellites, characterized in that each of the satellites is made in the form of three mounted on the same axis and interconnected by previously elastically deformed elastically flexible wheels with external friction working surfaces, and on the outer surface of the rotor a sleeve is permanently connected to it with an annular element having a cylindrical outer friction working surface mounted to interact with the outer friction working surface of the middle wheel of each satellite, the stator of the electric motor is located inside the rotor while the casing of the electric motor-wheel is made of two parts, one of which is rigidly connected to the stator, the other is installed with rotational axis, while on their inner surfaces there are annularly connected annular elements with internal friction working surfaces installed with the possibility of interaction with mating external friction working surfaces located on the side of the ends of the wheels of each of the satellites, while the value of δ (mm) is preliminary elastic the deformation of the elastically flexible shafts of each satellite is
Figure 00000028

where T is the maximum moment created by the electric motor-wheel, Nm;
L is the length of the elastic shaft of the satellite, mm;
E is the modulus of elasticity of the material of the elastic ductile shaft of the satellite, MPa;
d is the diameter of the elastic shaft of the satellite, mm;
Figure 00000029
- the calculated average value of the diameters of the internal friction working surfaces of the ring elements on the respectively stationary and moving parts of the housing, determined from the design parameters of the electric motor-wheel, mm;
f is the coefficient of sliding friction in the joints of the friction working surfaces of the satellite wheels and the annular elements of the housing and the rotor hub;
n is the number of satellites.
2. Электромотор-колесо по п.1, отличающийся тем, что колеса каждого из сателлитов выполнены с бочкообразной наружной рабочей поверхностью, а ответные им внутренние рабочие поверхности кольцевых элементов корпуса - торроидальными.2. The electric motor-wheel according to claim 1, characterized in that the wheels of each of the satellites are made with a barrel-shaped outer working surface, and the inner working surfaces of the ring elements of the housing that respond to them are torroidal. 3. Электромотор-колесо по п.1 или 2, отличающийся тем, что упругоподатливые валы каждого из сателлитов выполнены диаметром d, выбираемым из соотношения
Figure 00000030

где [σ] - допустимые напряжения при изгибе упругоподатливых валов сателлитов, МПа.
3. The electric motor-wheel according to claim 1 or 2, characterized in that the resilient shafts of each of the satellites are made with a diameter d selected from the ratio
Figure 00000030

where [σ] - allowable stresses when bending the elastically flexible satellite shafts, MPa.
4. Электромотор-колесо по п.1 или 2, отличающийся тем, что на каждой из частей корпуса выполнены по меньшей мере два кольцевых элемента с внутренними фрикционными рабочими поверхностями, каждый из которых установлен с возможностью взаимодействия с колесами по меньшей мере трех сателлитов. 4. The electric motor-wheel according to claim 1 or 2, characterized in that at least two annular elements with internal friction working surfaces are made on each part of the housing, each of which is installed with the possibility of interaction with the wheels of at least three satellites.
RU2010134144/11A 2010-08-13 2010-08-13 Motowheel RU2446061C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134144/11A RU2446061C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Motowheel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134144/11A RU2446061C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Motowheel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010134144A RU2010134144A (en) 2012-02-20
RU2446061C1 true RU2446061C1 (en) 2012-03-27

Family

ID=45854318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010134144/11A RU2446061C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Motowheel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2446061C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU867706A1 (en) * 1980-01-14 1981-09-30 За витель Л.КиИ 38чев Vehicle motor-wheel
EP0799737A1 (en) * 1996-04-04 1997-10-08 Siemens Aktiengesellschaft Single wheel drive for an electrically driven vehicle
RU2098694C1 (en) * 1995-06-16 1997-12-10 Новочеркасский государственный технический университет Electric motor-wheel
RU2352047C2 (en) * 2007-05-21 2009-04-10 Петр Игнатьевич Федотов Planetary electric motor reducer with variable eccentricity of satellite armature rotation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU867706A1 (en) * 1980-01-14 1981-09-30 За витель Л.КиИ 38чев Vehicle motor-wheel
RU2098694C1 (en) * 1995-06-16 1997-12-10 Новочеркасский государственный технический университет Electric motor-wheel
EP0799737A1 (en) * 1996-04-04 1997-10-08 Siemens Aktiengesellschaft Single wheel drive for an electrically driven vehicle
RU2352047C2 (en) * 2007-05-21 2009-04-10 Петр Игнатьевич Федотов Planetary electric motor reducer with variable eccentricity of satellite armature rotation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010134144A (en) 2012-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102612494B1 (en) Eccentric oscillation type speed reducer
JP4308516B2 (en) Drive assembly for wind turbine
US9915246B2 (en) Wind turbine rotor shaft arrangement
JP5156961B2 (en) Reduction gear
US9435399B2 (en) Reduction gear
JP2008196702A (en) Gear transmission unit with planet carrier
US20120177311A1 (en) Planet bearing structure
JP2007525623A (en) Gear transmission provided with planetary gear unit
US7090465B2 (en) Planet carrier assembly for wind turbine drive assembly
WO2012050514A1 (en) Stationary gear unit
CN104343894A (en) Gearing-down bearing
JP2020509291A (en) Adjustment unit and method for wind turbine azimuth and / or pitch adjustment
CN113078773A (en) Motor embedded with speed reducer
US20150068338A1 (en) Mobile vehicle gear unit
CN113404819A (en) Gap-adjustable helical gear speed reducer
RU2347092C2 (en) Gas turbine engine reducer
US20160032899A1 (en) One-way clutch for wind power generation device, and wind power generation device
RU2446061C1 (en) Motowheel
JP2017137896A (en) Stationary support structure of rolling bearing
CN112112940B (en) Transmission mechanism
JP2024003284A (en) Internal meshing planetary gear device and articulation device for robot
CN212297448U (en) Low-noise planetary gear motor
GB2434847A (en) Self-regulating continuously variable transmission
CN105805147B (en) Gear shaft
JP6762516B2 (en) Combined speed change module

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120814