[发明专利]一种内置减速器和电机的车轮结构

权利要求书

1.一种内置减速器和电机的车轮结构，用于机器人技术领域，其特征在于，包括：

车轮，与减速器相连接；车轮由轮毂和轮胎组成，所述轮毂为中空结构，横截面为偏置的“工”字形状，中间偏置设置竖直的辐条提供强度支撑；所述辐条将车轮内部的空间分成左右两个不同体积的轮毂内腔空间，分别放置驱动电机和减速器；其内腔由内到外内径逐步增大，提供电机和减速器安装空间的同时增加装配间隙；轮毂外圆柱表面有凹槽用于粘接轮胎；轮毂尺寸需要配合轮胎尺寸进行设计，轮毂宽度综合考虑轮胎宽度、驱动电机宽度、减速器宽度进行设计：

单条轮胎的宽度设为a，轮毂需要布置K个轮胎，因此轮毂宽度为A＝ka(k为正整数)；轮毂宽度A的设计需要使电机转子和减速器布置在轮毂内，

轮毂外尺寸应配合轮胎的内直径，设该直径为D；轮毂内腔最大直径为d1，最小直径为d2，驱动电机转子最大直径为d；

D＞d1＞d2＞d；

考虑到轮毂内腔电机占用的空间较大较宽，因此轮毂电机侧的悬臂比减速器侧的悬臂长，形变量也最大，最大形变发生在轮毂电机侧悬臂的最外端；

设该处的初始间隙u＝d1-d；

当轮毂受力发生形变时，间隙应始终大于零，即轮毂最大形变量u1＜u；

驱动电机，与减速器相连接；

减速器，两端分别连接驱动电机和车轮，将驱动电机的输出减速增扭后输入到车轮上；减速器采用行星减速器，包括车轮齿圈架、齿圈轴承、内齿圈、齿圈固定架、车轮行星架、外行星架、太阳齿轮、挡圈、太阳齿轮轴、电机输出轴、压片、键、行星架法兰轴承、齿圈架法兰轴承、行星齿轮轴、行星齿轮法兰轴承、行星齿轮和车轮法兰轴承等；驱动电机的电机输出轴通过压片压住位于其末端的D型轴与太阳齿轮轴相连接，太阳齿轮轴通过键与太阳齿轮共轴连接，太阳齿轮端面设置轴向约束的挡圈；外行星架、车轮行星架通过沉头螺钉与轮毂相连接，行星齿轮通过两个行星齿轮法兰轴承约束在行星齿轮轴上，行星齿轮轴连接外行星架和车轮行星架，约束行星齿轮在外行星架和车轮行星架中间运动；内齿圈、车轮齿圈架通过内六角螺钉连接到齿圈固定架上；

所述减速器和驱动电机内置于车轮内部；所述内置减速器和驱动电机的车轮整体通过驱动电机的尾端的螺纹和齿圈固定架的螺纹与外部连接，作为内置减速器和电机的车轮结构整体的两个支撑点，两支撑点在内置减速器和电机的车轮结构整体的最外侧，使得其呈简支梁结构的支撑。

2.根据权利要求1所述的车轮结构，其特征在于：驱动电机为小直径、大功率的电机，其尺寸可以使其布置于车轮内。

3.根据权利要求1所述的车轮结构，内置减速器和电机的车轮结构为，车轮通过车轮法兰轴承与电机输出轴同轴约束相连，车轮齿圈架通过齿圈轴承与车轮行星架同轴约束相连，外行星架通过行星架法兰轴承与太阳齿轮轴同轴约束相连，太阳齿轮轴通过齿圈架法兰轴承与齿圈固定架同轴约束相连。

4.根据权利要求1所述的车轮结构，行星减速器以内齿圈作为固定端，以太阳齿轮作为输入端，车轮行星架作为输出端，太阳齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与内齿圈啮合，太阳齿轮旋转时驱动行星齿轮在固定的内齿圈上转动前进，带动车轮行星架同轴于太阳齿轮减速输出；行星减速器的输入端外接驱动电机，输出端外接车轮，固定端作为减速器的支撑。

5.根据权利要求4所述的车轮结构，轮毂设计方法通过有限元分析对轮毂的受力进行分析，选用合适的轮毂材料使其满足强度和间隙要求。