CN1018945B - 以惯性力转换为制动力的制动装置 - Google Patents

Abstract

一种以惯性力转换为制动力的制动装置，是通过设在转动构件上的随动机构，以及同时起惯性力转换作用的制动装置，将运动物件所具有的惯性力转换为制动外力，经增力机构增力作为制动该运动物体的制动外力，不需设置提供制动外力的专门装置，可节约能源；发明装置至少设有一级增力机构和二级制动机构，最后一级制动机构不起惯性力转换作用。后一级制动机构可获得数十倍于前一级制动机构的制动外力，可提高制动效果，缩短制动时间。

Description

本发明涉及一种运动物体的制动装置。

已有的制动装置，按制动力源分：可分为动力式制动（汽制动，液制动，真空制动）;电磁式制动;人力式制动。动力式制动，用动力源带动气泵、油泵、真空泵等，以一定的压力气体、液体和真空（大气压）驱动气缸、油缸、真空缸等提供外力，使制动器与运动物体（传动机构）之间产生阻碍运动的摩擦力，将运动物体制动。电磁式制动由电力源提供外力;人力式制动，由人体提供外力。上述制动方法和装置一个共同的特点是：为达到制动目的，需要一套专门提供外力的装置，如气泵、油泵、真空泵;气缸、油缸、真空缸等装置。电磁式制动和人力式制动在使用上受到一定的限制，使用已有的动力式制动装置，在物体运动时，为保证制动装置随时处于工作准备状态，需要消耗能源，如采用气制动的汽车，为保证行驶安全，在下坡时仍然要开启发动机，驱动气泵，贮备足够的压力气体，以随时驱动气缸作制动之用，这时发动机所消耗的燃油，其主要目的不是牵引汽车，而是为了随时制动汽车。近来虽有贮能制动器新技术，将被制动物体的惯性能量贮存起来，作再生牵引之用，但仍靠其它力源提供外力方能制动。以及电机车上的电力再生制动，电阻制动，它们都将电机车上的电动机改为发电机，将运动机车制动（减速），该种方法，虽然高速时制动效果好，但低速效果差，故必须与另一套动力制动装置配套使用，才能在规定的制动距离内达到制动目的。总的来说，现有的制动技术，都需要外力源提供制动外力，才能达到制动目的。

本发明的目的是提供一种将运动物体本身的惯性力转换为制动该物体的外力的制动装置。

附图说明：

图1为本发明的原理图;

图2为本发明装置实施例1的结构示意图，并指定为说明书摘要附图;

图3为图2中件45的结构放大图;

图4为图3的A-A视图;

图5为图2的I部放大图;

图6为实施例2的结构图;

图7为图6的B-B视图;

图8为实施例3的结构示意图;

图9为图8的C-C剖面图。

本发明是（参见图1）在运动物体的转动构件（1）上设与其能同时转动的随动机构（2），在随动机构（2）中设刹车盘（3）。制动时，在操作力如电磁铁（4）的力作用下，一级制动机构（5）中的制动盘（6）以一定力（电磁力）压紧刹车盘（3），通过随动机构（2）对转动构件（1）产生相 应的阻转摩擦力矩。在本发明中。一级制动机构（5）依靠电磁等力所产生的阻转摩擦力矩，其主要目的不是为了实现制动，而是为了当制动盘（6）压紧刹车盘（3）后，在运动物体未被制动的情况下，借助摩擦力作用，制动盘随随动机构产生一定的转动，从而通过一级制动机构（5）中的传动轮（7）驱动一级增力机构（8），以至将转动构件（1）的转动惯性力转换为二级制动机构（9）的制动外力。由于本发明的增力机构具有力的增大作用，由惯性力转换而来的制动力经一级增力机构（8）增大，则二级制动机构（9）以数倍于一级制动机构的制动外力，通过与其相应的随动机构对转动构件（1）产生一定的阻转摩擦力矩。二级制动机构（9）除起制动作用外另一个主要目的是将未被克服的惯性力转换为下一级制动机构的制动外力，通过其传动轮（13）驱动二级增力机构（11），二级增力机构又带动三级制动机构（12），使得三级制动机构又以数倍于二级制动机构的制动外力，通过随动机构对转动构件（1）产生相应大的阻转摩擦力矩，达到将运动物体制动的目的。如果经过三级制动，仍未实现制动，还可增设增力和制动机构，在各级制动机构中起主要制动作用是最后一级，且最后一级制动机构，不再起转换作用。当该发明用于汽车或拖拉机制动时，随动机构可装在轮轴上，则通过制动轮轴，将轮轴转动惯性力转换为制动外力，传给制动装置（器）。以达到制止车体运动。当用于飞轮制动时，随动机构可装在飞轮上，则直接制动飞轮。

本发明装置包括随动机构，制动机构，增力机构，为实现物体往返运动时的制动，在制动机构中设单向顶（拉）力装置。

在本发明中，至少要设有一级增力机构和两级制动机构，其中包括一级主要起转换作用的制动机构。

本发明装置至少设两级制动机构和一级增力机构，第一级制动机构除产生较小的制动力外，其主要作用是使物体惯性力能实现转换。第二级或第二级以后的制动机构在实现其制动的目的时，另一个主要目的是将未被克服的惯性力转换为下级制动外力，并经增力机构增力，在整个制动过程中起主要制动作用的是最后一级制动器（机构）。

下面结合实施例方案，对本发明进行详细说明。

实施例1，是通过制动轮轴达到制动运动物体的方案，见图2，本实施例装置设两组随动机构和一刹车轮（59），三级制动机构，两级齿轮式增力机构，并设有齿套式单向顶力装置（31）和齿轮式单向顶力装置（45）。

进一步说明是：锥齿轮（14）固定在轮轴（15）上，并与锥齿轮（16）啮合，直径比为2∶1，锥齿（16）同轴固定刹车盘（17）直径比为1∶2，构成一组随动机构，在轮轴（15）转动时，锥齿轮（14）、（16）和刹车盘（17）各自沿本身的轴线转动，即产生随动。上述随动机构，锥齿轮（14）、（16），也可用其它齿轮取代，以一定的结构形式组成其它形式的随动机构。与刹车盘（17）相应的制动盘（18）上设有电磁铁（19），齿轮（20）与制动盘（18）同轴固定，其齿轮直径与制动盘上摩擦带的中心节圆直径比为1∶2，齿轮（20）一端面设空腔，通过压盖（21）与拉杆（22）连接，并使齿轮（20）对拉杆可产生相对转动，即齿轮（20）和制动盘（18）转动时，拉杆（22）不转动。拉杆上设复位弹簧（23）。制动时，接通电源，电磁铁（19）使制动盘（18）压紧刹车盘（17）。由于转动惯性力作用，使得制动盘（18）和齿轮（20）转动，从而驱动一级增力机构。齿轮（20）和齿轮（24）啮合，锥齿轮（25）与齿轮（24）同轴固定，其直径比为2∶9，锥齿轮（25）与锥齿轮（26）啮合，齿轮（27）与锥齿轮（26）同轴固定，其直径比为3∶8;齿轮（27）与齿轮（28）啮合，齿轮（28）与齿条（29）啮合，齿条一端设拉、压弹簧（30），另一端接齿套式单向顶力装置（31），齿套式单向顶力装置与二极制动机构中齿轮（32）的连接，同一级制动机构中的齿轮（20）与拉杆（22）的连接，即齿轮（32）和二级制动盘（33）转动时，单向顶力装置和齿条不转动。齿套式单向顶力装置结构见图5，当齿轮（28）使齿条（29）左移时（图5所示方向），固定在齿条（29）一端的双面齿条（34）直接顶齿套（35），使二级制动盘（33）向左运动，压紧二组随动机构中的刹车盘（36）。当齿轮（28）使齿条（29）向右运动时，双面齿条（34）随齿条（29）向右运动，此时，小齿轮（37）逆时针转动，齿套（35）向左运 动，使二级制动盘（33）压紧刹车盘（36），以实现反向运动时的制动。小齿轮（37）的轴装于筋板（38）的槽（39）内。

二级制动机构在以数倍于一级制动机构的制动外力进行制动时，未被克服的惯性力，通过二级随动机构，使得二级制动机构的制动盘（33）和齿轮（32）转动，制动盘（33）的制动带中心节圆直径与齿轮（32）的直径比为2∶1;齿轮（32）的转动则驱动二级增力机构。齿轮（41）与锥齿轮（42）同轴固定，直径比为9∶2，锥齿轮（42）与锥齿轮（43）啮合，锥齿轮（43）与齿轮（44）同轴固定，其直径比为8∶3;齿轮（44）与齿轮式单向顶力装置（45）上的内外齿轮（46）啮合。齿轮式单向顶力装置（45）的结构见图3、图4，内外齿轮（46）和拉力齿轮（47）同轴安装直径比为2∶1，行星齿轮（48）共三个，分别与内外齿轮（46）的内齿和拉力齿轮（47）啮合，行星齿轮（48）轴一端固定在支撑板（49）上，另一端固定在悬板（50）上，悬板（50）和内外齿轮（46）的幅板（51）上均开有孔槽（52），供行星齿轮（48）的轴运动。在内外齿轮（46）的幅板（51）上设挡块（53），共三条，在未进行制动时，三条挡块分别与拉力齿轮（47）上的三条幅筋（54）接触。弹簧（55）一端固定在拉力齿轮（47）内圈，另一端固定在幅板（51）上。拉杆（56）一端装在拉力齿轮（47）的立轴（57）上，另一端连钳式制动器（58），其钳柄与钳臂的长度比为3∶2。单向顶力的过程为，当齿轮（44）使内外齿轮（46）逆时针转动时，行星齿轮（48）不转动，幅板（51）上的挡块（53）带动拉力齿轮（47）逆时针转动，则拉杆（56）向左拉，钳式制动器工作，以数倍于二级制动机构的制动外力压紧刹车轮（59），以实现制动。当齿轮（44）使内外齿轮（46）顺时针转动时，挡板（53）与拉力齿轮（47）的幅筋（54）脱开，行星齿轮（48）在随内外齿轮（46）顺时针转动时，使得拉力齿轮（47）仍旧逆时针转动，使拉杆（56）向左拉，以实现物体反方向运动时的制动。解除制动时，所有复位弹簧作用，使制动装置复位。

为加快整个制动装置的运转，本实施例在二级制动机构的制动盘上设有电磁铁，制动时，与电磁铁（19）同时接通电源。

当实施例1中的各级制动带之间的摩擦系数取0.5，齿轮传动系数取0.85，弹簧（23）拉力取1公斤，弹簧（30）的拉、压力均取2公斤，其余弹簧拉力均取0.5至3公斤，电磁铁（19）的电磁吸力取4公斤时，经一级增力机构增力，二级制动机构可产生35公斤左右的制动外力;经二级增力机构增力，钳式制动器的单钳上可获得1040公斤左右的制动外力。

实施例2，见图6、图7，该实施例是通过制动运动物体的传动机构，以实现制动该运动物体。方案是：在传动机构（61）的三根传动轴上分别设置刹车盘（62）、（63）、（64），在发明构思中该刹车盘称为随动机构，在物体运动时，刹车盘随传动轴转动，即随动。设三级制动机构，其中一、二级制动机构除产生一定的制动作用外，其主要是起惯性力转换作用。设链轮式单向拉力装置（69），设两级杠杆式增力机构以及操作杆（65）。

本实施例的进一步说明为，操作杆（65）与固定在轴（66）一端的转轮（67）接触，轴（66）上设法兰盘（68），法兰盘上设复位弹簧，同时还设有链轮式单向拉力装置（69）和制动盘（70），链轮（71）和制动盘（70）上制动带中心节圆的直径比为1∶2，链条（72）两端都固定于杆（73）的钩（74）上，所述为一级制动机构。链轮式单向拉力装置（69）的作用是，当轴（66）正反转动时，都能使杆（73）的一端被拉起，使各组杠杆工作，杆（73）和杆（75）组成一组杠杆，其力臂与阻力臂之比为3∶1，杆（76）和杆（77）组成一组杠杆，其力臂与阻力臂之比为3∶1，杆（78）为“L”形，其力臂与阻力臂之比为3∶1，所述为一级杠杆式增力机构。杆（78）一端与二级制动机构中的法兰盘（79）接触，二级制动机构的设置同一级制动机构，二级杠杆式增力机构的结构和杆系参数同一级杠杆式增力机构。三级制动机构为：轴（80）上设法兰盘（81），法兰盘上设复位弹簧，轴上设缸口（82），与限转块（83）配合，其作用是在进行制动时，使轴（80）不转动，本发明称为轮盘式制动器。该实施例的工作过程为，轴（66）在操作力的作用下，克服弹簧力，使制动盘（70）以一定的压力压紧刹车盘（62），由于转动惯性力的作用，使制动盘（70）和链轮（71）产生转动，链条 （72）拉动杆（73）的一端，使一级增力机构中的各组杠杆工作。在杆（78）一端的顶力作用下，二级制动机构中的制动盘（84）以数倍于一级制动机构的制动外力压紧刹车盘（63），对传动机构的传动轴产生相应的阻转力矩。同时，未被克服的转动惯性力使制动盘（84）和同轴固定的链轮产生转动，则使二级增力机构的各组杠杆工作，使得三级制动机构又以数倍于二级制动机构的制动外力，通过制动盘（85）压紧刹车盘（64），对传动机构的传动轴产生相应大的阻转力矩，以将其制动。

当该实施例中各级制动盘和刹车盘的摩擦带摩擦系数取0.5，每级杠杆效率系数取0.8，一级制动机构中的每根弹簧力为0.5公斤，其余每根取1.5公斤力，在轴（66）受5公斤的推力时，据计算，经增力机构增力，二级制动机构可产生80公斤左右的制动外力，三级制动机构可产生1700公斤左右的制动外力。

实施例3：

见图8、图9，本实施例方案是通过制动轮轴，以实现制动运动物体。方案是：在轴（86）上设三个刹车轮（87）、（88）、（89）;设三级制动机构，前两级制动机构除起一定的制动作用外，其主要目的是起惯性力的转换作用;第三级制动器为钳式，起主要制动作用;两级增力机构为齿轮式，并设齿轮式单向顶力装置;随动机构分为刹车轮和半随动机构两部分，半随动机构在物体运动时不产生运动，只有在制动过程中，并同刹车轮产生运动，起随动作用。方案中的齿轮式单向顶力装置的结构、参数及其动作过程同实施例1中的齿轮式单向顶力装置，其结构见图3、图4。

本实施例的进一步说明，和摩擦轮（90）同轴固定的斜齿轮（91）固定在支架（92）的支腿上，其直径比为2∶3，支架（92）的一支腿为铰接，并设复位弹簧;支架上部分叉，两上端与轴（93）连接，并能绕该轴线转动。斜齿轮（91）与齿轮（94）的圆周斜齿啮合，齿轮（94）一端面的锥齿与锥齿轮（95）啮合，齿轮（94）上圆周斜齿和端面锥齿的节圆直径比为3∶2，，锥齿轮（95）的轴（96）一端置于转套（97）内，转套（97）套在轴（93）上，并能绕该轴线产生转动，轴（96）另一端穿过刹车盘（98）并与之固定，再与制动盘（99）连接，刹车盘（98）和制动盘（99）的接触面，有一定的预装配力，刹车盘（98）上摩擦带中心节圆直径与锥齿轮（95）的节圆直径比为5∶2。上述除制动盘（99）外则称为半随动机构，在不需制动时，该机构不产生转动，则不耗费轴（86）的转动能量。盖（100）固定在轴（101）一端，并与制动盘（99）固定，轴（101）穿过垫板（103）、压杆（102），另一头为滑键轴，与键套（104）配合，并能产生滑动。压杆（102）一端为铰接，另一端穿过导向板（105），设电磁铁（113），为一杠杆结构，阻力点是轴（101）的轴线，其力臂与阻力臂之比为3∶1。压杆上设复位弹簧;所述除键套（104）外称一级制动机构。键套（104）与锥齿轮（106）一端面固定，制动盘（99）上的摩擦带中心节圆直径与锥齿轮（106）的直径比为7∶2，轴（107）一端与锥齿轮（106）固定，另一端置于转套（108）内，转套（108）套于轴（109）上，并能产生相对转动。锥齿轮（106）与锥齿轮（110）啮合，锥齿轮（110）与齿轮（111）同轴固定，直径比为8∶3。齿轮（111）与齿轮式单向顶力装置的内外齿轮啮合，拉力杆连于二级制动机构中的压杆（112），所述除压杆（112）外为一级增力机构。拉力杆与压杆（112）的连接点为压杆（112）的第二力点，其力臂与阻力臂之比为5∶2。二级半随动机构的结构、参数同上面所述的一级半随动机构;二级制动机构制动机构的结构、参数同上面所述的一级制动机构;二级增力机构的结构、参数同一级增力机构。三级制动器为钳式，一钳柄与二级增力机构中齿轮式单向顶力装置上的拉杆连接钳柄与钳臂的长度比为3∶2。

本实施例的制动过程为，为加快制动，两级制动机构中的电磁铁同时接通电源，压杆（102）克服弹簧力，通过垫板（103）、推力轴承、制动盘（99）等，使半随动机构以支架（92）上一支腿的铰接点为圆心产生运动，其结果是使摩擦轮（90）以一定的压力压紧刹车轮（87），借助其压紧后所产生的摩擦力，摩擦轮（90）转动、斜齿轮（91）带动齿轮（94），锥齿轮（95）和轴（96）、刹车盘（98）随之转动，则半随动机构并同刹轮（87）产生随动。由于制动盘（99）与刹车盘（98）之间有预装配力，则也随之转动，轴 （101）也产生转动，通过键套（104）驱动一级增力机构，此外要说明的是：在制动时由刹车轮（87）与摩擦轮（90）所产生的摩擦力，通过半随动部分传动到刹车盘（98）上的传动力，必须大于刹车盘（98）与制动盘（99）之间的摩擦力，否则，摩擦轮（90）不产生转动，半随动机构不起作用。一级增力机构的工作结果是拉杆拉动压杆（112），使压杆（112）以数倍于压杆（102）的推力推动二级半随动机构，则二级半随动机构中的摩擦轮以数倍于摩擦轮（90）的压力压紧刹车轮（88），对轴（86）产生相应的阻转力矩。但未被克服的转动惯性力仍将使其摩擦轮转动，并同其半随动部分产生随动，则二级制动机构中的制动盘也随即转动，以驱动二级增力机构。二级增力机构中的拉杆拉动钳式制动器中的钳柄，使钳式制动机构工作，以实现制动。制动解除后，各构件上所设弹簧使制动装置复位。

在本实施例中，当各级摩擦轮与刹车轮的摩擦系数取0.5，制动盘与刹车盘的摩擦系数取0.4，各级齿轮传动系数取0.90，每根弹簧力取1.5公斤，在电磁铁的电磁力为4公斤作用时，经计算，压杆（102）以9公斤力推半随动机构，一级半随动机构中的摩擦轮以22.5公斤压紧刹车盘（87），产生摩擦力11.25公斤力，该摩擦力传动到刹车盘（98）上的力4.05公斤，大于制动盘（99）和刹车盘（98）之间的摩擦力为3.6公斤，经一级增力机构增力压杆（112）以147公斤力推动二级半随动机构，经二级增力机构增力，钳式制动器上可获得1400公斤力压紧刹车轮（89）。

本发明利用物体在运动过程中所具有的惯性力，通过随动机构和同时起转换作用的制动机构，转换为制动该物体的制动外力，与已有技术比，省去了专门提供制动外力的装置，可节约能源。本发明的增力机构可将由转换而得的制动外力进行增大，使后一级制动机构可产生数十倍前一级制动机构的制动外力，当经过两级增力时，第三级制动机构可产生数百倍于初级电磁铁或手动操作等所提供的外力，大大提高制动效果。在本发明装置进行制动的过程中，前级制动盘在以一定压力接触刹车盘后，转动一定角度则后一级制动盘即刻就可实行制动，且制动外力可数十倍地增加，可缩短制动时间。

Claims (9)

1、一种以惯性力转换为制动力的制动装置，包括操作力源装置和制动器，其特征是制动器由随动机构、制动机构和增力机构构成，所述的：

(1)随动机构上有刹车部件，

(2)制动机构至少有两级，其中有主要起转换作用的制动机构和起制动作用的终级制动机构，每级制动机构中有制动盘或制动件，该制动盘或制动件与随动机构上的刹车部件离、合，

(3)增力机构至少有一级，设在相邻的两级制动机构之间，其输入端接前级制动机构输出端，其输出端接后级制动机构的输入端，

(4)操作力源装置安装在制动机构上。

2、按照权利要求1所述的制动装置，其特征是所述刹车部件为刹车盘。

3、按照权利要求1所述的制动装置，其特征是操作力源装置安装在首级制动机构上。

4、按照权利要求1所述的制动装置，其特征是当用于物体正、反运动制动时，至少有一级制动机构中设有单向顶力或单向拉力装置，该装置为该制动机构的输出端或输入端。

5、按照权利要求1所述的制动装置，其特征是随动机构由刹车轮和半随动机构构成。

6、按照权利要求1所述的制动装置，其特征是每级制动机构中设有操作力源装置。

7、按照权利要求4所述的制动装置，其特征是单向顶力装置为齿套式单向顶力装置（31），或齿轮式单向顶力装置（45），单向拉力装置为链轮式单向拉力装置（69）。

8、按照权利要求1、或4、或6所述的制动装置，其特征是制动机构中设有复位弹簧。

9、按照权利要求4、或7所述的制动装置，其特征是单向顶力或单向拉力装置中设有复位弹簧。

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