CN101842276B - 流体静力制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制动系统(1)。该系统包括：环形齿圈(3)，该环形齿圈(3)有包含于其中的流体；以及至少一个行星齿轮(4)，该行星齿轮布置在环形齿圈内，并与该环形齿圈可旋转地啮合。该系统还包括用于控制流体在系统内流动的装置(10)，以便控制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

Description

流体静力制动系统

技术领域

本发明涉及制动系统，特别是涉及液体阻力制动系统。

背景技术

制动系统用于很多技术领域，包括机动车辆和各种类型机器。摩擦制动器例如鼓式制动器或盘式制动器通常用于减慢和停止车辆和机器中的旋转轴。不过，摩擦制动有多个缺点。特别的缺点是制动垫或制动块和盘的磨损，该制动垫或制动块和盘进行接触，以便通过摩擦来减慢轴的旋转运动。还一缺点是由摩擦产生热量，并需要除去该热量以避免变形。

还已知多种其它类型的制动系统。并不依赖于摩擦的一种制动系统是液体阻力制动器。这种制动器可以基于一个或多个齿轮泵。附图1表示了一种简单的齿轮泵100。齿轮泵包括布置在壳体101中的驱动器齿轮102和惰齿轮104。通过轴103使驱动器齿轮102旋转将使得齿轮104旋转。当齿轮102、104旋转时，它们在泵100的进口侧105分离。这在进口侧105产生低压区域，从而将流体吸入泵中。流体由齿轮102、104(在较小容积107中)送向出口侧106，在该出口侧，齿轮的啮合使得流体排出。通常，在齿轮泵中的机械间隙很小，以防止流体往回泄露。

液体阻力制动器利用齿轮泵的基本原理，但是进口和出口通过阀而连接在一起。当阀保持打开时，轴可以自由旋转，从而泵送流体环绕系统。一旦阀关闭，流体压力增加，并限制齿轮的旋转，因此限制轴的旋转。

由于它们的无摩擦操作，液体阻力制动器特别适合这样的用途，其中，更换磨损的制动垫的维护成本很高，或者较重和恒定的磨损使得制动垫的花费很高，以至于不能工作(例如在大型车辆中，例如矿业卡车)。无摩擦操作也用于这样的用途，其中，热量产生或材料变形成为问题(例如在微型制动用途或爆炸性环境中)。液体阻力制动器还适用于再生性制动用途，其中，在制动过程中产生的剩余能量可以捕获和重新用于可选任务(例如用于轻轨系统和下一代一级方程式赛车中的再生性制动系统)。

这种制动器的实例在美国专利No.5558187中介绍。装置包括液体密封壳体，轴旋转啮合齿轮布置在该壳体内，该轴旋转啮合齿轮具有可与轴旋转啮合的可外部接近部分。多个隔腔由壳体形成，且隔腔通过可打开和可关闭的阀而相互流体连通。壳体基本充满流体，该流体可以与阀的打开直接相关地流过该阀。装置还包括多个隔腔分隔器齿轮，这些隔腔分隔器齿轮与轴旋转齿轮可旋转地啮合，并布置成与隔腔壁配合，以便在隔腔之间产生限制密封。当阀关闭时，在隔腔之间的流体流动延迟，且流体压力增加。增加的流体压力减慢了齿轮，这又使得与旋转啮合齿轮啮合的旋转轴减慢，同时降低流体压力。

这种系统的缺点是制动器总是比轴的直径大得多，从而导致附加空间需求和附加部件成本。

希望提供一种液体阻力制动系统，它提供了优于这种已知制动器的性能。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种制动系统，包括：

环形齿圈，该环形齿圈有容纳于其中的流体；

至少一个行星齿轮，该行星齿轮布置在环形齿圈内，并与该环形齿圈可旋转地啮合；

其特征在于它还包括：

分隔器，该分隔器布置在环形齿圈内，以便产生至少一个内部隔腔，其中，行星齿轮布置在该隔腔内；

至少一个槽道，该槽道布置在分隔器内；以及

用于限制流体流过槽道的装置，以便控制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

在一个实施例中，该至少一个行星齿轮布置在隔腔中，以便将隔腔分成至少两个部分。槽道或各槽道可以布置在第一隔腔部分和第二隔腔部分之间，且流体可流过槽道。系统还可以包括阀，该阀布置在槽道或各槽道中，其中，阀可关闭，以便限制流体流过槽道，从而限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

根据本发明的一个方面，提供了一种制动系统，包括：

环形齿圈，该环形齿圈有容纳于其中的流体；

至少一个行星齿轮，该行星齿轮布置在环形齿圈内，并与该环形齿圈可旋转地啮合；以及

用于限制流体在系统内流动的装置，以便控制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转。

用于限制或控制流体在系统内流动的装置可以包括阀，其中，阀可关闭，以便限制流体在系统内流动，从而限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

阀可布置在行星齿轮的两侧之间，或者在一对行星齿轮之间。

该系统还包括分隔器，该分隔器布置在环形齿圈中，以便产生至少一个内部隔腔。行星齿轮或各行星齿轮可布置在隔腔内，以便将隔腔分成至少两个部分。至少一个槽道可布置在分隔器内，其中槽道或各槽道布置在第一隔腔部分和第二隔腔部分之间。流体能流过槽道。阀可布置在槽道或各槽道中，其中，阀能关闭，以便限制系统中的流体流动，从而限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

该制动系统还包括一对盖板，盖板和环形齿圈一起提供了用于制动系统的壳体。壳体优选是流体密封的。一个盖板可与环形齿圈连接，另一盖板与分隔器连接和/或与行星齿轮或各行星齿轮的中心轴连接。因此，行星齿轮或各行星齿轮的中心轴可相对于分隔器固定。或者，行星齿轮可延伸穿过其中一个板以便直接连接到制动要施加到其上的元件。盖板可相对于彼此旋转。

行星齿轮或各行星齿轮可布置在隔腔内，使得在至少一点处基本与隔腔的壁平齐，从而将隔腔分成至少两个部分。

槽道或各槽道布置在单个隔腔的两部分之间，或可布置在不同隔腔的两部分之间。

该制动系统可包括多个行星齿轮，各行星齿轮布置在相应的隔腔内，并与该环形齿圈可旋转地啮合。该系统可包括相应的多个槽道。在一个实施例中，各槽道布置在一对行星齿轮之间。槽道可被连接到一起以减少所需阀的数量。对于给定的工作参数组(力矩、尺寸、理想的齿轮比等)，行星齿轮的数量和这些齿轮的尺寸可以选择为优化制动系统的理想性能。

制动系统可以用于在安装于环形齿圈上的第一可旋转元件(例如轴、轮或传送器皮带)和安装于分隔器上的第二固定元件(例如壁、车辆底盘或其它固定物体)之间施加制动力。限制流体在系统内的流动以便限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动将使得可旋转元件制动。该结构也可以颠倒，这样，环形齿圈安装在固定元件上，分隔器与可旋转元件连接。

制动系统还可以用于在两个可旋转元件(例如两个轴)之间施加力。在这种结构中，限制流体在系统内的流动以便限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动将限制可旋转元件的彼此相对旋转，从而提供在它们之间的驱动啮合。这样，制动系统提供在两个可旋转元件之间的相对制动。例如，第一轴可以由驱动装置来可旋转地驱动，而第二轴通过本发明的制动系统而与第一轴相连。限制流体在制动系统内的流动将限制在第一和第二轴之间的相对旋转运动，从而使得第二轴旋转。

如上所述，本发明的制动系统是用于控制、阻碍或限制在两个元件之间的相对旋转运动的系统。该制动系统可以选择地描述为旋转锁定机构、旋转耦合装置或旋转阻碍装置。系统可以用于停止旋转运动(通过防止在旋转元件和固定元件之间的相对旋转运动)或引起旋转(通过防止在从动元件和可驱动元件之间的相对旋转运动)。制动系统可以包含在可旋转轴(例如驱动轴)中。

本发明的结构具有优于已知液体阻力制动系统的多个优点。对于给定尺寸的制动器，本发明将提供比在美国专利No.5558187中所述的“外部”制动系统更高的制动力矩，因此将更快速地停止。因此，本发明需要更小空间和更低成本来获得所需的力矩水平。此外，因为行星齿轮布置在环形齿圈内，因此制动系统可以布置在轴内。

而且，因为行星齿轮布置在从动环形齿圈内，因此整个系统封装在外部齿轮内。这允许在相同位置使用辅助摩擦制动系统，但是在本发明的液体阻力制动系统的外部。

在一个结构中，第一元件(例如可旋转轴、轮或传送器皮带)与环形齿圈连接。优选是，盖板安装在环形齿圈上，且第一元件安装在该盖板上。第二(固定)元件与分隔器连接。优选是，盖板安装在分隔器上，且第二元件安装在该盖板上。限制流体在系统内的流动将使得第一元件相对于第二元件制动。第一元件可以直接与环形齿圈(或盖板)连接，或者可以通过至少一个其它齿轮来连接，以便提供理想的旋转比或力矩。

例如，系统可以包括单个行星齿轮，该行星齿轮布置在单个隔腔中并在分隔器内，该分隔器将隔腔分成两个部分。在分隔器中的单个槽道连接这两个隔腔部分。后盖板可以与行星齿轮的中心轴连接，这样，行星齿轮在该轴上自由旋转。后盖板还与分隔器和静止元件(例如壁)连接。前盖板可以与环形齿圈连接，可旋转轴可以与该前盖板连接。当轴旋转时，前盖板和环形齿圈也旋转，行星齿轮再通过与环形齿圈啮合而引起旋转。当槽道中的阀关闭时，将限制流体流过槽道，从而限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对运动，从而使得轴制动。

在另一结构中，第一元件与分隔器连接，优选是通过安装在盖板上。第一元件可以直接与分隔器(或盖板)连接，或者可以通过至少一个其它齿轮来连接，以便提供理想的旋转比或力矩。

在另一结构中，第一元件与行星齿轮连接，优选是通过安装在盖板上。第一元件可以直接与行星齿轮(或盖板)连接，或者可以通过至少一个其它齿轮来连接，以便提供理想的旋转比或力矩。

制动系统还可以用于将两个轴连接在一起。第一轴与环形齿圈连接。优选是，盖板安装在环形齿圈上，第一轴安装在该盖板上。第二轴与分隔器连接。优选是，盖板安装在分隔器上，第二轴安装在该盖板上。例如通过关闭阀来限制流体在系统内的流动将使得在第一和第二轴之间驱动啮合。当流体能够在系统内自由流动时，行星齿轮能够旋转，这样，第一和第二轴可以彼此相对旋转。

根据本发明的各种实施例，固定或可旋转元件可以与行星齿轮或多个行星齿轮连接。行星齿轮可以直接与元件连接，或者它的中心轴可以安装在盖板上，该盖板再安装在元件上。分隔器和行星齿轮可以与相同元件连接。

包含在制动系统中的流体优选是基本不可压缩液压流体。流体优选是能够承受高压和高温而不会气化。流体可以是油。

制动系统还可以包括用于除去或插入流体的装置，以便控制在壳体内的流体压力或者用于再生性制动。

根据本发明的另一方面，提供了一种轴，该轴包括上述制动系统。

附图说明

图1是简单齿轮泵的正视图；

图2是本发明的制动系统实施例的正视图，具有单个行星齿轮；

图3是本发明的制动系统的第二实施例的正视图，具有两个行星齿轮；

图4是图3的实施例的透视图；

图5是本发明的制动系统的第三实施例的正视图；

图6是图5的实施例的透视图；

图7a是本发明的制动系统的、与第一轴连接的环形齿圈和前部板的透视图；

图7b是图7a的制动系统的、与第二轴连接的分隔器、行星齿轮和后部板的透视图；

图7c是图7a和7b的制动系统的剖视图；

图8a是本发明的制动系统的、与轴连接的环形齿圈和前部板的透视图；

图8b是图8a的制动系统的分隔器、行星齿轮和后部板的透视图；

图8c是图8a和8b的制动系统的剖视图；

图9a是本发明的制动系统的、与皮带连接的环形齿圈和前部板的透视图；

图9b是图9a的制动系统的分隔器、行星齿轮和后部板的透视图；和

图9c是图9a和9b的制动系统的剖视图；

具体实施方式

图2表示了本发明的制动系统1的实施例。制动系统包括与前部板(未示出)连接的环形齿圈3。系统还包括分隔器12，该分隔器12布置在环形齿圈3内，以便产生内部隔腔14。分隔器12与后部板(未示出)连接。前部板和后部板与环形齿圈一起形成用于制动系统的壳体。系统还包括行星齿轮4，该行星齿轮4通过互锁的齿6、7而与环形齿圈3可旋转地啮合，并布置在隔腔14内，以便将隔腔分成两个部分11、13。行星齿轮的中心轴也与背部板连接。

制动系统还包括形成于分隔器12中的槽道8。槽道8布置在隔腔14的两个部分11、13之间。流体布置在壳体中。流体可流过槽道8。制动系统1还包括阀10，该阀10布置在槽道8中，其中，阀10可关闭，以便限制流体流过槽道。

在阀10打开的情况下，当环形齿圈3沿顺时针方向驱动(直接驱动，或者通过与轴、滑轮、轮、皮带等连接而被驱动)时，行星齿轮2也沿顺时针方向旋转，因为行星齿轮4通过齿6、7而与环形齿圈啮合。系统有效地用作齿轮泵，这样，在行星齿轮4的一侧在隔腔14的部分11中产生高流体压力区域，且在行星齿轮4的另一侧在隔腔14的部分13中产生低流体压力区域。这样的压力差迫使流体通过槽道8从高压力区域11通向低压力区域13。因此，当环形齿圈3旋转时，流体在壳体内连续循环。

当希望停止或减慢环形齿圈(并因此停止或减慢与环形齿圈连接的轴、滑轮、轮或皮带)时，阀10关闭。根据所需的制动程度，阀可以完全或局部关闭。关闭阀将防止(或限制)流体流过槽道。因此，在区域11处的流体压力增加。这样增加压力将防止(或限制)行星齿轮4的旋转，这又防止(或限制)环形齿圈3的旋转，从而使得与该环形齿圈连接的轴或其它元件停止(或减慢)。

图3和4表示了本发明的制动系统1的第二实施例。制动系统包括环形齿圈3，该环形齿圈3形成制动系统壳体的一部分。环形齿圈与第一轴2a连接。系统还包括分隔器12，该分隔器12布置在环形齿圈3内，以便产生两个内部隔腔14a、14b。分隔器12与第二轴2b连接。系统1还包括两个行星齿轮4a、4b，各行星齿轮布置在各隔腔14a、14b内。行星齿轮4a、4b通过互锁的齿6、7而与环形齿圈可旋转地啮合。行星齿轮在它们的轴上自由旋转。分隔器和行星齿轮的中心轴连接，例如通过盖板(未示出)。

制动系统还包括形成于分隔器12内的两个槽道8a、8b。各槽道8a、8b布置在两个隔腔14a、14b之间。流体布置在壳体内。流体可流过槽道8。制动系统1还包括布置在各槽道中的阀10a、10b，其中，阀10可关闭，以便限制流体流过各槽道。

在阀10打开的情况下，当可旋转轴2a沿顺时针方向驱动时，环形齿圈也沿顺时针方向旋转。当轴2b保持固定时，行星齿轮4也在它们的轴上沿顺时针方向旋转，因为它们通过齿6、7与环形齿圈啮合。系统有效地用作一对齿轮泵，这样，在各行星齿轮4a、4b的一侧产生高流体压力区域11a、11b，从而迫使流体通过槽道8a和8b从高压力区域11a、11b通向低压力区域13a、13b。因此，当轴2a旋转时，流体在壳体内连续循环。

当希望停止或减慢轴2a时，阀10关闭。根据所需的制动程度，阀可以完全或局部关闭。关闭阀将防止(或限制)流体流过槽道。因此，在区域11a和11b处的流体压力增加。这样增加压力将防止(或限制)行星齿轮4的旋转，这又防止(或限制)环形齿圈3的旋转，从而使得安装的轴2a的旋转停止(或减慢)。

图5和6表示了制动系统1的第三实施例。制动系统包括环形齿圈3。环形齿圈形成制动系统的壳体的一部分。系统1还包括三个从动行星齿轮4a、4b、4c，它们布置在环形齿圈3内。行星齿轮4a、4b、4c通过互锁的齿6、7而与环形齿圈可旋转地啮合。系统还包括分隔器12，该分隔器12布置在环形齿圈3内，以便产生用于各行星齿轮4a、4b、4c的内部隔腔14a、14b、14c。各行星齿轮4布置在隔腔14中，以便将隔腔分成两个部分11a、b、c和13a、b、c。行星齿轮4在它们的轴上自由旋转。分隔器例如通过盖板(未示出)而与行星齿轮的中心轴连接。一个或多个元件例如可旋转轴、滑轮或皮带可以与环形齿圈、分隔器或行星齿轮连接，例如通过形成制动系统的壳体的一部分的前部和后部盖板。

制动系统还包括形成于分隔器12中的三个槽道8a、8b、8c。与图3和4中所示的实施例相同，各槽道8a、8b、8c布置在一对行星齿轮4a、4b、4c之间。流体布置在壳体内。流体可流过槽道8。制动系统1还包括布置在各槽道中的阀10a、10b、10c，其中，阀10可关闭，以便限制流体流过各槽道。

图5和6中所示的制动系统的操作基本如上面参考图2或图3和4所述，取决于旋转轴是否与环形齿圈3、分隔器12或行星齿轮4连接。

图7中表示了本发明的制动系统的另一结构，其中，制动系统用于将两个轴2a、2b连接在一起。如图7a和7b中所示，第一轴2a与制动系统的前部板15连接，因此与环形齿圈3连接。第二轴2b与后部板16连接，因此与分隔器12连接。行星齿轮4a、4b的中心轴也与后部板16连接。制动系统1的操作基本如上面参考其它附图所述。关闭阀10以便限制在行星齿轮4a、4b和环形齿圈3之间的相对旋转运动将使得第一和第二轴2a、2b之间驱动啮合。当阀10打开时，行星齿轮4可以旋转，这样，第一和第二轴2a、2b能够相对彼此旋转。这种系统可以用于使得从动轴与可驱动轴连接。例如当轴2a由驱动装置可旋转地驱动时，关闭阀10将限制在轴2a和轴2b之间的相对旋转运动，从而使得轴2b与轴2a一起旋转。这种系统还可以用作可变力矩传递系统或安全脱开系统。

另一结构如图8中所示。该结构与图7中所示类似，除了后部板16与固定物体例如壁5连接，而不是轴。在该结构中，关闭阀以便限制在行星齿轮4和环形齿圈3之间的相对旋转运动将使得轴2制动。当阀打开时，行星齿轮可以旋转，轴也自由旋转。这样的系统可以用于向轴提供可变制动。

另一结构如图9中所示。该结构与图8中所示类似，除了环形齿圈由皮带2驱动，而不是轴。系统的其它操作与上面对于图8所述相同。

本发明中使用的术语“包括”和“有”将用于说明存在所述特征、整数、步骤或部件，但是并不排斥有或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、部件或它们的组。

应当知道，为了清楚而在单独实施例中所述的本发明的某些特征也可以组合在单个实施例中。相反，为了简洁而在单个实施例中所述的本发明各种特征也可以分开提供或以任意合适子组合来提供。

Claims (14)

1.一种制动系统(1)，包括：

环形齿圈(3)，该环形齿圈(3)有包含于其中的流体；

至少一个行星齿轮(4)，该行星齿轮(4)布置在环形齿圈中，并与该环形齿圈能够旋转地啮合；

分隔器(12)，该分隔器布置在环形齿圈内，以便产生至少一个内部隔腔(14)，其中，行星齿轮布置在该隔腔内；

至少一个槽道(8)，该槽道布置在分隔器内；以及

用于限制流体流过槽道的装置(10)，以便控制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

2.根据权利要求1所述的制动系统，其中：

该至少一个行星齿轮(4)布置在隔腔中，以便将隔腔分成至少两个部分(11、13)；

槽道(8)布置在隔腔的第一部分(11)和隔腔的第二部分(13)之间；以及

流体能流过槽道(8)；

该制动系统还包括阀(10)，该阀布置在槽道中，其中，阀能关闭，以便限制流体流过槽道，从而限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

3.根据权利要求1所述的制动系统，其中：用于限制流体在制动系统内流动的装置包括阀，其中，阀能关闭，以便限制流体在制动系统内流动，从而限制在行星齿轮和环形齿圈之间的相对旋转运动。

4.根据权利要求2或3所述的制动系统，其中：阀设置在行星齿轮的两侧之间，或者设置在一对行星齿轮之间。

5.根据权利要求1或2或3所述的制动系统，还包括：一对盖板，其中，盖板和环形齿圈一起提供了用于制动系统的壳体。

6.根据权利要求5所述的制动系统，其中：一个盖板与环形齿圈连接，另一盖板与分隔器连接和/或与行星齿轮的中心轴连接。

7.根据权利要求1或2或3所述的制动系统，其中：槽道布置在单个隔腔的两部分之间。

8.根据权利要求1或2或3所述的制动系统，其中：槽道布置在第一隔腔的一部分和第二隔腔的一部分之间。

9.根据权利要求1或2或3所述的制动系统，其中：行星齿轮布置在隔腔内，使得在至少一点处基本与隔腔的壁平齐，从而将隔腔分成至少两个部分。

10.根据权利要求1或2或3所述的制动系统，还包括：多个行星齿轮，各行星齿轮布置在环形齿圈内，并与该环形齿圈能够旋转地啮合；以及相应多个槽道。

11.根据权利要求8所述的制动系统，其中：各槽道布置在一对行星齿轮之间。

12.根据权利要求1或2或3所述的制动系统，还包括：用于除去或插入流体的装置，以便控制在壳体内的流体压力或者用于再生性制动。

13.根据权利要求1或2或3所述的制动系统，还包括：辅助制动系统，用于直接向环形齿圈或向盖板中的一个施加制动力。

14.包括根据权利要求1所述的制动系统的轴。

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