機(jī)電集成空間環(huán)面低速電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)，包括電機(jī)機(jī)殼、電磁驅(qū)動(dòng)部分、空間環(huán)面外滾道、轉(zhuǎn)子、球形動(dòng)齒、空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體、端蓋、第一軸承、第二軸承及油杯，其特征是：電磁驅(qū)動(dòng)部分置于電機(jī)機(jī)殼內(nèi)，電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸與空間外環(huán)面滾道的主動(dòng)端連接，轉(zhuǎn)子圓周面上均勻分布著軸向動(dòng)齒槽，動(dòng)齒槽個(gè)數(shù)與球形動(dòng)齒的動(dòng)齒數(shù)n相等，轉(zhuǎn)子由第一軸承支撐，空間外環(huán)面滾道的滾道數(shù)為z1，空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體內(nèi)圓柱表面上有周期數(shù)為z3的內(nèi)環(huán)面滾道，球形動(dòng)齒安裝在空間環(huán)面內(nèi)滾道、空間環(huán)面外滾道及轉(zhuǎn)子動(dòng)齒槽的交錯(cuò)區(qū)域。其優(yōu)點(diǎn)是：能夠?qū)崿F(xiàn)小尺寸電機(jī)的大轉(zhuǎn)矩輸出，尤其適用于徑向上受限制的空間動(dòng)力傳輸。
【專利說(shuō)明】機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)應(yīng)用的許多傳動(dòng)領(lǐng)域，如風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車及潛艇驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域，往往需要實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大力矩機(jī)械能與高轉(zhuǎn)速低力矩機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，常用的機(jī)械齒輪變速傳動(dòng)技術(shù)存在機(jī)械疲勞、摩擦損耗、震動(dòng)噪音及潤(rùn)滑等問(wèn)題，導(dǎo)致維護(hù)極其繁瑣、傳動(dòng)效率低、噪聲大，尤其是對(duì)于大范圍變矩變速的使用要求，機(jī)械齒輪傳動(dòng)的多級(jí)、多檔調(diào)速機(jī)構(gòu)或機(jī)械式離合變速機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且長(zhǎng)期頻繁的離合操作對(duì)系統(tǒng)的可靠性和壽命挑戰(zhàn)極大，往往使得離合機(jī)構(gòu)的操縱控制復(fù)雜化。
[0003]磁性齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)是利用磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的非接觸式傳動(dòng)，從根本上克服了機(jī)械齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的疲勞、磨損、潤(rùn)滑等問(wèn)題，具有噪音小、過(guò)載自我保護(hù)等功能，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，早期的磁齒輪傳動(dòng)裝置大多采用平行軸或交錯(cuò)軸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的任意時(shí)刻只有少數(shù)幾對(duì)磁極處于相互磁耦合的工作狀態(tài)，所傳遞轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)矩密度低，雖然在本世紀(jì)初，Atallah K等人提出了磁場(chǎng)調(diào)制型磁齒輪傳動(dòng)裝置，采用同軸式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，永磁體利用率大幅度提高，轉(zhuǎn)矩密度明顯提升，但由于調(diào)磁環(huán)的存在，使得該類磁齒輪具有多個(gè)氣隙，需要消耗永磁體的大量磁動(dòng)勢(shì)，限制了該類磁齒輪的傳動(dòng)效率。
[0004]隨著電子和控制等技術(shù)向機(jī)械領(lǐng)域的不斷滲透，跨越傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)組成概念，實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、磁及控制有機(jī)結(jié)合的機(jī)電集成傳動(dòng)裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高和承載扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)工程應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種集電磁驅(qū)動(dòng)與空間環(huán)面減速機(jī)構(gòu)于一體的機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)，不僅能夠克服機(jī)械齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的疲勞、磨損、潤(rùn)滑等問(wèn)題，而且能夠大大提高傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)小尺寸電機(jī)的大轉(zhuǎn)矩輸出，尤其適用于徑向受限空間的動(dòng)力傳輸。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明包括電機(jī)機(jī)殼、電磁驅(qū)動(dòng)部分、空間環(huán)面外滾道、轉(zhuǎn)子、球形動(dòng)齒、空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體、端蓋、第一軸承、第二軸承及油杯，所述電磁驅(qū)動(dòng)部分置于電機(jī)機(jī)殼內(nèi)，電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸與空間外環(huán)面滾道的主動(dòng)端連接，轉(zhuǎn)子圓周面上均勻分布著軸向動(dòng)齒槽，動(dòng)齒槽個(gè)數(shù)與球形動(dòng)齒的動(dòng)齒數(shù)η相等，轉(zhuǎn)子由第一軸承支撐，空間外環(huán)面滾道的滾道數(shù)為Zl，空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體固定不動(dòng)，其內(nèi)圓柱表面上有周期數(shù)為Z3的內(nèi)環(huán)面滾道，球形動(dòng)齒安裝在空
[0008]間環(huán)面內(nèi)滾道、空間環(huán)面外滾道及轉(zhuǎn)子動(dòng)齒槽的交錯(cuò)區(qū)域，當(dāng)電機(jī)的輸出與輸入同向時(shí)，球形動(dòng)齒的齒數(shù)為，當(dāng)電機(jī)的輸入與輸出反向時(shí)，球形動(dòng)齒的齒數(shù)為。
[0009]所述電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在空間環(huán)面外滾道及空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體的共同約束限制下，球形動(dòng)齒繞公共軸線的圓周方向做等速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)齒槽，由轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。
[0010]所述空間環(huán)面外滾道和空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體的滾道排布具有周期性。
[0011]所述空間環(huán)面外滾道，其滾道為空間齒廓曲面；其形狀復(fù)雜，需要依靠五軸數(shù)控(NO機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)并保證滾道加工的精度和質(zhì)量。
[0012]所述轉(zhuǎn)子采用普通加工方法即可，其動(dòng)齒槽數(shù)目與球形動(dòng)齒的齒數(shù)相對(duì)應(yīng)，是主要的輸出部件。
[0013]所述空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體，其內(nèi)環(huán)面滾道采用五坐標(biāo)數(shù)控加工中心，將球狀銑刀傾斜一定角度，斜插進(jìn)殼體內(nèi)圓柱表面進(jìn)行銑削加工，殼體內(nèi)圓柱面上的正線軌跡曲線L的方程表達(dá)
[0014]為:x= r3cosf, y = r3sinf, z = Asin (z3f),其中 r3 為殼體內(nèi)圓柱面半徑，r3 =R+rsina3n, R為動(dòng)齒中心圓周方向旋轉(zhuǎn)半徑，r為動(dòng)齒半徑，f為動(dòng)齒中心在圓周方向位置角，a3n為動(dòng)齒與殼體的接觸角，A為環(huán)面滾道波幅，Z3為殼體內(nèi)環(huán)面滾道周期數(shù)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:該機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)將空間環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)技術(shù)與電磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)集成起來(lái)，結(jié)構(gòu)合理，傳動(dòng)平穩(wěn)，不僅能夠消除磨損、振動(dòng)、噪聲，具有節(jié)約能源、減少污染的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)小尺寸電機(jī)的大轉(zhuǎn)矩輸出，并且由于這種集成結(jié)構(gòu)徑向尺寸很小，可以廣泛應(yīng)用在眾多徑向上受限制的空間動(dòng)力傳輸中，特別適于航空和航天以及石油鉆井等【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的空間環(huán)面外滾道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1 一電磁驅(qū)動(dòng)部分，2—電機(jī)機(jī)殼，3 —電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸，4一空間環(huán)面外滾道，5—轉(zhuǎn)子，6—球形動(dòng)齒，7—空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體，8—油杯，9一第一軸承，10—第二軸承，11一端蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提出了一種機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)，它是針對(duì)機(jī)械式齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的疲勞、磨損、發(fā)熱及潤(rùn)滑等問(wèn)題，以及永磁齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩密度較低或徑向受限空間的動(dòng)力傳輸?shù)燃夹g(shù)問(wèn)題而提出的。
[0022]從圖1可知，機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)主要有電磁驅(qū)動(dòng)部分I與空間環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)部分構(gòu)成，電磁驅(qū)動(dòng)部分置于電機(jī)機(jī)殼2內(nèi)，電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸3與空間外環(huán)面滾道4的主動(dòng)端鍵連接，轉(zhuǎn)子5圓周面上均勻分布著軸向動(dòng)齒槽，其動(dòng)齒槽個(gè)數(shù)與動(dòng)齒數(shù)η相等，轉(zhuǎn)子5由第一軸承9支撐，空間外環(huán)面滾道4的滾道數(shù)為Z1，空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體7固定不動(dòng)，其內(nèi)圓柱表面上有周期數(shù)為Z3的內(nèi)環(huán)面滾道，球形動(dòng)齒6安裝在空間環(huán)面內(nèi)滾道、空間環(huán)面外滾道及轉(zhuǎn)子齒槽的交錯(cuò)區(qū)域，電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在空間環(huán)面外滾道4及空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體7的共同約束限制下，球形動(dòng)齒6繞公共軸線的圓周方向做等速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)子5的動(dòng)齒槽，由轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出，當(dāng)輸出與輸入同向時(shí)，球形動(dòng)齒6的齒數(shù)為，當(dāng)輸入輸出反向時(shí)，球形動(dòng)齒6的齒數(shù)為。
[0023]從圖1和圖2可知，空間環(huán)面外滾道4為機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的主要零件，其滾道為空間齒廓曲面，形狀復(fù)雜，需要依靠五軸數(shù)控(NC)機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)并保證滾道加工的精度和質(zhì)量。
[0024]從圖1和圖3可知，轉(zhuǎn)子5是機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的主要輸出部件，其動(dòng)齒槽數(shù)目與球形動(dòng)齒6的齒數(shù)相對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)子5采用普通加工方法即可。
[0025]從圖1和圖4可知，空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體7為機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的另一主要零件，其內(nèi)環(huán)面滾道采用五坐標(biāo)數(shù)控加工中心，將球狀銑刀傾斜一定角度，斜插進(jìn)殼體內(nèi)圓柱表面進(jìn)行銑削加工，殼體內(nèi)圓柱面上的正線軌跡曲線L的方程表達(dá)為:x=r3cosf, y = r3sinf, z = Asin (z3f),其中 r3 為殼體內(nèi)圓柱面半徑，r3 = R+rsina3n, R 為動(dòng)齒中心圓周方向旋轉(zhuǎn)半徑，r為動(dòng)齒半徑，f為動(dòng)齒中心在圓周方向位置角，a3n為動(dòng)齒與殼體的接觸角，A為環(huán)面滾道波幅，Z3為殼體內(nèi)環(huán)面滾道周期數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)，包括電機(jī)機(jī)殼、電磁驅(qū)動(dòng)部分、空間環(huán)面外滾道、轉(zhuǎn)子、球形動(dòng)齒、空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體、端蓋、第一軸承、第二軸承及油杯，其特征是:所述電磁驅(qū)動(dòng)部分置于電機(jī)機(jī)殼內(nèi)，電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸與空間外環(huán)面滾道的主動(dòng)端連接，轉(zhuǎn)子圓周面上均勻分布著軸向動(dòng)齒槽，動(dòng)齒槽個(gè)數(shù)與球形動(dòng)齒的動(dòng)齒數(shù)η相等，轉(zhuǎn)子由第一軸承支撐，空間外環(huán)面滾道的滾道數(shù)為Z1，空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體固定不動(dòng)，其內(nèi)圓柱表面上有周期數(shù)為Z3的內(nèi)環(huán)面滾道，球形動(dòng)齒安裝在空間環(huán)面內(nèi)滾道、空間環(huán)面外滾道及轉(zhuǎn)子動(dòng)齒槽的交錯(cuò)區(qū)域，當(dāng)電機(jī)的輸出與輸入同向時(shí)，球形動(dòng)齒的齒數(shù)為，當(dāng)電機(jī)的輸入與輸出反向時(shí)，球形動(dòng)齒的齒數(shù)為。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)，其特征是:所述電磁驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在空間環(huán)面外滾道及空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體的共同約束限制下，球形動(dòng)齒繞公共軸線的圓周方向做等速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)齒槽，由轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)，其特征是:所述空間環(huán)面外滾道，其滾道為空間齒廓曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電集成空間環(huán)面低速電機(jī)，其特征是:所述空間環(huán)面內(nèi)滾道殼體，其內(nèi)環(huán)面滾道在殼體內(nèi)圓柱面上的正線軌跡曲線L的方程表達(dá)為:x = r3cosf,y =r3sinf, z = Asin (z3f)，其中r3為殼體內(nèi)圓柱面半徑,r3 = R+rsina3n, R為動(dòng)齒中心圓周方向旋轉(zhuǎn)半徑，r為動(dòng)齒半徑，f為動(dòng)齒中心在圓周方向位置角，a3n為動(dòng)齒與殼體的接觸角，A為環(huán)面滾道波幅，Z3為殼 體內(nèi)環(huán)面滾道周期數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02K7/116GK104022597SQ201410234742
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】許立忠, 朱學(xué)軍, 王敏 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)