CN101583460A - 运动控制装置 - Google Patents

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Abstract

线性运动制动器(10)包括跨骑在一线性轨道(20)上并具有界定在腿板(92)上用以容纳制动蹄片(12)的蹄片孔(95)的通道形蹄片导轨(90)。活塞(100)往复容纳在与所述蹄片导轨(90)结合的板形罩(80)的活塞腔(86)中。所述活塞(100)包括在所述往复方向上自所述活塞头部(102)延伸的第一和第二突出部(76，134)。弹簧(114)夹于所述蹄片导轨(90)和所述活塞(100)间。所述活塞(100)的肋部(116)系可滑动地容纳在成形于所述蹄片导轨(92)的连接板(94)上的切口(96)中。突出部(76，134)的往复运动使所述制动蹄片(12)抵靠所述线性轨道(20)形成凸轮运动。

Description

运动控制装置
背景技术
本发明大体上涉及运动控制装置，特别是制动器。明确而言，本发明涉及适于同轨使用的制动器以制动例如线性运动的运动，更明确地说，系涉及包含可简单制造和安装的小数量部件和最大化液压操作区域的线性运动制动器。
由于可在线性运动方向上将负载高准确和高速度的运动至一个地点，线性运动装置在机械工具、半导体和医药工业中的普遍性一直增加。然而，在制动线性运动负载上遭遇到问题，特别是当电力断供时。明确地说，由于负载的运动和位置系取决于提供至线性电动机的电流，当例如电力断供造成电流中断给于线性电动机时，由线性运动装置载运的负载将在重力和/或惯性力下运动。由于采用可最小化滑动摩擦的高性能轴承，使得这个问题也在线性运动装置中被加剧。先前的工匠设计了可改善上述缺失和在操作上具有明显可靠性和准确性的制动器，见颁给汉克等人的美国专利6,460,678和颁给马赫等人的美国专利7,124,861。
因此，有需要一种用来制动线性运动负载和特别是同线性运动装置使用的制动器，尤其是具有可简单制造和安装的小数量部件和最大化液压操作区域以特别用于制动线性运动负载的制动器。
发明内容
为解决这些需求和线性运动制动器领域的其它问题，本发明在较佳形式中系通过提供一具有第一和第二凸轮表面和第一和第二凸轮随动件的装置，第一和第二凸轮随动件系个别成形在制动蹄片(brakeshoes)或者是活塞上，该活塞沿着与轨道和操作方向垂直的往复方向在一罩的活塞腔中往复移动。该制动蹄片系安装在与操作方向和往复方向垂直的一蹄片方向上运动。该活塞系通过液压并顶着偏压而在第一和第二操作位置间移动。在本发明的最佳观点上，该往复运动系与操作方向和蹄片运动方向为垂直。
在较佳观点上，该活塞具有大体上垂直操作方向的U形横截面，并且包括活塞头部和在所述往复方向上自所述活塞头部垂直延伸的第一和第二突出部，其整合成为单一、不可分离的部件。在进一步观点上，第一和第二突出部为可以转动地容纳作为凸轮随动件的辊子的轭状物。在其它观点上，凸轮表面系一体成形在第一和第二突出部上。
在其它观点上，提供通道形的蹄片导轨，蹄片导轨具有容纳制动蹄片并成形在第一和第二腿板上的蹄片孔，且蹄片导轨具有成形在连接板上且可滑动地容纳成型在活塞上的肋部的切口。
本发明更进一步的观点，活塞腔和垂直往复方向的活塞头部的横截面大体上为方型以最大化液压操作区域。
在较佳的形式中，线性马达制动器的部件可以方便地由备材加工而成，例如由板材形成罩和由通道材料形成蹄片导轨。
本发明将由本发明举例说明的实施例并参照所附图式而得清楚了解。
附图说明
实施例可参考这里的附图而被更加清晰的描述：
图1显示根据本发明较佳教导的线性运动制动器和线性运动装置的一部分的立体分解图；
图2显示图1所示的线性运动制动器的立体分解图；
图3显示根据图1截面线3-3所示的图1中线性运动制动器的横截面图；
图4显示图1中线性运动制动器的活塞的整合部件的立体图；
图5显示根据本发明较佳教导的线性运动制动器的另一个实施例的横截面图。
以下所有图式系仅便于解释本发明基本教导而已，图式中构成较佳实施例之组件的数目、位置、关系、及尺寸之延伸将有所说明或在阅读及了解本发明的教导后相关之变化实施属于业界技能。另外，在阅读及了解本发明的教导后，结合特定力量、重量、强度、及类似要求之精确尺寸及尺寸比例之改变亦属业界技能。
在不同图式中系以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如“第一”、“第二”、“内部”，“外部”、“上”、“下”、“高”、“宽”、“长”、“端”、“侧”、“水平”、“垂直”和类似用语系仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述本发明而已。
具体实施方式
根据本发明较佳教导的用于阻止线性移动负载的制动器示于图中并总体标号为10。制动器10在它最较佳形式中是同线性移动装置被使用，例如任意传统设计的线性平台(stage)或电动机。一般上，线性运动装置包括一块底板14和安装用于相对该底板14线性运动一定距离的一块滑动板16，例如通过两个或多个可沿着线性运动方向在线性轨道20上滑动的线性轴承18。滑动板16通过例如连接在滑动板16上的电枢而相对该底板14被驱动，其滑动通过连接在底板14的固定定子。可了解的是根据本发明教导的线性运动装置可以有多样的配置。此外，尽管对线性运动装置具有特定的应用并相信能产生协同效果，但是根据本发明教导的制动器10可以应用在其它装置上用以提供包括但不限于滚球螺杆、皮带驱动器、汽缸和类似物的线性运动。
根据本发明教导的制动器10大致上包括结合在滑动板16上的一个制动罩80，例如通过螺栓82延伸通过滑动板16而锁入罩80内。因此，罩80是安装用于在操作方向上沿着轨道20运动。在最佳形式中，罩80为板状形式，具有方形、平坦外形以同滑动板16相邻接的一个上邻接表面84。罩80包括同样是方形、平坦外形且与表面84平行间隔的一下表面，该下表面包括自下表面向表面84延伸但与表面84间隔的活塞腔86。一入口88自罩80的一边缘延伸且同腔86流体性连通。在最佳形式中，腔86具有与表面84和滑动板16平行的大致方形横截面，该方形横截面的角被圆化以允许制作装配。
制动器10还包括固定连接并结合至罩80的一条蹄片导轨90。在所示的形式中，导轨90为通道形状并具有大体为U形的横截面。明确而论，导轨90包括自一连接板94相对侧面延伸的第一和第二腿板92。腿板92彼此平行并间隔一距离而无邻接地收纳轨道20。成形在每一腿板92上的蹄片孔95系与连接板94间隔并平行延伸。连接板94包括在腿板92间延伸并位于蹄片孔96相对两侧的第一和第二矩形切口96。在较佳形式中，蹄片导轨90通过螺栓98牢固安装在罩80上，螺栓98延伸通过连接板94并锁入在活塞腔86外的罩80内。为避免干涉，螺栓98头可以埋在连接板94下表面内。
根据本发明教导的制动器10还包括可往复移动地容纳在活塞腔86内的活塞100用于在垂直操作方向的往复方向上往复运动。一般上，活塞100包括具有外围的头部102，头部102外围具有与操作方向垂直的横截面以对应且可滑动地容纳在活塞腔86内。在头部102的外围和活塞腔86之间设有适当的密封104，例如图中所示的方状环形密封。活塞100在往复方向上介于第一操作位置和活塞腔86之外的第二操作位置间往复移动。在最佳形式中，活塞100具有与操作方向垂直的大致U形横截面以跨骑在轨道20上。特别地，自头部102延伸的第一、第二突出部106具有平行关系并间隔一距离以同腿板92平行并无邻接地容纳蹄片导轨90。在第一个较佳的形式中，每一个突出部106为轭状物形状以支撑一个凸轮随动件108，在该最佳形式中，凸轮随动件108是辊子形式，其可绕由延伸通过突出部106并与腿板92平行隔开的销110所界定的轴线转动。
根据本发明较佳的教导，活塞100自第二操作位置被偏压至位于活塞腔86内的第一操作位置。明确而论，在最佳实施例中，头部102包括多个弹簧腔112。部分位于腔112中的压缩螺旋弹簧114被夹于头部102和连接板94之间。在该最佳形式中，活塞100还包括在突出部106之间和在弹簧腔112相对侧延伸且具有间隔、平行关系的第一与第二肋部116。肋部116提供多个目的。明确而论，肋部116是可滑动地容纳在蹄片导轨90的切口96内以支持活塞100在相对蹄片导轨90与罩80的位置以抵消置于其上的反向力。再者，肋部116的存在使得头部102的厚度可以达到最小，而仍保持结构整体性以阻止突出部106由于置于其上的反向力而分离。
根据本发明教导的制动器10还包括尺寸和形状适合滑动地容纳在蹄片导轨90的蹄片孔96内的制动蹄片120用以在蹄片孔96界定的蹄片方向运动，蹄片方向系和操作方向、往复方向和轨道20垂直。特别的，每一个蹄片120包括内界面表面122以与轨道20分界。再者，每一个蹄片120包括外凸轮表面124用于同凸轮随动件108结合。在该所示的最佳形式中，凸轮表面124包括与活塞100的往复方向约成20度的第一平面部分126。凸轮表面124包括与第一平面部分126约成160度且与活塞100的往复方向约成5度的第二平面部分128。第二平面部分128位于第一平面部分126和活塞100的头部102之间。
根据本发明较佳教导的制动器10基本结构已经陈述，制动器10的操作方法和一些优点将作说明。明确地说，在线性运动装置的正常操作中且特别在非断电、紧急制动、停机和类似状态下，液压被提供到由活塞腔86和头部102界定的液压腔中，且有足够的压力推动活塞100自第一操作位置到第二操作位置而移至活塞腔86外、远离滑动板16且顶着弹簧14的偏压。因此，凸轮随动件108相对制动蹄片120向下运动并且毗邻第一平面部分126被定位。在此位置处，制动蹄片120没有承受压缩力或夹于凸轮随动件108和轨道20之间，使得制动蹄片120没有紧夹轨道20并因而允许蹄片导轨90和罩80相对轨道20的相对运动。虽然蹄片120在非结合的位置处可以拖拉或者以其它方式同轨道20结合，但任何操作的损害将由部件数量的减少、便捷的装配和由此获得的操作和结构优点而得到弥补。
在该最佳的形式中，当液压不足以抵销弹簧114所提供的偏压力时，弹簧114将推动活塞100更进入活塞腔86内，因而，凸轮随动件108相对制动蹄片120向上运动并在第二平面部分128上转动和被定位。在此位置处，制动蹄片120承受压缩力或夹于凸轮随动件108和轨道20之间，使得制动蹄片120紧夹轨道20，所以可阻止蹄片导轨90和罩80相对轨道20的相对运动。可了解的是，第二平面部分128与活塞100往复方向之间的角度提供了楔合影响以提高根据本发明教导的制动器10的制动。
可了解的是，制动力与该较佳实施例的弹簧114所提供的偏压力有直接关联。再者，弹簧114的偏压力系由活塞100所供应的反向力限制，该反向力为液压与液压作用的头部102面积的函数。由于可用的液压可以由一般的来源提供，所以根据本发明教导的制动器10在允许头部102的面积最大化上具有优点。明确地说，在第一观点，头部102和活塞腔89的横截面为方形而不是传统活塞或汽缸布局的圆形。相较于直径等于沿着方形横截面的一边长度的汽缸式活塞，这种方形横截面增加了头部102的面积。再者，在进一步观点，该往复方向与轨道20和制动器的运动方向垂直。传统线性制动器利用的活塞具有平行轨道20和制动器10运动方向的往复方向，并利用位于轨道20之旁的布置。根据本发明的较佳教导，活塞腔86和活塞头部102位于轨道20之上，因此具有薄饼(pancake)型的构造以可最大化液压作用的头部102面积。因此，由依据本发明较佳教导的活塞100提供的反向力显著地提升并超过传统的线性动力制动器。
根据本发明较佳教导的制动器10由可简便制造和安装的相对少的部件形成。明确而论，对于不能现货购买的制动器10部件系可以由挤压或是一般的备材来简便制造，例如但不限于由通道状备材形成蹄片导轨90和由板状备材形成罩80。同样，安装上可以快速操作而不需要额外的技术、工具、夹具或类似物。
根据本发明较佳教导的制动器10没有采用轴转测径器(pivotalcalipers)，轴转测径器系可释放地夹紧线性轨道20且可能造成不平均的磨损或其它在线性轴承和轨道20效能上的减损。由于突出部106单独在往复方向上的运动直接造成制动蹄片120单独在蹄片方向上运动，使得制动器10能施加所有的制动力。再者，由于轨道20夹于本发明较佳形式的制动器10的一对制动蹄片120间，所以线性轴承和轨道20的侧向负载最小，尤其对于单一摩擦面有结合的比较。
现在本发明的基本教导已加以解释，对于业界一般技能的人士来说，很多延伸和修改是明显的。作为一个例子，虽然所示较佳形式的凸轮随动件108系安装在活塞100上以相对成形在制动蹄片120上的凸轮表面124相对运动且相信能产生包括但不限于降低部件磨损的协同效果，但根据本发明的教导也可利用其它方式使活塞100的往复移动会造成制动蹄片120的往复运动。作为一个例子，如图5所示，凸轮随动件108可以并入制动蹄片130，在该较佳形式系为球。凸轮表面132成形在突出部134(替换突出部106)并同制动蹄片130结合，在活塞100受液压而向下往复时，凸轮表面132同轨道20具有更大的间隔。
再者，虽然该最佳形式的制动器10具有特殊应用以阻止线性运动装置的线性运动，但是制动器10和/或其特征对于根据本发明教导的其它控制运动(包括但不限于控制旋转运动)的应用将会产生有利的效果。
此外，虽然该最佳形式的制动器10包括相信可获得协同效果的多个、独特特征的组合，但是制动器10可以根据本发明的教导被建构成包括这些特征的单个和其它组合。作为一个例子，制动器10可以和不同横截面的活塞腔86和活塞头部102一起建构，而非要与该较佳形式中所述和所示的活塞腔86和活塞头部102一起建构。
因此，由于在说明书揭示的本发明系可由没有脱离本发明精神与大体特征的其它特定形式来实施，且这些特定形式的一些形式已经被显示，所以，在说明书揭示的实施例应视为举例说明而非限制。本发明的范围系由所附的权利要求来界定，而不是由以上叙述所界定，对于落入该权利要求之均等意义与范围的所有改变仍将并入于本发明所主张的权利要求范围之内。

Claims (20)

1.用于轨道的线性运动制动器包括：适于被安装以在操作方向上沿轨道运动的一个罩，所述罩包括一活塞腔；容纳在所述活塞腔内以在垂直操作方向的往复方向上界于第一操作位置和所述活塞腔之外的第二操作位置间做往复运动的一活塞，所述活塞自所述第二操作位置被偏压至所述第一操作位置，液压可被注入活塞腔以抗衡活塞用于推动活塞自所述第一操作位置至所述第二操作位置；被安装以在垂直所述操作方向和所述往复方向的蹄片方向上运动的第一和第二制动蹄片，所述活塞和所述第一和第二制动蹄片中之一包括第一和第二凸轮表面，且所述活塞和所述第一和第二制动蹄片中的另一个包括与所述第一和第二凸轮表面结合的第一和第二凸轮随动件，当所述活塞在所述往复方向上往复运动时，所述制动蹄片在蹄片方向上运动。
2.如权利要求1所述的线性运动制动器，其中垂直所述往复方向的所述活塞腔和活塞头部的横截面系平行一延伸平行所述操作方向和所述蹄片方向的平面。
3.如权利要求2所述的线性运动制动器，其中所述横截面为大致方形以最大化液压操作区域。
4.如权利要求3所述的线性运动制动器，其中所述活塞具有垂直所述操作方向的大致U型横截面且包括一活塞头部和第一和第二突出部，第一和第二突出部在往复方向和所述轨道的相对两侧上自所述活塞头部垂直延伸。
5.如权利要求4所述的线性运动制动器，还包括大致为通道形并结合在所述罩的一蹄片导轨，所述蹄片导轨包括第一和第二腿板和介于所述第一和第二腿板间的连接板，所述第一和第二腿板包括在所述蹄片方向上延伸通过所述第一和第二腿板以容纳所述第一和第二制动蹄片的蹄片孔。
6.如权利要求5所述的线性运动制动器，其中所述蹄片导轨的连接板包括介于所述第一和第二腿板间和在所述蹄片孔相对两侧上延伸的第一和第二切口，所述活塞包括可滑动地容纳在所述蹄片导轨的所述第一和第二切口中的第一和第二肋部以限定所述活塞相对所述往复方向的运动。
7.如权利要求6所述的线性运动制动器，还包括多个介于所述蹄片导轨和所述活塞头部间延伸的弹簧以将所述活塞自所述第二操作位置偏压至第一操作位置，所述活塞头部包括多个用于容纳所述多个弹簧的弹簧腔。
8.如权利要求7所述的线性运动制动器，其中所述第一和第二突出部每一个为轭状物形状，所述凸轮随动件包括可滚动安装在所述轭状物的辊子，所述蹄片制动每个包括与所述轨道结合的一界面表面和在所述蹄片方向与所述界面表面相对的所述凸轮表面以同所述辊子结合。
9.如权利要求8所述的线性运动制动器，其中所述凸轮表面包括与所述往复方向约成20度的一第一平面部分和与所述第一平面部分约成5度延伸的一第二平面部分。
10.如权利要求7所述的线性运动制动器，其中所述第一和第二突出部包括所述凸轮表面，所述制动蹄片界定了所述凸轮随动件。
11.如权利要求10所述的线性运动制动器，其中每一个所述第一和第二制动蹄片为容纳在所述蹄片孔中的球体形式。
12.如权利要求5所述的线性运动制动器，其中所述罩成板状的形式，其具有一个邻接上表面和与所述上表面平行但间隔的一个相对下表面，所述上和下表面每一个为方的、平面形状，所述活塞腔自所述下表面朝向所述上表面延伸但与上表面间隔，所述邻接上表面包括螺纹孔用以收纳结合滑动板的螺栓，所述下表面同所述蹄片导轨的连接板邻接。
13.如权利要求2所述的线性运动制动器，还包括安装在所述活塞并在所述活塞腔内可滑动的方形环状密封。
14.如权利要求4所述的线性运动制动器，其中所述活塞头部和第一和第二突出部整合成为单一、不可分离的部件。
15.如权利要求1所述的线性运动制动器，其中所述活塞具有垂直所述操作方向为大致U型的横截面且包括一活塞头部和第一和第二突出部，第一和第二突出部在往复方向和所述轨道的相对两侧上自所述活塞头部垂直延伸。
16.如权利要求15所述的线性运动制动器，还包括大致为通道形并安装在所述罩之上的一蹄片导轨，所述蹄片导轨包括第一和第二腿板和介于所述第一和第二腿板间的连接板，所述第一和第二腿板包括在所述蹄片方向延伸通过所述第一和第二腿板以容纳所述第一和第二制动蹄片的蹄片孔。
17.如权利要求16所述的线性运动制动器，其中所述蹄片导轨的连接板包括介于所述第一和第二腿板间和在所述蹄片孔相对两侧延伸的第一和第二切口，所述活塞包括可滑动地容纳在所述蹄片导轨的所述第一和第二切口中的第一和第二肋部以限定所述活塞相对所述往复方向的运动，所述第一和第二肋部成形于所述活塞头部之上并介于所述第一和第二突出部间延伸。
18.如权利要求17所述的线性运动制动器，还包括多个介于所述蹄片导轨和所述活塞头部间延伸的弹簧以将所述活塞自所述第二操作位置偏压至第一操作位置，所述活塞头部包括多个用于容纳所述多个弹簧的弹簧腔。
19.如权利要求18所述的线性运动制动器，其中所述罩成板状的形式，其具有一个邻接上表面和与所述上表面平行但间隔的一个相对下表面，所述上和下表面每一个为方的、平面形状，所述活塞腔自所述下表面朝向所述上表面延伸但与上表面间隔，所述邻接上表面包括螺纹孔用以收纳安装滑动板的螺栓，所述下表面同所述蹄片导轨的连接板邻接。
20.如权利要求15所述的线性运动制动器，其中所述第一和第二突出部每一个为轭状物形状，所述凸轮随动件包括可滚动安装在所述轭状物的辊子，所述蹄片制动每个包括与所述轨道结合的一界面表面和在所述蹄片方向与所述界面表面相对的所述凸轮表面以同所述辊子结合。
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