CN102454729A - 断电刹车装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种断电刹车装置，其包含弹性爪元件、心轴及驱动装置，弹性爪元件具有一管状主体，管状主体沿着其轴心具有相对且相互连通的一第一端及一第二端，在管状主体第一端设有多个弹性爪，心轴由一轴体及一锥形头部构成，轴体轴设于管状主体内，锥形头部位于环绕的多个弹性爪内，驱动装置可驱动心轴往复移动于一第一位置及一第二位置间，当心轴位于第一位置，锥形头部可释放弹性爪，使弹性爪的外侧壁与旋转工作台的凹部的内侧壁分离，当心轴位于第二位置，锥形头部可推动弹性爪，使弹性爪外侧壁与旋转工作台的凹部内侧壁相互抵靠。

Description

断电刹车装置

技术领域

本发明涉及一种断电刹车装置，尤其是涉及一种利用油压驱动弹性爪张开，以达到刹车目的的断电保护装置，其刹车力稳定确实、结构简单、制作成本低、重量轻、体积小、更换容易，尤适用于大型旋转模块，可避免大型旋转模块运作时突然的断电产生时所造成的工安危害。

背景技术

一般所称的大型旋转模块，包含工具机中含液静压轴承与伺服马达而能做大型车铣复合加工的旋转工作台，以及风力发电设备、石油钻勘设备。大型旋转模块在高速转动时，由于转动惯量极高的缘故，当断电发生时往往会产生相当程度的破坏，轻则造成模块精密传动元件的损伤或是工件的毁损，重则可能会造成人员的伤亡。因此为了避免这种状况，设计或安装断电刹车模块会是相当保险的作法。

上述断电刹车保护对于液静压轴承使用的旋转工作台尤其重要，液静压轴承有低摩擦系数，以及高刚性的特点，但是不可避免的，液静压轴承需要一组油压单元以提供作为轴承的油膜流量来源。而大型化的旋转工作台由于高旋转惯量与高速旋转的效应，往往在断电发生时油膜的供应也跟着消失，如此一来会产生相当大的破坏能量，也进而破坏昂贵的加工表面。因此需要一组安全装置使断电发生时协助将旋转中的工作台停止，以延长液静压轴承的使用寿命以及增进操作者使用上的安全性。此外，断电刹车也必须拥有方便更换的特点。由于断电刹车器并非永久不坏的模块。在灾害发生后也应相当容易的将耗损的断电刹车器更新。以永久保障旋转模块的精度可靠度与安全性。

针对现有专利而言，例如美国专利公开号US20100175505「CLAMPINGDEVICE FOR ROTARY INDEX DEVICE FOR MACHINE TOOL」，该案结构特征在于含有弹力预压的弯曲压盘及薄型刹车盘，其弯曲曲面刹车压盘经由加工至某一定的高度预压量，使其在弹力变形的状况下压住碟盘而达成刹车的目的与作用，当油压进入活塞时，则使压盘松脱对碟盘的夹持力，使工作台得以转动，该案的缺点在于，该弯曲压盘加工不易，组装间隙调整困难、更换不易，且其刹车力道不易控制，作动移位刹车定位困难，也无法应用于大型化或高转速的旋转工作台。

又例如美国专利US6457383「ROTATING OR SWIVELING DEVICE OFA MACHINE TOOL」，该案采用油压上下驱动工作台并使用斜面以增加刹车力，该案所存在的缺点在于其结构复杂，导致组装或更换不易，也无法应用于高转速旋转工作台，而由于该案刹车结构并非针对断电刹车，因此并无法于断电时刹车。

又例如美国专利US378672「CLAMP FOR ROTARY TABLES」，该案采用油压装置带动凸轮机构使夹爪撑开或夹紧，达到刹车目的，该案所存在的缺点在于，难以同步控制夹爪同时撑开，其刹车变位量大、精密定位刹车功能薄弱，且其刹车间隙难以掌握，刹车时会造成台面偏摆，无法应用于高转速旋转工作台，而由于该案刹车结构并非针对断电刹车，因此并无法于断电时刹车。

又例如中国专利CN2835553Y「在钻油或是风力发电的断电刹车装置」，该案在断电或是工作台停止时，经由一弹簧装置将相对刹车来令片夹合而使旋转中的物件停止，当再次启动时，由油压缸撑出使该来令片松脱，该案架构虽然夹持扭力高，但是刹车元件倍数大于旋转截面，安装时必须使用吊具，安装不易，而且也很难使用在一般的旋转工作台上，此外，该案结构并无法确保所有刹车来令片同时夹合，其刹车变位量大，精密定位刹车功能薄弱。

据此可知，如何能有一种刹车力稳定确实、结构简单、制作成本低、重量轻、体积小、更换容易，且适用于大型旋转模块的断电刹车装置，是相关技术领域业者急需解决的课题。

发明内容

有鉴于现有技术的缺失，本发明的目的在于提出一种断电刹车装置，利用油压驱动弹性爪张开，以达到刹车目的，其刹车力稳定确实、结构简单、制作成本低、重量轻、体积小、更换容易，尤适用于大型旋转模块，可避免大型旋转模块运作时突然的断电产生时所造成的工安危害。

为达到上述目的，本发明提出一种断电刹车装置，是提供一旋转工作台刹车作用，该断电刹车装置包含：

一弹性爪元件，其具有一管状主体，该管状主体具有一轴心，该管状主体沿着其轴心具有相对且相互连通的一第一端及一第二端，在该管状主体的第一端设有多个弹性爪，该多个弹性爪环绕该轴心设置，在该旋转工作台设有一凹部，该弹性爪元件的弹性爪位于该凹部内；

一心轴，由一轴体以及一锥形头部构成，该锥形头部具有一第一端及第二端，该锥形头部的第一端的外径大于该锥形头部的第二端的外径，该锥形头部的第二端连接于该轴体的一轴向端，该轴体轴设于该管状主体内，该锥形头部位于该环绕的多个弹性爪内；以及

一驱动装置，用以驱动该心轴平行于该轴体的轴心方向往复移动于一第一位置及一第二位置间，当该心轴位于该第一位置时，该锥形头部的第一端与该多个弹性爪脱离，且该多个弹性爪不与该旋转工作台的凹部接触，当该心轴位于该第二位置时，该锥形头部的第一端内缩于该多个弹性爪内且推动该多个弹性爪，使该多个弹性爪与该旋转工作台的凹部相互抵靠。

为使贵审查委员对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，兹配合图示详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例的组合结构外观立体图；

图2是本发明实施例的部分分解结构外观立体图；

图3是图1的A-A剖面配合旋转工作台凹部的结构示意图；

图4是本发明实施例对旋转工作台产生刹车作用时的剖面结构示意图；

图5是本发明实施例轴方向安装于液静压旋转工作台的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例径方向安装于旋转工作台的结构示意图；

图7是图6的B-B剖面结构示意图。

主要元件符号说明

100-断电刹车装置

10-弹性爪元件

11-管状主体

111-第一端

112-第二端

113-隔板

114-孔洞

12-弹性爪

121-弹性爪内侧壁

20-心轴

21-轴体

22-锥形头部

221-第一端

222-第二端

30-驱动装置

31-盘型弹簧组

311-第一弹性端

312-第二弹性端

32-活塞

321-螺栓

322-第一防漏环

323-单向油封

324-第二防漏环

40-底座

41-流道

411-入口端

412-出口端

50、50A、50B-旋转工作台

51、51A、51B-凹部

D1、D2、D3、D4-直径

G-间距

Lc-轴心

θ1-斜度

θ2-锥度

具体实施方式

以下将参照随附的附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下附图所列举的实施例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案的技术手段并不限于所列举附图。

请参阅图1至图3所示，本发明所提供的断电刹车装置100，其包含一弹性爪元件10、一心轴20以及一驱动装置30，该弹性爪元件10、心轴20及驱动装置30设置于一底座40上。

该弹性爪元件10具有一管状主体11，该管状主体11具有一轴心Lc，该管状主体11沿着其轴心Lc具有相对且相互连通的一第一端111及一第二端112，在该管状主体11的第一端111设有一隔板113，在该隔板113设有一孔洞114，再在该管状主体11的第一端111设有多个弹性爪12，该多个弹性爪12环绕该轴心Lc设置，该每一弹性爪12的内侧壁121具有一斜度θ1，该斜度θ1由该弹性爪12内侧壁121的顶缘向下且朝向该管状主体11的轴心Lc倾斜，使该多个弹性爪12内侧壁顶缘围设的圆形直径D1大于该多个弹性爪12内侧壁底缘围设的圆形直径D2(显示于图3)，在该多个弹性爪12内部围设形成一上宽下窄的圆锥形空间，在本实施例中，相邻二弹性爪12之间具有一间距G，该间距G依实际需要而设计，没有一定限制，也可使相邻二弹性爪12相互贴靠，此外，该弹性爪12的数目没有一定限制，依实际所需设计，可为图示六爪设计。

其次，该心轴20由一轴体21以及一锥形头部22构成，该锥形头部22为一圆锥形，该锥形头部22具有一第一端221及第二端222，该锥形头部22的第一端221的直径D3大于该锥形头部22的第二端222的直径D4，使该锥形头部22的周缘具有一锥度θ2，值得注意的是，该第一端221的直径D3并没有一定限制，只要大于上述该多个弹性爪12内侧壁顶缘围设的圆形直径D1即可，该锥形头部22的第二端222连接于该轴体21的一轴向端，且该第二端222的外径大于该轴体21的外径，该轴体21穿设于上述该管状主体11的该隔板113的孔洞114，且该轴体21轴设于该管状主体11内，该锥形头部22位于该环绕的该多个弹性爪12内，在本实施例中，上述该弹性爪12内侧壁121的斜度θ1与该锥形头部22的锥度θ2相同。

该驱动装置30用以驱动该心轴20可以平行于该轴体21的轴心方向往复移动，该驱动装置30包括一盘型弹簧组31以及一活塞32，该盘型弹簧组31设置于该管状主体11内，且该盘型弹簧组31套设于该轴体21外部，该盘型弹簧组31具有相对的一第一弹性端311以及一第二弹性端312，该盘型弹簧组31可在该第一弹性端311及第二弹性端312之间弹性伸缩，该第一弹性端311抵靠于该隔板113底部，该活塞32设置于该管状主体11内，且该活塞32设置于该轴体21不具有该锥形头部22的一端(亦即图示该轴体21底端)，且该活塞32的一侧抵靠于该盘型弹簧组31的第二弹性端312，通过一螺栓321由该活塞32螺入该活塞32及该轴体21，可将该活塞32与该轴体21相互螺合。

上述该弹性爪元件10、心轴20及驱动装置30的组合件设置于该底座40，在该底座40设有流道41，该流道41具有两入口端411以及一出口端412，该出口端412连通该管状主体11的第二端112，该入口端411连接于油压装置，该入口端411可提供油压进入该流道41并由该出口端412流入该管状主体11的第二端112，此外，为了避免油压泄漏，在该螺栓321外套设有一第一防漏环322，且该第一防漏环322设置于该轴体21与该活塞32的接触面之间，再在该活塞32外套设有一单向油封323，该单向油封323设置于该活塞32与该管状主体11之间，再在该该管状主体11外套设有多个第二防漏环324，且该第二防漏环324设置于该管状主体11与该底座40之间。

将该弹性爪元件10、心轴20、驱动装置30与该底座40组合完成后，即可形成图1及图3所示模块化结构，该模块化结构有利于拆装于旋转工作台，但是该底座40的形式、尺寸并没有一定限制，依实际所需而设计，也可与旋转工作台结合为一体，如图3所示，在一旋转工作台50设有一凹部51，该旋转工作台50为一大型旋转模块，包含工具机中含液静压轴承与伺服马达而能做大型车铣复合加工的旋转工作台，以及风力发电设备、石油钻勘设备，本发明该弹性爪元件的弹性爪12伸入该凹部51，该底座40可定位于任意固定位置，该固定位置可为旋转工作台50的基座或固定机架上，再由一油压装置将油压由该底座40的入口端411输入该流道41，油压由该出口端412流出后，可进入该管状主体11的第二端112，由于活塞32与该轴体21螺合，因此油压可以同时推动该活塞32与该心轴20平行于该轴体21的轴心方向移动，由于轴体21外套设有盘型弹簧组31，因此该盘型弹簧组31可同时受到压缩，此时，该活塞32位于一压缩位置，而该心轴20位于一第一位置，位于该第一位置的心轴20的锥形头部22凸伸于该多个弹性爪12外，该锥形头部22的第一端221与该多个弹性爪12脱离，因此，该多个弹性爪12呈现未受力状态，且该多个弹性爪12的外侧壁不与该旋转工作台50的凹部51的内侧壁接触，此时，该旋转工作台50可以正常旋转工作。

必须说明的是，输入该流道41的油压可共用该旋转工作台50的油压装置，也可采用独立的油压装置，但是无论如何，提供该流道41的油压装置与该旋转工作台50的电力控制系统电连接，亦即，当旋转工作台50断电时，该流道41所使用的油压装置也会立即切断油压供应，请参阅图4所示，当该旋转工作台50突然断电时，供应该流道41所使用的油压装置也立即切断油压供应，该活塞32与该心轴20由于失去油压作用，因此会平行于该轴体21的轴心方向落下，该盘型弹簧组31可同时得到释放，此时，该活塞32位于一释放位置，而该心轴20位于一第二位置，位于该第二位置的心轴20的锥形头部22的第一端221内缩于该多个弹性爪12之间，该第一端221抵靠于该多个弹性爪12的内侧壁，由于该第一端221的直径D3大于该多个弹性爪12内侧壁顶缘围设的圆形直径D1(显示于图2)，因此该第一端221可以推动该多个弹性爪12，使该多个弹性爪12以该管状主体11的轴心Lc为中心径向背离该轴心Lc移动，由于该多个弹性爪12可以同时被外撑，使该多个弹性爪12的外侧壁与该旋转工作台50的凹部51内侧壁相互抵靠，通过弹性爪12与凹部51间的摩擦力，可使该旋转工作台50停止旋转，当旋转工作台50电力再度接通时，油压可再度被打入该流道41内，使弹性爪12与凹部51分离，如图3所示状态，旋转工作台50即可恢复旋转工作。

另必须说明的是，请参阅图3，若是该弹性爪12内侧壁121的斜度θ1为0度，亦即该多个弹性爪12内侧壁平行于该管状主体11的轴心Lc，该多个弹性爪12内侧壁顶缘围设的圆形直径D1等于该多个弹性爪12内侧壁底缘围设的圆形直径D2，或是该弹性爪12内侧壁121的斜度θ1与该锥形头部22的锥度θ2不相同时，仍然可以通过该锥形头部22的锥度推动该弹性爪12，但是斜度θ1与锥度θ2相同时，可降低弹性爪12与锥形头部22之间的摩擦力，可使锥形头部22推动弹性爪12之更为顺畅，再者，若是该多个弹性爪12所围设形成的空间并非圆锥形，或是该锥形头部22并非圆锥形时，例如该多个弹性爪12所围设形成的空间为多边锥形，或是该锥形头部22为多边锥形时，或该多个弹性爪12所围设形成的空间与该锥形头部22形状不同时，仍然可以通过该锥形头部22的锥度推动该弹性爪12，如前所述，本发明的设计重点在于该第一端221的直径D3大于该多个弹性爪12内侧壁顶缘围设的圆形直径D1(显示于图2)即可。

对比图3及图4可知，在该锥形头部22的第一端221被油压往复上推或落下时，该多个弹性爪12可以径向朝向或背离该轴心Lc往复移动，该多个弹性爪12对于旋转工作台50所产生的刹车作用立即而确实，据实作样品验证本发明该断电刹车装置100的功效，若该盘型弹簧组31的拉力为500kg，该弹性爪12内侧壁121的斜度θ1与该锥形头部22的锥度θ2为1/12，该弹性爪12与凹部51间的摩擦系数为0.15，可计算刹车力及刹车扭力如下：

刹车力F＝500kg×sin(1/12)×0.15＝900kg

刹车扭力T＝900×9.8×0.5＝4410Nm

若是设置多组该断电刹车装置100，则刹车力与刹车扭力也倍数提高，例如，若是设置四组，则刹车扭力为4*4410Nm＝17610Nm，据此可知，本发明确实能发挥实际的刹车作用，尤其作为大型旋转模块的断电保护装置，可避免大型旋转模块运作时突然的断电产生时所造成的工安危害，此外，可将该弹性爪12以圆形车刀处理以避免塑性变形产生，该弹性爪12内侧壁121的斜度θ1以精车方式加工，该心轴20可使用渗碳研磨方式增加硬度并减少摩擦阻力。

请参阅图5及图6所示，说明本发明具有不同的设置方式，如图5所示平行于一旋转工作台50A的轴心方向的两侧对称设置二凹部51A，在该凹部51A分别设有一断电刹车装置100，此外，也可如图6所示，在一圆形旋转工作台50B边缘径向等距安装四组断电刹车装置100，在该旋转工作台50B的边缘径向设有凹部51B，该断电刹车装置100伸入该凹部51B内。

综上所述，本发明提供的断电刹车装置，利用油压控制锥形头部撑开弹性爪，可在旋转工作台断电时，立即产生刹车作用，可避免大型旋转工作台在运作时突然的断电产生时所造成的工安危害，且由于本发明提供的断电刹车装置具有模块化的特性，其结构简单、制作成本低、重量轻、体积小，利于更换及拆装。

以上所述的仅为本发明的实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。

Claims (11)

1.一种断电刹车装置，提供一旋转工作台刹车作用，该断电刹车装置包含：

弹性爪元件，其具有管状主体，该管状主体具有轴心，该管状主体沿着其轴心具有相对且相互连通的第一端及第二端，在该管状主体的第一端设有多个弹性爪，该多个弹性爪环绕该轴心设置，在该旋转工作台设有一凹部，该弹性爪元件的弹性爪位于该凹部内；

心轴，由轴体以及锥形头部构成，该锥形头部具有第一端及第二端，该锥形头部的第一端的外径大于该锥形头部的第二端的外径，该锥形头部的第二端连接于该轴体的一轴向端，该轴体轴设于该管状主体内，该锥形头部位于该环绕的多个弹性爪内；以及

驱动装置，用以驱动该心轴平行于该轴体的轴心方向往复移动于一第一位置及一第二位置间，当该心轴位于该第一位置时，该锥形头部的第一端与该多个弹性爪脱离，且该多个弹性爪不与该旋转工作台的凹部接触，当该心轴位于该第二位置时，该锥形头部的第一端推动该多个弹性爪，使该多个弹性爪与该旋转工作台的凹部相互抵靠。

2.如权利要求1所述的断电刹车装置，其中该心轴位于该第一位置时，该锥形头部的第一端凸伸于该多个弹性爪外，当该心轴位于该第二位置时，该锥形头部的第一端位于该多个弹性爪内且抵靠于该多个弹性爪的内侧壁，且该锥形头部的第一端推动该多个弹性爪以该管状主体的轴心为中心径向背离该轴心移动。

3.如权利要求1所述的断电刹车装置，其中该每一弹性爪的内侧壁具有一斜度，该斜度由该弹性爪内侧壁的顶缘向下且朝向该管状主体的轴心倾斜。

4.如权利要求3所述的断电刹车装置，其中该多个弹性爪内侧壁的斜度与该锥形头部的锥度相配合，当该心轴位于该第一位置时，该弹性爪的内侧壁可贴靠于该锥形头部。

5.如权利要求1所述的断电刹车装置，其中该弹性爪元件具有隔板，该隔板设置于该管状主体的第一端，在该隔板上设有一孔洞，该心轴的轴体穿设于该隔板的孔洞，该锥形头部位于该环绕的多个弹性爪内。

6.如权利要求5所述的断电刹车装置，其中该锥形头部的第二端的外径大于该轴体的外径。

7.如权利要求5所述的断电刹车装置，其中该驱动装置包括：

弹簧组，其设置于该管状主体内，且该弹簧组套设于该轴体外部，该弹簧组具有相对的第一弹性端以及第二弹性端，该弹簧组可在该第一弹性端及第二弹性端之间弹性伸缩，该第一弹性端抵靠于该隔板；

活塞，设置于该管状主体内，且该活塞设置于该轴体不具有该锥形头部的一端，且该活塞的一侧抵靠于该弹簧组的该第二弹性端；

油压装置，用以驱动该活塞平行于该轴体的轴心方向往复移动于释放位置及压缩位置间，且该活塞可推动该心轴往复移动于该第一位置及该第二位置间，当该活塞位于该释放位置时，该心轴位于该第一位置，以及当该活塞位于该压缩位置时，该心轴位于该第二位置。

8.如权利要求7所述的断电刹车装置，其中该驱动装置还包括：

至少一螺栓，用以将该活塞与该轴体相互螺合；

第一防漏环，套设于该螺栓外，且该第一防漏环设置于该轴体与该活塞之间；以及

单向油封，套设于该活塞外与该管状主体之间。

9.如权利要求1所述的断电刹车装置，其还包括底座，该弹性爪元件的管状主体设置于该底座上。

10.如权利要求9所述的断电刹车装置，其还包括至少一第二防漏环，该第二防漏环套设于该管状主体外部与该底座之间。

11.如权利要求9所述的断电刹车装置，其中该底座具有流道，该流道具有至少一入口端以及一出口端，该出口端连通该管状主体的第二端，该入口端连接于油压装置，该入口端可提供油压进入该流道并由该出口端流入该管状主体的第二端。

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