CN112448537B - 一体式驱动锁紧电机组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传动技术领域,具体涉及一种一体式驱动锁紧电机组件,所述一体式驱动锁紧电机组件包括:电机、减速器组件、输出转轴组件;所述电机的电机轴旋转带动减速器组件的行星内齿轮组转动,行星齿轮组带动输出转轴组件转动;减速器组件用于实现电机减速增矩的效果,输出转轴组件用于带动车轮转动和锁紧车轮。与现有技术相比较,本发明电机组件与无人车安装后,其输出转轴可作为车轮转轴,驱动车轮转动的同时锁紧车轮,并可快速更换不同种类的车轮,解决了地面小型无人车电机与车轮的安装、更换等复杂问题。本发明具有结构简单、空间体积小、安装方便、防水、成本低等特点,能够更好地满足地面小型无人车对一体式伺服驱动电机的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于传动技术领域,具体涉及一种一体式驱动锁紧电机组件,可用于地面小型无人车,满足地面小型无人车车轮的快速安装、锁紧、转动和防水的需求。
背景技术
传统地面小型无人车采用的减速电机难以作为支撑件,将其输出轴和车轮直接安装,会导致输出轴在实际使用时受较大的冲击力,损坏电机。另一方面,传统电机输出轴与车轮采用螺钉紧固的安装方式,安装过程较为复杂且不利于不同类型车轮的更换,如将车轮更换为麦克纳姆轮或履带轮等。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何提供一种一体式驱动锁紧电机组件,可作为支撑件将其输出转轴与车轮直接安装,并能实现车轮的快速安装、更换和锁紧(防止车轮从轴上脱落)。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供一种一体式驱动锁紧电机组件,所述一体式驱动锁紧电机组件包括:电机1、减速器组件2、输出转轴组件3;
所述电机1的电机轴101旋转带动减速器组件2的行星内齿轮组转动,行星齿轮组带动输出转轴组件3转动;减速器组件2用于实现电机1减速增矩的效果,输出转轴组件3用于带动车轮转动和锁紧车轮。
其中,所述电机1为力矩直驱电机,内部集成有伺服控制驱动板;外部机械接口包括安装孔102及电机轴101;其中,所述电机1通过螺钉经安装孔102与减速器组件2连接;所述电机轴101与减速器组件2中的太阳轮203连接;电机1的线缆103通电后可实现电机轴101转动,内部伺服控制驱动板可控制电机1转速。
其中,所述减速器组件2包括:后盖201、支撑框架202、太阳轮203、3个行星轮205、齿圈204、行星架206、第一轴承207、第二轴承208和密封圈209;所述太阳轮203安装于电机轴101上,3个行星轮205沿圆周均匀安装于行星架206上,齿圈204安装于支撑框架202上;所述太阳轮203、3个行星轮205以及齿圈204共同形成行星齿轮组,用于实现电机1减速增矩作用;
所述第一轴承207、第二轴承208轴承为标准件,用于连接减速器组件2和输出转轴组件3,密封圈209为国标TC骨架密封圈,实现电机1与输出转轴301的密封和防水。
其中,所述后盖201为一块矩形板,用于连接电机1和减速器组件2;所述后盖201上设有一组第一通孔210及一组第二通孔211;所述第一通孔210的位置与所述安装孔102的位置相互匹配;所述第二通孔211的位置与所述支撑框架202上的第一螺纹孔212的位置相互匹配;
螺钉穿过后盖201上的第一通孔210可将后盖201与电机1相连,螺钉穿过第二通孔211可将后盖201与支撑框架202相连。
其中,所述齿圈204为圆柱形内齿轮,外圈加工有四个凸台,齿圈204安装于所述支撑框架202上;
所述行星轮205为圆柱形外齿轮,齿轮中心加工有通孔,3个行星轮205安装于所述行星架206上;
所述太阳轮203为圆柱形外齿轮,齿轮中心加工有通孔,安装于电机轴101上;
所述行星架206为三角形件,三角形件的三个角上加工有三个圆柱体,所述三个圆柱体分别用于安装所述行星轮205。
其中,所述支撑框架202为矩形件,中间加工有双向的台阶结构的通孔,其中,双向的台阶结构的通孔中,朝向后盖201一侧上设有直径为d的通孔,用于安装第一轴承207,而逆向后盖201方向的一侧上设有直径为D的通孔,用于安装第二轴承208和密封圈209。
其中,所述支撑框架202端部加工有四个与所述齿圈204的四个凸台相匹配的凹槽,用于安装齿圈204并防止齿圈204旋转。第一螺纹孔212用于安装后盖201,第二螺纹孔213可用于和无人车壳体或其他结构件连接。
其中,所述输出转轴组件3包括:输出转轴301、弹簧302、楔形滑块303、锁紧滑块304、开口销305;所述输出转轴301是一个圆柱形件,内部设有轴向的台阶结构的腔体,轴向的台阶结构的腔体中,设有第一孔及第二孔,其中,孔径为的第一孔用于安装弹簧302,孔径为的第二孔用于安装楔形滑块303;并且,所述输出转轴301的壁面上还设有楔形通孔,用于安装锁紧滑块304;
所述弹簧302与楔形滑块303轴向设置于所述腔体内;在弹簧302的作用下,楔形滑块303设置为可缩进或弹出于输出转轴301,开口销305用于限制楔形滑块303缩进或弹出的行程;按压楔形滑块303,锁紧滑块304可进入输出转轴301内部,此时可安装车轮;松开后,在弹簧302的作用下楔形滑块303弹出,锁紧滑块304可伸出输出转轴301外部,此时可锁紧车轮。
其中,所述车轮采用空心轴,并在空心轴上加工与锁紧滑块304结构匹配的凹槽。
其中,所述楔形滑块303一端为锥形状,一端为圆柱状,安装于输出转轴301内,并设置能够轴向滑动。
锁紧滑块304底部为圆弧面,其安装于输出转轴301的楔形通孔内,能够缩进或伸出,与楔形滑块303的锥形部分接触,实现对车轮的快速锁紧。
(三)有益效果
与现有技术相比较,本发明具备如下有益效果:
(1)本发明的一体式驱动锁紧电机组件,与无人车安装后,其输出转轴可作为车轮转轴,驱动车轮转动的同时锁紧车轮(防止车轮从轴上脱落),并可快速更换不同种类的车轮,解决了地面小型无人车电机与车轮的安装、更换等复杂问题。
(2)本发明的一体式驱动锁紧电机组件,具有结构简单、空间体积小、安装方便、防水、成本低等特点,能够更好地满足地面小型无人车对一体式伺服驱动电机的使用需求。
附图说明
图1-1至图1-2是本发明的电机组件装配示意图。其中,图1-1为侧视图,图1-2为剖视图。
图2是图1-1及图1-2中所示的电机示意图。
图3-1至图3-3是图1-1及图1-2中所示的减速器组件示意图。其中,图3-1为侧视图,图3-2为侧剖视图,图3-3为正剖视图。
图4是图3-1及图3-3中所示的后盖示意图。
图5是图3-2及图3-3中所示的齿圈示意图。
图6是图3-2及图3-3中所示的行星轮示意图。
图7是图3-2及图3-3中所示的太阳轮示意图。
图8-1及图8-2是图3-2及图3-3中所示的行星架示意图。
图9-1及图9-2是图3-2及图3-3中所示的支撑框架示意图。
图10-1及图10-2是图1-1及图1-2中所示的输出转轴组件示意图。其中,图10-1为侧视图,图10-2为剖视图。
图11-1及图11-2是图10-1及图10-2中所示的输出转轴示意图。其中,图11-1为侧视图,图11-2为剖视图。
图12-1及图12-2是图10-1及图10-2中所示的楔形滑块示意图。
图13-1及图13-2是图10-1及图10-2中所示的锁紧滑块示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题,本发明提供一种一体式驱动锁紧电机组件,如图1-1及图1-2所示,所述一体式驱动锁紧电机组件包括:电机1、减速器组件2、输出转轴组件3;
所述电机1的电机轴101旋转带动减速器组件2的行星内齿轮组转动,行星齿轮组带动输出转轴组件3转动;减速器组件2用于实现电机1减速增矩的效果,输出转轴组件3用于带动车轮转动和锁紧车轮。
其中,如图2所示,所述电机1为力矩直驱电机,内部集成有伺服控制驱动板;外部机械接口包括安装孔102及电机轴101;其中,所述电机1通过螺钉经安装孔102与减速器组件2连接;所述电机轴101与减速器组件2中的太阳轮203连接;电机1的线缆103通电后可实现电机轴101转动,内部伺服控制驱动板可控制电机1转速。
其中,如图3-1至图3-3所示,所述减速器组件2包括:后盖201、支撑框架202、太阳轮203、3个行星轮205、齿圈204、行星架206、第一轴承207、第二轴承208和密封圈209;所述太阳轮203安装于电机轴101上,3个行星轮205沿圆周均匀安装于行星架206上,齿圈204安装于支撑框架202上;所述太阳轮203、3个行星轮205以及齿圈204共同形成行星齿轮组,用于实现电机1减速增矩作用;
所述第一轴承207、第二轴承208轴承为标准件,用于连接减速器组件2和输出转轴组件3,密封圈209为国标TC骨架密封圈,实现电机1与输出转轴301的密封和防水。
其中,如图4所示,所述后盖201为一块矩形板,用于连接电机1和减速器组件2;所述后盖201上设有一组第一通孔210及一组第二通孔211;所述第一通孔210的位置与所述安装孔102的位置相互匹配;所述第二通孔211的位置与所述支撑框架202上的第一螺纹孔212的位置相互匹配;
螺钉穿过后盖201上的第一通孔210可将后盖201与电机1相连,螺钉穿过第二通孔211可将后盖201与支撑框架202相连。
其中,如图5所示,所述齿圈204为圆柱形内齿轮,外圈加工有四个凸台,齿圈204安装于所述支撑框架202上;
如图6所示,所述行星轮205为圆柱形外齿轮,齿轮中心加工有通孔,3个行星轮205安装于所述行星架206上;
如图7所示,所述太阳轮203为圆柱形外齿轮,齿轮中心加工有通孔,安装于电机轴101上;
如图8-1及图8-2所示,所述行星架206为三角形件,三角形件的三个角上加工有三个圆柱体,所述三个圆柱体分别用于安装所述行星轮205。
其中,如图9-1及图9-2所示,所述支撑框架202为矩形件,中间加工有双向的台阶结构的通孔,其中,双向的台阶结构的通孔中,朝向后盖201一侧上设有直径为d的通孔,用于安装第一轴承207,而逆向后盖201方向的一侧上设有直径为D的通孔,用于安装第二轴承208和密封圈209。
其中,所述支撑框架202端部加工有四个与所述齿圈204的四个凸台相匹配的凹槽,用于安装齿圈204并防止齿圈204旋转。第一螺纹孔212用于安装后盖201,第二螺纹孔213可用于和无人车壳体或其他结构件连接。
其中,如图10-1及图10-2所示,所述输出转轴组件3包括:输出转轴301、弹簧302、楔形滑块303、锁紧滑块304、开口销305;如图11-1及图11-2所示,所述输出转轴301是一个圆柱形件,内部设有轴向的台阶结构的腔体,轴向的台阶结构的腔体中,设有第一孔及第二孔,其中,孔径为的第一孔用于安装弹簧302,孔径为的第二孔用于安装楔形滑块303;并且,所述输出转轴301的壁面上还设有楔形通孔,用于安装锁紧滑块304;
所述弹簧302与楔形滑块303轴向设置于所述腔体内;在弹簧302的作用下,楔形滑块303设置为可缩进或弹出于输出转轴301,开口销305用于限制楔形滑块303缩进或弹出的行程;按压楔形滑块303,锁紧滑块304可进入输出转轴301内部,此时可安装车轮;松开后,在弹簧302的作用下楔形滑块303弹出,锁紧滑块304可伸出输出转轴301外部,此时可锁紧车轮。
其中,所述车轮采用空心轴,并在空心轴上加工与锁紧滑块304结构匹配的凹槽。
其中,如图12-1及图12-2所示,所述楔形滑块303一端为锥形状,一端为圆柱状,安装于输出转轴301内,并设置能够轴向滑动。
如图13-1及图13-2所示,锁紧滑块304底部为圆弧面,其安装于输出转轴301的楔形通孔内,能够缩进或伸出,与楔形滑块303的锥形部分接触,实现对车轮的快速锁紧。
实施例1
本实施例中,如图1-1至图1-2所示,所述一体式驱动锁紧电机组件包括电机1、减速器组件2、输出转轴组件3,可驱动车轮转动并能快速安装车轮。设计时,可根据实际情况选用更大力矩或者更小力矩的直驱电机1,同时增大或缩小减速器组件2和输出转轴组件3的结构尺寸,以适应不同体积重量的地面小型无人车。
如图2所示,电机1为一款力矩直驱电机1,外部机械接口主要有安装孔(通过螺钉与减速器组件2连接)、电机1转轴(用于安装减速器组件2中的太阳轮203)。线缆通电后可实现电机轴101转动。本示例中电机1直径为50mm,厚度为30mm,可输出力矩约60mN·m。
如图3-1至图3-3所示,减速器组件2包括:后盖201、支撑框架202、太阳轮203、行星轮205(3个)、齿圈204、行星架206、轴承和密封圈209。减速器组件2的后盖201与图2所示的电机1连接,太阳轮203与电机轴101连接。其中,太阳轮203、行星轮205(3个)、齿圈204共同形成行星齿轮组,可实现电机1的减速增力矩。
如图4所示,后盖201为一块矩形板(本示例中外形尺寸:长62mm,宽62mm,高4.1mm),用于连接电机1和减速器组件2。螺钉穿过通孔1可将后盖201与电机1相连,螺钉穿过通孔2可将后盖201与支撑框架202相连。
如图5所示,本示例中的齿圈204外形尺寸为:长62mm,宽62mm,厚8.1mm,凸台宽度为28.8mm,齿轮模数为0.5,齿数为105,齿圈204安装于支撑框架202。
如图6所示,本示例中的行星轮205厚度为7.2mm,模数为0.5,齿数为45,小内齿轮安装于行星架206上。
如图7所示,太阳轮203厚度为8mm,模数为0.5,齿数为15,太阳轮203安装于电机轴101上。
如图8-1及图8-2所示,行星架206的外形尺寸为:长(L)36mm,宽(B)35mm,厚4.5mm。加工有三个圆柱(直径5mm,高度8mm),用于安装3个行星轮205。中间加工有矩形孔(10mm×10mm),可与转轴端连接。
如图9-1及图9-2所示,支撑框架202外形尺寸为:长62mm,宽62mm,厚36.8mm,四个凹槽(宽度B为28.8mm)用于安装齿圈204并防止齿圈204转动,直径为d(24mm)的孔用于安装轴承1,直径为D(35mm)的孔用于安装轴承2和密封圈209。
如图10-1及图10-2所示,输出转轴组件3包括转轴、弹簧302、开口销305、楔形滑块303、锁紧滑块304。楔形滑块303可缩进或弹出于转轴,进而使得锁紧滑块304进入或伸出转轴,以便以车轮的安装。
如图11-1及图11-2所示,输出转轴301是一个圆柱形件。孔为8.5mm,用于安装弹簧302。孔为16mm,用于安装楔形滑块303,楔形通孔θ为60°用于安装锁紧滑块304。圆柱通孔直径为3mm,用于安装开口销305,圆柱凸台直径为23mm,与密封圈209内孔接触。
如图13-1及图13-2所示。锁紧滑块304的外形尺寸为:宽9.5mm,高6mm,厚度3mm,底部圆弧半径为6mm,楔形角度θ为60°(与输出转轴301中的楔形通孔匹配)。
如图1-1至图1-2所示,为该电机组件的装配侧视图和剖视图。本示例中的电机1组件可输出约0.5N·m力矩,并且输出转轴组件3可快速安装并锁紧车轮。整个电机1组件的安装及使用程序是:先装配输出轴组件和减速器组件2,然后再安装电机1。
输出转轴组件3装配:
(1)先将2个锁紧滑块304分别安装于输出转轴301的楔形通孔内,然后将弹簧302安装于输出转轴301内;
(2)将楔形滑块303安装于输出转轴301内,然后安装开口销305。
减速器组件2装配:
(1)先将轴承和密封圈209安装于支撑框架202上;
(2)将行星架206安装于轴承1上;
(3)将3个行星轮205安装于行星架206上;
(4)将齿圈204安装于支撑框架202上。
组件整体装配:先将后盖201与电机1连接、太阳轮203与电机轴101连接;再将后盖201与减速器组件2的支撑框架202连接;最后通过轴承把输出转轴组件3安装于减速器组件2上;即可完成整个电机1组件的装配。完成以上装配工作后,支撑框架202可与小型无人车壳体等结构件连接,输出转轴组件3可安装车轮(车轮采用空心轴,并在空心轴上加工与锁紧滑块304匹配的楔形凹槽),实现车轮的快速安装,锁紧后可防止车轮从轴上脱落。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种一体式驱动锁紧电机组件,其特征在于,所述一体式驱动锁紧电机组件包括:电机(1)、减速器组件(2)、输出转轴组件(3);
所述电机(1)的电机轴(101)旋转带动减速器组件(2)的行星内齿轮组转动,行星齿轮组带动输出转轴组件(3)转动;减速器组件(2)用于实现电机(1)减速增矩的效果,输出转轴组件(3)用于带动车轮转动和锁紧车轮;
所述电机(1)为力矩直驱电机,内部集成有伺服控制驱动板;外部机械接口包括安装孔(102)及电机轴(101);其中,所述电机(1)通过螺钉经安装孔(102)与减速器组件(2)连接;所述电机轴(101)与减速器组件(2)中的太阳轮(203)连接;电机(1)的线缆(103)通电后可实现电机轴(101)转动,内部伺服控制驱动板可控制电机(1)转速;
所述减速器组件(2)包括:后盖(201)、支撑框架(202)、太阳轮(203)、3个行星轮(205)、齿圈(204)、行星架(206)、第一轴承(207)、第二轴承(208)和密封圈(209);所述太阳轮(203)安装于电机轴(101)上,3个行星轮(205)沿圆周均匀安装于行星架(206)上,齿圈(204)安装于支撑框架(202)上;所述太阳轮(203)、3个行星轮(205)以及齿圈(204)共同形成行星齿轮组,用于实现电机(1)减速增矩作用;
所述第一轴承(207)、第二轴承(208)轴承为标准件,用于连接减速器组件(2)和输出转轴组件(3),密封圈(209)为国标TC骨架密封圈,实现电机(1)与输出转轴(301)的密封和防水;
所述输出转轴组件(3)包括:输出转轴(301)、弹簧(302)、楔形滑块(303)、锁紧滑块(304)、开口销(305);所述输出转轴(301)是一个圆柱形件,内部设有轴向的台阶结构的腔体,轴向的台阶结构的腔体中,设有第一孔及第二孔,其中,孔径为的第一孔用于安装弹簧(302),孔径为的第二孔用于安装楔形滑块(303);并且,所述输出转轴(301)的壁面上还设有楔形通孔,用于安装锁紧滑块(304);
所述弹簧(302)与楔形滑块(303)轴向设置于所述腔体内;在弹簧(302)的作用下,楔形滑块(303)设置为可缩进或弹出于输出转轴(301),开口销(305)用于限制楔形滑块(303)缩进或弹出的行程;按压楔形滑块(303),锁紧滑块(304)可进入输出转轴(301)内部,此时可安装车轮;松开后,在弹簧(302)的作用下楔形滑块(303)弹出,锁紧滑块(304)可伸出输出转轴(301)外部,此时可锁紧车轮。
2.如权利要求1所述的一体式驱动锁紧电机组件,其特征在于,所述后盖(201)为一块矩形板,用于连接电机(1)和减速器组件(2);所述后盖(201)上设有一组第一通孔(210)及一组第二通孔(211);所述第一通孔(210)的位置与所述安装孔(102)的位置相互匹配;所述第二通孔(211)的位置与所述支撑框架(202)上的第一螺纹孔(212)的位置相互匹配;
螺钉穿过后盖(201)上的第一通孔(210)可将后盖(201)与电机(1)相连,螺钉穿过第二通孔(211)可将后盖(201)与支撑框架(202)相连。
3.如权利要求2所述的一体式驱动锁紧电机组件,其特征在于,所述齿圈(204)为圆柱形内齿轮,外圈加工有四个凸台,齿圈(204)安装于所述支撑框架(202)上;
所述行星轮(205)为圆柱形外齿轮,齿轮中心加工有通孔,3个行星轮(205)安装于所述行星架(206)上;
所述太阳轮(203)为圆柱形外齿轮,齿轮中心加工有通孔,安装于电机轴(101)上;
所述行星架(206)为三角形件,三角形件的三个角上加工有三个圆柱体,所述三个圆柱体分别用于安装所述行星轮(205)。
4.如权利要求2所述的一体式驱动锁紧电机组件,其特征在于,所述支撑框架(202)为矩形件,中间加工有双向的台阶结构的通孔,其中,双向的台阶结构的通孔中,朝向后盖(201)一侧上设有直径为d的通孔,用于安装第一轴承(207),而逆向后盖(201)方向的一侧上设有直径为D的通孔,用于安装第二轴承(208)和密封圈(209)。
5.如权利要求2所述的一体式驱动锁紧电机组件,其特征在于,所述支撑框架(202)端部加工有四个与所述齿圈(204)的四个凸台相匹配的凹槽,用于安装齿圈(204)并防止齿圈(204)旋转; 第一螺纹孔(212)用于安装后盖(201),第二螺纹孔(213)可用于和无人车壳体或其他结构件连接。
6.如权利要求1所述的一体式驱动锁紧电机组件,其特征在于,所述车轮采用空心轴,并在空心轴上加工与锁紧滑块(304)结构匹配的凹槽。
7.如权利要求1所述的一体式驱动锁紧电机组件,其特征在于,所述楔形滑块(303)一端为锥形状,一端为圆柱状,安装于输出转轴(301)内,并设置能够轴向滑动;
锁紧滑块(304)底部为圆弧面,其安装于输出转轴(301)的楔形通孔内,能够缩进或伸出,与楔形滑块(303)的锥形部分接触,实现对车轮的快速锁紧。
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