CN103615482A - 一种微小型机械式离心摩擦限速器 - Google Patents

Abstract

一种微小型机械式离心摩擦限速器，它包括限速器本体和工装支撑两部分，限速器本体通过螺钉螺母垫圈固定在工装支撑上；本发明使用时，驱动力矩作用在中轴上，转子低速旋转时，限速器不起限速作用，随着转速的增加，当转子超过一定转速时，限速器离心部分产生的离心力抵消弹簧拉力，限速器进入工作状态，此时，摩擦片与制动鼓内壁稳定贴合，通过两者之间的摩擦产生与转子旋转方向相反的摩擦阻力矩，当摩擦阻力矩与驱动力矩平衡时，限速器转子角速度趋于稳定，可实现机械系统限速的目的。本发明结构简单、紧凑、相同工况下输出转速稳定，并且采用了新技术使其质量大大减小，可以使用在强磁场环境中，适合在更多领域进行推广。

Description

一种微小型机械式离心摩擦限速器

技术领域

本发明涉及一种微小型机械式离心摩擦限速器，它是一种利用机械摩擦限制机构转速过快的新型装置。该装置外形小巧、结构紧凑，可应用伸杆机构或展开机构等机械系统的稳速和制动，属于机械工程制动设备技术领域。

背景技术

限速器是一种在机械系统中提供运动阻力，限制转动速度过快的重要部件。根据其工作形式，可以分为机械式和电气式。机械式限速器通常采用机械摩擦式结构，通过限速器中的摩擦副的摩擦，消耗机械运动过程中的动能，来达到限制转速的目的。通常，机械式限速器常用于高楼安全逃生、高山矿车或电梯轿厢下落的转速限制以及高层建筑施工中工作人员的垂直运输任务等场合以及伸杆机构、展开机构等机械系统中。机械式限速器与电气式限速器相比，优点在于制造成本较低；最主要的缺点是它无法根据驱动力矩精确控制被限速机构的转速。

传统的机械式限速器体积较大，并且无法准确根据不同的工况控制限速器的输出转速。所以如果能根据驱动力矩大小准确控制限速器的输出转速，并且通过合理的设计使装置结构紧凑、重量轻，则可以将机械式限速器推广到更多的应用场合。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于提供一种微小型机械式离心摩擦限速器，这是一种外形尺寸小，整体重量轻，内部结构紧凑，且能在驱动力矩作用下提供稳定的输出转速的机械式离心摩擦限速器，它能满足机械系统不断小型化的需要，并且能在强磁场的环境中正常使用。

2、技术方案：本发明通过以下技术方案实现。

本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器，它包括限速器本体和工装支撑两部分。两者之间的关系是：限速器本体通过螺钉螺母垫圈固定在工装支撑上。

所述的限速器本体采用旋转摩擦式的机构，包括转子和制动鼓。制动鼓将转子包容其内。该转子是限速器本体重要的子装配体，由制动蹄、中轴、拉伸弹簧等部分组成，制动蹄和拉伸弹簧安装在中轴上；完成整体装配后转子能灵活、无干涉地在制动鼓中转动。该制动蹄是由制动蹄支架、摩擦片、摩擦片基体、配重块等组成的组件，摩擦片、摩擦片基体、配重块都安装在制动蹄支架上；转子中有三个制动蹄，每隔120°均匀分布在转子上。制动蹄通过销轴、轴承、铜套等零件构成的轴系结构与中轴连接，制动蹄可以绕销轴轴线相对中轴做摆动运动。同时，拉伸弹簧的一端安装在中轴上的弹簧安装孔内，另一端安装在制动蹄支架上。当转子不转动或低速转动时，弹簧的拉力作用使制动蹄与中轴紧贴，与制动鼓内壁分离，可有效防止出现制动蹄上的摩擦片与制动鼓之间由于静摩擦过大出现卡死的状况；该销轴是多台阶轴，用来定位制动蹄和中轴轴系结构的轴承；该制动蹄支架是双圆弧薄壁状结构件，其上设置有安装销轴的孔以及弹簧的安装孔；该轴承是按需选购的标准件；该摩擦片是根据需要定制的零件；该摩擦片基体是截面为梯形的结构件，上有螺纹通孔；该配重块是圆弧实心结构件，用来提供足够的离心力；该中轴是“人”字形结构件，上有轴承安装孔和弹簧安装孔，用来传递扭矩。

所述工装支撑是由横竖板垂直相连的T型结构支架，上有轴承安装孔，此外，其竖板设置的四个孔用于固定限速器本体，另外四个孔用于固定内端盖，其横板设置的四个孔用于固定整个限速器。

限速器工作时，驱动力矩作用在转子的中轴上，当转子低速旋转时，限速器不起限速作用，当转子超过一定转速时，离心力抵消弹簧拉力，限速器进入工作状态，此时，制动蹄上的摩擦片与制动鼓内壁稳定贴合，通过两者构成的摩擦副的摩擦产生与转子旋转方向相反的摩擦阻力矩，限速器转子角速度趋于稳定，达到限速的目的。

3、优点及功效：通过采用以上的技术方案可以实现以下的效果：

本发明的优点在于：

1、本发明通过合理的机械设计，充分利用了空间，限速器本体的外形尺寸为53mm×53mm×35mm，质量为203g，符合现在对机械构件轻量化、微小化的要求。

2、本发明的零件均采用无磁材料制成，可以使用在强磁场环境中，解决了以往存在于机械式和电气式限速器的共同问题。

3、本发明中离心部分（制动蹄）采用制动蹄支架和重块分体式的结构设计，由于限速器转子的离心力与制动蹄质量成正比，所以，通过改变重块的质量调整制动蹄的总质量，可以微调限速器的限速性能。

4、本发明中创造性地将微弧氧化表面处理技术处理后的铝合金材质的制动鼓作为摩擦块的对偶材料，经过微弧氧化处理后的铝合金表面硬度增加，并具有很好的物理性能，能够改变原来对偶材料钢或铸铁导磁率高且密度大的缺点。

5、本发明中中轴与制动蹄之间采用销轴联接，构成摆动式离心结构。由于离心力力臂比摩擦片正压力力臂大，这种类似杠杆的形式，在同样的离心力情况下可以产生更大的正压力，从而产生更大的摩擦阻力，有利于减轻限速器的重量。

6、本发明可以在不同驱动力矩下使用，均能达到稳定转速的效果，同时，转子的稳定转速变化相对较小，可以部分替代电气式限速器达到同样的稳速效果，节省成本。

7、本发明的摩擦片使用环保的纸基摩擦材料，同时摩擦副对偶材料采用环保的微弧氧化技术，无污染，适于推广到军用、民用的领域使用。

附图说明

图1是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器的整体外形示意图。

图2是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器本体的整体装配示意图。

图3是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器中的转子装配示意图。

图4是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器中的中轴示意图。

图5是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器中拉伸弹簧的安装示意图。

图6(a)是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器中的制动蹄装配立体轴测图。

图6(b)是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器中的制动蹄装配立体俯视图。

图7是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器的制动蹄与中轴传动的轴系结构二维示意图。

图8是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器的转子与制动鼓和工装支撑的轴系结构二维示意图。

图9(a)是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器的领蹄工作示意图。

图9(b)是本发明一种微小型机械式离心摩擦限速器的从蹄工作示意图。

其中，各附图标记含义如下：

1.限速器本体	105(a).深沟球轴承	306(b).深沟球轴承
			2.工装支撑	105(b).深沟球轴承	307.轴承安装孔
3.转子	301.拉伸弹簧	401.制动蹄支架
			4.制动蹄	302.中轴	402.配重块
101.制动鼓	303.中轴弹簧安装孔	403.摩擦片
			102.内端盖	304.销轴	404.摩擦片基体

103(a).紧密锁紧螺母	305(a).铜套	405.制动蹄支架的弹簧安装孔
			103(b).紧密锁紧螺母	305(b).铜套
104.内挡盖	306(a).深沟球轴承

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种微小机械式离心摩擦限速器。如图1所示，该装置由限速器本体1和工装支撑2组成，两者通过圆柱头内六角螺钉、弹簧垫圈和螺母连接。工装支撑2采用45钢制成，表面做发黑处理，能防锈防腐蚀，底面有四个地脚螺钉孔，可用来安装在工作平台上。

限速器本体1是本发明的主要组件，既可以在工装支撑2上使用，如图1所示，也可以将限速器本体1直接安装在其他机械系统中使用。如图2所示，限速器本体1由转子3和制动鼓101组成。制动鼓101是转子3的支撑，同时它的内壁也与摩擦片403共同组成摩擦副。摩擦副是机械式摩擦限速器中起重要作用的一对对偶零件，传统机械式摩擦限速器摩擦副对偶材料常选用钢或铸铁，而在本发明中，制动鼓101（摩擦副对偶）的材料选择铝合金2A12。由于摩擦对偶材料需要一定的表面硬度，所以需要对制动鼓101进行表面氧化处理。本发明中采用一种新型的有色金属表面改性技术——微弧氧化技术。微弧氧化技术（MAO）是近年发展起来的有色金属表面改性技术，能在有色金属表面原位生长陶瓷层，显微硬度可达3000HV。由微弧氧化生成的陶瓷层的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击等性能均优于其他表面处理的氧化膜，而且膜层柔韧性较好，与基体的结合力更强，与其他表面改性和涂覆技术相比有着更多优越性，适用于航空、航天、机械、电子等领域。实际操作时，制动鼓101表面通过微弧氧化技术形成30μm氧化膜。摩擦对偶材料的这种处理方法，可以大幅度减少装置的总重量，并且可以使限速器在强磁场环境中使用。

限速器转子3是限速器本体1中的运动部件。如图3所示，转子3由3个拉伸弹簧301、3个制动蹄4、1个中轴302组成。如图4所示，中轴302是其中传递力矩和运动的零件，3个轴承安装孔307和3个中轴弹簧安装孔303均匀分布在中轴302上，中轴302上的每个中轴弹簧安装孔303与逆时针方向相邻的轴承安装孔307夹角为60°。如图5所示，每个弹簧一端安装在对应的中轴弹簧安装孔303，另外一端穿过制动蹄支架的弹簧安装孔405挂在制动蹄4的弧形边缘。

外部的驱动力矩作用于中轴302上，转子3通过旋转运动产生离心力。由于拉伸弹簧301的拉力作用，当转子3低速旋转时，离心力不能抵消弹簧弹力，此时摩擦片403未与制动鼓101内壁有稳定的接触。当转子3旋转速度超过一定值时，离心力能抵消弹簧拉力，摩擦片403与制动鼓101内壁稳定接触，产生摩擦阻力矩。

如图5、图6(a)、（b）所示，本发明中，3个制动蹄4每隔120°通过轴承安装孔307安装在中轴302上。制动蹄4由制动蹄支架401、配重块402、摩擦片403和摩擦片基体404等零件组成。其中，制动蹄支架401是双圆弧薄壁状结构件，它是制动蹄4的支撑件，为了减少重量，它的材料采用铝合金2A12，并进行阳极氧化处理。配重块402是圆弧实心结构件，它的作用是增加制动蹄质量，以便产生足够大的离心力，它的材料采用密度较大的铜合金H96。两者之间用铜质的内六角圆柱头螺钉和铜质六角薄螺母连接。

如图6（a）、（b）所示，摩擦片403高温粘接在截面为梯形的结构件摩擦片基体404上制成摩擦材料，摩擦片基体404上有两个螺纹通孔，装配时使用十字槽沉头螺钉将摩擦材料与制动蹄支架401连接。本发明中的摩擦片403采用纸基摩擦材料，此种材料采用绿色制备工艺、无毒无害、性能优异。摩擦片403与微弧氧化处理的制动鼓101的内壁组成的摩擦副的摩擦系数，经过实验测得确定为0.4。此种摩擦副摩擦系数稳定、磨损量小、物理性能好、热衰退小，符合本发明的性能要求。限速器使用前，需要使用电机用联轴器连接转子3，磨合两分钟，可以最大限度增大摩擦片403与制动鼓101内壁的接触面积，从而使摩擦副达到较好的摩擦性能。

本发明中，制动蹄4与中轴302之间做相对的摆动运动，它们之间传动的轴系结构二维示意图如图7所示，包括销轴304，两个带凸缘外圈的深沟球轴承306（a）和306（b），铜套305（a）和305（b），以及两个六角薄螺母组成。轴承内圈通过铜套305（a）、305（b）和销轴304的台阶定位，外圈通过中轴302上的轴承孔定位。为了防止松动，销轴304与制动蹄支架401之间选择双螺母固定的放松方法。

转子3在制动鼓101中做旋转运动，它们之间的轴系结构二维示意图如图8所示，设计时采用一支点双向固定，另一端支点在制动鼓101的轴承孔中游动的轴承配置结构。图8中右侧的深沟球轴承105（a）的外圈由工装支撑2台阶和内端盖102定位，内圈由中轴302的台阶和紧密锁紧螺母103（a）定位。另一侧的深沟球轴承105（b）可以在制动鼓101轴承孔中游动，它的内圈由中轴302的台阶和紧密锁紧螺母103（b）定位。另外，内挡盖104和内端盖102可以起到动密封的作用，防止磨屑进入轴承阻碍转动，它们分别用圆柱头螺钉固定在制动鼓101和工装支撑2上。

限速器使用时，制动鼓101固定不动，根据转子3的旋转方向，确定领蹄和从蹄两种限速器的工作方式，参照图9（a）和9（b）所示。转子3的转动方向如图9（a）时，在转动方向上，制动蹄4位于销轴304的前面，限速器工作在领蹄方式，而当转子3的转动方向如图9（b）时，限速器工作在从蹄方式，在转动方向上，制动蹄4位于销轴304的后面，跟随销轴304转动。领蹄方式使制动蹄4以类似于楔入的方式与制动鼓101接触，各设计参数相同时，领蹄的工作方式能使限速器产生更大的阻力矩，如果需要使调速过程平稳，则选用从蹄的工作方式。

Claims (1)

1.一种微小型机械式离心摩擦限速器，其特征在于：它包括限速器本体和工装支撑两部分，限速器本体通过螺钉螺母垫圈固定在工装支撑上；

所述的限速器本体采用旋转摩擦式的机构，包括转子和制动鼓，制动鼓将转子包容其内；该转子是限速器本体由制动蹄、中轴、拉伸弹簧部分组成，制动蹄和拉伸弹簧安装在中轴上；完成整体装配后转子能灵活、无干涉地在制动鼓中转动；该制动蹄是由制动蹄支架、摩擦片、摩擦片基体、配重块组成，摩擦片、摩擦片基体、配重块都安装在制动蹄支架上；转子中有三个制动蹄，每隔120°均匀分布在转子上；制动蹄通过销轴、轴承、铜套零件构成的轴系结构与中轴连接，制动蹄绕销轴轴线相对中轴做摆动运动，同时，拉伸弹簧的一端安装在中轴上的弹簧安装孔内，另一端安装在制动蹄支架上，当转子不转动或低速转动时，弹簧的拉力作用使制动蹄与中轴紧贴，与制动鼓内壁分离，有效防止出现制动蹄上的摩擦片与制动鼓之间由于静摩擦过大出现卡死的状况；该销轴是多台阶轴，用来定位制动蹄和中轴轴系结构的轴承；该制动蹄支架是双圆弧薄壁状结构件，其上设置有安装销轴的孔以及弹簧的安装孔；该摩擦片基体是截面为梯形的结构件，上有螺纹通孔；该配重块是圆弧实心结构件，用来提供足够的离心力；该中轴是“人”字形结构件，上有轴承安装孔和弹簧安装孔，用来传递扭矩；

所述工装支撑是由横竖板垂直相连的T型结构支架，上有轴承安装孔，此外，其竖板设置的四个孔用于固定限速器本体，另外四个孔用于固定内端盖，其横板设置的四个孔用于固定整个限速器；

限速器工作时，驱动力矩作用在转子的中轴上，当转子低速旋转时，限速器不起限速作用，当转子超过一定转速时，离心力抵消弹簧拉力，限速器进入工作状态，此时，制动蹄上的摩擦片与制动鼓内壁稳定贴合，通过两者构成的摩擦副的摩擦产生与转子旋转方向相反的摩擦阻力矩，限速器转子角速度趋于稳定，达到限速的目的。

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