CN101832349A - 一种滚柱式机械制动器 - Google Patents
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Abstract
本发明是属于机械制动器领域的一种滚柱式机械制动器，具有星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构，其特征在于；将星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构中的安装在外星轮(11)上的弹簧顶销机构去掉，用一个安装在原弹簧顶销机构位置附近的可沿外星轮(11)的径向做有约束的运动的而且可以在可操作外力的作用下将机构中的滚柱(2)顶紧在工作位置上的并可在可操作外力作用下使其与滚柱(2)脱开的圆柱形滚柱顶柱(9)替代。
Description
一、技术领域
本发明是属于机械制动器领域的一种滚柱式机械制动器。
二、背景技术
我们知道，在机械领域中，制动器是一个非常重要的机械部件，它广泛应用于各个机械行业之中。以汽车领域为例，制动器的重要性是显而易见的。
但是，我们同时也知道，目前在汽车上使用的制动器，几乎均为机械面摩擦式的，既利用旋转元件和固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。可以看出，这种制动方式的一个主要的问题是制动元件的使用寿命相对都比较短，需要频繁的更换，所以，相对而言是很不方便的。
三、发明内容
本发明的目的是提出一种改变传统的面摩擦方式，采用滚动摩擦的方式来实现制动目的的结构相对比较简单的使用寿命相对比较长的滚柱式机械制动器的原理性技术方案。
本发明是这样实现的，机构中具有星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构，其特征在于：将星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构中的安装在外星轮11上的弹簧顶销机构去掉，用一个安装在原弹簧顶销机构位置附近的可沿外星轮11的径向做有约束的运动的而且可以在可操作外力的作用下将机构中的滚柱2顶紧在工作位置上的并可在可操作外力作用下使其与滚柱2脱开的圆柱形滚柱顶柱9替代。
一种滚柱式机械制动器中的滚柱顶柱9、滚柱2及与之对应的外星轮11的工作面可制成沿滚柱顶柱9的径向中心线左右对称分布的结构。
在滚柱顶柱9沿径向的外侧，安装一个可在外力作用下间接将滚柱顶柱9顶紧在工作位置上的长度与滚柱2长度对应的矩形的垫块8。
可操作外力可以是弹性力或机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力或前述几种力组合使用。
可操作外力可以是采用机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力通过垫块8与滚柱顶柱9将滚柱2顶紧在工作位置上并在上述力撤消后通过弹性力使垫块8与滚柱顶柱9复位，也可以是采用弹性力通过垫块8与滚柱顶柱9将滚柱2顶紧在工作位置上，而使用机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力使垫块8与滚柱顶柱9复位。
外星轮11上与滚柱2及内环1对应的外星轮11工作面处的承载滚柱2的实体部分可用分体制成的可沿外星轮11径向做有约束的径向运动的阶梯矩形的滚柱垫块10替代，并在滚柱垫块10的靠近外星轮11外圆的一端与外星轮11之间，装有其工作方向是可以将滚柱垫块10顶向滚柱2方向上的主弹簧机构3。
主弹簧机构3可以是普通机械弹簧机构，也可以用可控的杠杆力或液压力或气压力或电磁力替代。
同轴固定安装在外星轮两侧的阶梯圆环形外星轮盖板12可与制动系统中的固定机架连接，而这时内环1应当与系统中的转动机构同轴连接。
当一种滚柱式机械制动器中滚柱垫块10的靠近外星轮11外圆的一端与外星轮11之间，装有其工作方向是可以将滚柱垫块10顶向滚柱2方向上的主弹簧机构3采用碟形弹簧时，安装在滚柱垫块10中部沿机构轴向对应制有的通槽中的垫块8可通过安装在滚柱垫块10与垫块8之间的作用方向平行于机构径向的压缩弹簧7间接将安装在滚柱垫块10中部沿机构轴向对应制有的通槽中的滚柱顶柱9顶紧在工作位置上，而通过由压紧螺母6固定在外星轮11与滚柱垫块10之间的作用方向沿机构径向的圆柱形电磁铁5通过电磁铁导线4通电后克服弹性力来使垫块8和滚柱顶柱9恢复到与滚柱2脱开的位置上。
具体设计时，一般情况下，可以采用使外星轮11是固定件内环1是旋转件比较好，这样可以避免由滚柱2在运动时产生的离心力的影响，虽然这个影响是很轻微的，但在有可能的情况下还是应当避免的。
对于制动力相对较小，制动时间相对较短的机械系统，可采用将外星轮11制成整体结构的形式，这种结构形式的特点是制造成本比较低结构比较简单，但由于是采用了普通滚柱式超越离合器的过载保护形式，所以制动时由于滚柱2通过内环1对外星轮11产生的正压力相对较大，所以，滚柱2虽然是滚动摩擦，且磨损的速度远小于传统的面摩擦的情况，但相对于采用带有滚柱垫块10及主弹簧机构3结构的一种滚柱式机械制动器而言，其磨损的速度还是要快一些的。
所以，对于一般情况而言，例如用于汽车方面的滚柱式机械制动器，采用带有滚柱垫块10及主弹簧机构3结构的一种滚柱式机械制动器是比较好的。
一种滚柱式机械制动器具体工作时，当一种滚柱式机械制动器不工作时，滚柱顶柱9处于复位的不工作状态，所以，根据滚柱式超越离合器的基本原理，这时滚柱2处在外星轮11与内环1之间比较宽松的位置上，因此无法带动内环1，所以内环1处于自由转动的状态，当需要制动时，滚柱顶柱9在外力的作用下将滚柱2紧顶在工作位置上，这时，一种滚柱式超越离合器机构开始工作，这时，由于外星轮11是固定的，所以，安装在外星轮11上的由主弹簧机构3压紧的滚柱垫块10通过滚柱2对内环1产生了制动力，因此起到了制动的目的，由于滚柱垫块10是分体制造的，而且在滚柱垫块10的下端装有了主弹簧机构3，所以，工作时，由负载通过内环1及滚柱2对滚柱垫块10产生的正压力与主弹簧机构3产生的弹性推力来进行平衡，当主弹簧机构3产生的弹性推力一定时，一种滚柱式机械制动器所能产生的最大制动转矩也就随之而定了，所以，这时即使是负载超载出现了滚柱式机械制动器打滑的现象，滚柱2相对于内环1及滚柱垫块10是处在一种相对合理的正压力下的相对转动状态下，这一点与普通的滚子轴承的工作原理有些相似，因此，这时滚柱2的磨损情况就会有较大的好转，即使是长时间的过载打滑，一般说滚柱2也不会有太大的磨损。而且，由于滚柱垫块10采用了弹性机构，所以可以有效的吸收由于制动所产生的扭振，这就使滚柱式机械制动器具有较好的减缓冲击和隔离扭振的功能。
由于本发明可以满足一般机械设备制动的要求，而且结构相对比较简单、使用寿命相对也比较长，具有较好的减缓冲击和隔离扭振等功能，所以，实施后预计可以收到比较积极的效果。
四、附图说明
本发明有2个附图，图1是一种滚柱式机械制动器的基本原理示意图，图2是图1的A-A剖视图，
在各图中：1、内环，2、滚柱，3、主弹簧机构，4、电磁铁导线，5、电磁铁，6、压紧螺母，7、压缩弹簧，8、垫块，9、滚柱顶柱，10、滚柱垫块，11、外星轮，12、外星轮盖板。
五、具体实施方式
下面，结合说明书附图，对本发明作进一步的具体说明。在图1、图2中可以看到，机构中具有星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构，其特征在于：将星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构中的安装在外星轮11上的弹簧顶销机构去掉，用一个安装在原弹簧顶销机构位置附近的可沿外星轮11的径向做有约束的运动的而且可以在可操作外力的作用下将机构中的滚柱2顶紧在工作位置上的并可在可操作外力作用下使其与滚柱2脱开的圆柱形滚柱顶柱9替代。
一种滚柱式机械制动器中的滚柱顶柱9、滚柱2及与之对应的外星轮11的工作面可制成沿滚柱顶柱9的径向中心线左右对称分布的结构。
具体设计时，一般情况下，可以采用使外星轮11是固定件内环1是旋转件比较好，这样可以避免由滚柱2在运动时产生的离心力的影响，虽然这个影响是很轻微的，但在有可能的情况下还是应当避免的。
对于制动力相对较小，制动时间相对较短的机械系统，可采用将外星轮11制成整体结构的形式，但由于是采用了普通滚柱式超越离合器的过载保护形式，所以制动时由于滚柱2通过内环1对外星轮11产生的正压力相对较大，所以，滚柱2虽然是滚动摩擦，且磨损的速度远小于传统的面摩擦的情况，但相对于采用带有滚柱垫块10及主弹簧机构3结构的一种滚柱式机械制动器而言，其磨损的速度还是要快一些的。
所以，对于一般情况而言，例如用于汽车方面的滚柱式机械制动器，采用带有滚柱垫块10及主弹簧机构3结构的一种滚柱式机械制动器是比较好的。
在滚柱顶柱9沿径向的外侧，安装一个可在外力作用下间接将滚柱顶柱9顶紧在工作位置上的长度与滚柱2长度对应的矩形的垫块8。
可以看出，垫块8的作用是将滚柱顶柱9顶紧在工作位置上的同时，还可以使滚柱顶柱9在机构打滑的转动过程中与垫块8保持一种线接触的状态，从而有效的减少了摩擦副间由于耗散功引起的发热量。实际上，机构中的滚柱顶紧机构的结构形状可以是多种多样的，其主要的作用是能将滚柱2顶紧在工作位置上，并能在不需要制动时恢复到初始的位置。
可操作外力可以是弹性力或机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力或前述几种力组合使用。
可操作外力可以是采用机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力通过垫块8与滚柱顶柱9将滚柱2顶紧在工作位置上并在上述力撤消后通过弹性力使垫块8与滚柱顶柱9复位，也可以是采用弹性力通过垫块8与滚柱顶柱9将滚柱2顶紧在工作位置上，而使用机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力使垫块8与滚柱顶柱9复位。
可以看出，一般情况下，采用弹性力使滚柱2顶紧而采用电磁力使滚柱2脱开的方法是比较经济的，采用这种结构的特点是结构比较简单，造价相对也比较低。总之，可操作外力的组合方式应根据实际情况灵活的进行组合设计。
外星轮11上与滚柱2及内环1对应的外星轮11工作面处的承载滚柱2的实体部分可用分体制成的可沿外星轮11径向做有约束的径向运动的阶梯矩形的滚柱垫块10替代，并在滚柱垫块10的靠近外星轮11外圆的一端与外星轮11之间，装有其工作方向是可以将滚柱垫块10顶向滚柱2方向上的主弹簧机构3。
主弹簧机构3可以是普通机械弹簧机构，也可以用可控的杠杆力或液压力或气压力或电磁力替代。
同轴固定安装在外星轮两侧的阶梯圆环形外星轮盖板12可与制动系统中的固定机架连接，而这时内环1应当与系统中的转动机构同轴连接。
当一种滚柱式机械制动器中滚柱垫块10的靠近外星轮11外圆的一端与外星轮11之间，装有其工作方向是可以将滚柱垫块10顶向滚柱2方向上的主弹簧机构3采用碟形弹簧时，安装在滚柱垫块10中部沿机构轴向对应制有的通槽中的垫块8可通过安装在滚柱垫块10与垫块8之间的作用方向平行于机构径向的压缩弹簧7间接将安装在滚柱垫块10中部沿机构轴向对应制有的通槽中的滚柱顶柱9顶紧在工作位置上，而通过由压紧螺母6固定在外星轮11与滚柱垫块10之间的作用方向沿机构径向的圆柱形电磁铁5通过电磁铁导线4通电后克服弹性力来使垫块8和滚柱顶柱9恢复到与滚柱2脱开的位置上。
从滚柱式超越离合器的基本工作原理可知，机构中的弹簧顶销机构产生的对滚柱的推力相对而言是很小的，所以，在这种情况下，采用电磁力与弹性力组合的方式是比较经济的，这时，一般是采用电磁力复位，而靠弹性力将滚柱2顶紧在工作位置上的组合方法。举例说明，例如，如果我们将一种滚柱式机械制动器机构用于汽车缓速器时，这时，一种滚柱式机械制动器的作用就是起到在必要情况下使车速减缓或制动的目的，如果这时我们采用电磁力复位，而靠弹性力将滚柱2顶紧在工作位置上的组合方法，不但可起到减缓车速或制动的目的，而且，机构还具有驻车制动器的作用。具体工作时，当汽车停车时，电磁机构如普通的电磁铁处于断电状态，所以这时机构中的弹性机构如普通的压缩弹簧通7过垫块8及滚柱顶住9开始将滚柱2顶紧在工作位置上，所以机构中的超越离合器机构处于结合状态，所以起到了驻车制动的作用，当汽车发动时，其中的发电机产生了电流，所以这时打开电磁铁的电源开关，电磁铁带电后产生了吸引力，将克服压缩弹簧7的作用力使垫块8及滚柱顶住9回到初始的复位位置上，这时一种滚柱式机械制动器脱开，汽车可以正常行驶，当遇到紧急情况时，通过制动开关切断电磁铁的电源，这时垫块8及滚柱顶住9将在压缩弹簧7的作用下将滚柱2顶紧在工作位置上，滚柱式机械制动器开始工作，由于汽车不会立即停车，所以这时滚柱2处于一个正常的载荷下的滚动打滑状态下，因此，一种滚柱式机械制动器可以在这种状态下长时间的工作，直至汽车停下来为止，可以看出，一种滚柱式机械制动器的这个功能对汽车下坡时也是很有用的，由于滚柱2可以长期打滑而不会损坏，所以，汽车下坡时，可以使一种滚柱式机械制动器处于工作状态，这样，配合汽车制动器就可以在较大程度提高行车的安全性。但是，这样做也存在一个问题，就是当汽车故障停车时，由于电磁铁断电后一种滚柱式机械制动器处于接合状态，所以很难拖动汽车，一般情况下，应当有一个备用的电源，以备故障停车时使用。
另如：当将一种滚柱式机械制动器用于汽车的主制动系统时，由于最大的制动力矩是事先设计好的，所以，汽车在制动时，一般说是不会出现抱死现象的，因此，就可以省掉汽车的防抱死机构，在一定程度上降低了汽车的制造成本。这时，一种滚柱式机械制动器的可操作外力系统一般可采用液压或气压系统将滚柱2顶紧在工作位置上，采用压缩弹簧复位的机构方式比较方便，这样设计一方面符合驾驶员传统的操作习惯，另一方面，由于制动的操作力相对而言比较小，所以可以较大程度上减轻驾驶员的劳动强度，但采用这种结构的的一个问题是将滚柱2控制在半接触或说轻微接触的状态下可能有一定的控制方面的困难。所以，在这种情况下，可以采用沿滚柱式机械制动器轴向排列多组滚柱2及装有主弹簧机构3的滚柱垫块10机构的方式，这样一来，就可以通过使各组滚柱2机构分别进入工作状态的方法，也可以说是分级制动的方法来解决这个问题。这一点实际上是很实用的，例如，当制动机构的制动力矩在0-8000N.m范围时时，可沿轴向排列两排滚柱，每排滚柱沿圆周对称的分布8组，这时，内星轮1的直径一般说不会大于300mm，而滚柱2的比压力也远小于一般滚柱式超越离合器的许用比压力，采用分级制动的级数可以达到16级，因此，这时的制动的效果可以说已经十分接近无级调整制动力矩的效果了。
一般情况下，滚柱垫块10的外形可以制成阶梯矩形的形状，也可以制成其它形状，其主要的目的是使滚柱垫块10的工作平面在约束条件下不会在主弹簧机构3的作用下超过设计高度就可以了，因此，滚柱垫块10的形状在实际设计时只要能满足使用功能就可以了。
采用本机构的一个重要特点是机构的最大制动力矩一般情况下是不随机械系统中其它因素的变化而变化的，这一点与传统的滚柱式超越离合器是有所不同的。一般情况下，具体设计时，根据不同的情况，可采用适当的增加机构工作半径的方法，来尽量的减小在制动过程中滚柱2对滚柱垫块10产生的正压力，使二者间的接触应力在可能的情况下尽量的小，这样，就可以有效的提高机滚柱式机械制动器使用寿命。
由于滚柱垫块10是分体制造的，而且在滚柱垫块10的中装有了主弹簧机构3，所以，工作时，由负载通过内环1及滚柱2对滚柱垫块10产生的正压力与主弹簧机构3产生的弹性推力来进行平衡，当主弹簧机构3产生的弹性推力一定时，滚柱式机械制动器所能产生的最大制动转矩也就随之而定了，所以，在超载时，由于滚柱2相对于内环1及滚柱垫块10是处在一种相对合理的压力下的相对转动状态下，这一点与普通的滚子轴承的工作原理有些相似，在加上滚柱2与滚柱垫块10之间的接触应力相对较小，因此，这时滚柱2的磨损情况就会有较大的好转，即使是长时间的过载打滑，一般说滚柱2也不会有太大的磨损。而且，由于滚柱垫块10采用了弹性机构，所以可以有效的吸收由于制动所产生的冲击和扭振，这就使滚柱式机械制动器具有较好的减缓冲击和隔离扭振的功能。
一般情况下，当采用机械杠杆力与弹性力组合时，一种滚柱式机械制动器可用于小型机械的制动，如自行车等，因为这种组合方式在结构上比较简单，造价也比较低。当采用电磁力与弹性力组合时，可用于一般的机械设备的制动，这种组合方式的特点是控制机构占用的空间比较小，对于大型的制动器而言，电磁铁可以直接安装在滚柱垫块10上，而且，这种组合方式的控制也比较简单。
Claims (9)
1.一种滚柱式机械制动器，具有星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构，其特征在于：将星轮为外星轮的滚柱式超越离合器机构中的安装在外星轮(11)上的弹簧顶销机构去掉，用一个安装在原弹簧顶销机构位置附近的可沿外星轮(11)的径向做有约束的运动的而且可以在可操作外力的作用下将机构中的滚柱(2)顶紧在工作位置上的并可在可操作外力作用下使其与滚柱(2)脱开的圆柱形滚柱顶柱(9)替代。
2.根据权利要求1所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：一种滚柱式机械制动器中的滚柱顶柱(9)、滚柱(2)及与之对应的外星轮(11)的工作面可制成沿滚柱顶柱(9)的径向中心线左右对称分布的结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：在滚柱顶柱(9)沿径向的外侧，安装一个可在外力作用下间接将滚柱顶柱(9)顶紧在工作位置上的长度与滚柱(2)长度对应的矩形的垫块(8)。
4.根据权利要求1或2所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：可操作外力可以是弹性力或机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力或前述几种力组合使用。
5.根据权利要求4所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：可操作外力可以是采用机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力通过垫块(8)与滚柱顶柱(9)将滚柱(2)顶紧在工作位置上并在上述力撤消后通过弹性力使垫块(8)与滚柱顶柱(9)复位，也可以是采用弹性力通过垫块(8)与滚柱顶柱(9)将滚柱(2)顶紧在工作位置上，而使用机械杠杆力或电磁力或液压力或气压力使垫块(8)与滚柱顶柱(9)复位。
6.根据权利要求1或2所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：外星轮(11)上与滚柱(2)及内环(1)对应的外星轮(11)工作面处的承载滚柱(2)的实体部分可用分体制成的可沿外星轮(11)径向做有约束的径向运动的阶梯矩形的滚柱垫块(10)替代，并在滚柱垫块(10)的靠近外星轮(11)外圆的一端与外星轮(11)之间，装有其工作方向是可以将滚柱垫块(10)顶向滚柱(2)方向上的主弹簧机构(3)。
7.根据权利要求6所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：主弹簧机构(3)可以是普通机械弹簧机构，也可以用可控的杠杆力或液压力或气压力或电磁力替代。
8.根据权利要求1或2所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：同轴固定安装在外星轮两侧的阶梯圆环形外星轮盖板(12)可与制动系统中的固定机架连接，而这时内环(1)应当与系统中的转动机构同轴连接。
9.根据权利要求1或2所述的一种滚柱式机械制动器，其特征在于：当一种滚柱式机械制动器中滚柱垫块(10)的靠近外星轮(11)外圆的一端与外星轮(11)之间，装有其工作方向是可以将滚柱垫块(10)顶向滚柱(2)方向上的主弹簧机构(3)采用碟形弹簧时，安装在滚柱垫块(10)中部沿机构轴向对应制有的通槽中的垫块(8)可通过安装在滚柱垫块(10)与垫块(8)之间的作用方向平行于机构径向的压缩弹簧(7)间接将安装在滚柱垫块(10)中部沿机构轴向对应制有的通槽中的滚柱顶柱(9)顶紧在工作位置上，而通过由压紧螺母(6)固定在外星轮(11)与滚柱垫块(10)之间的作用方向沿机构径向的圆柱形电磁铁(5)通过电磁铁导线(4)通电后克服弹性力来使垫块(8)和滚柱顶柱(9)恢复到与滚柱(2)脱开的位置上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140326 Termination date: 20200313 |