CN103883647A - 直驱转台薄壁制动套及制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直驱转台薄壁制动套及制动方法，直驱转台薄壁制动套主体为环形筒，所述环形筒的横截面为椭圆形环，沿环形筒的高度方向，椭圆形环外缘与壳体内壁间均设置外间隙d，椭圆形环内缘与电机转子外壁间均设置内间隙c；外间隙d大于内间隙c，且外间隙d为液压油充满空间；当外间隙d内充满液压油产生径向液压力时，沿椭圆形环周向方向，环形筒的内壁面上至少一个作用点在液压力作用下与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。在保证薄壁制动套强度和耐磨性的前提下，使薄壁制动套更容易产生弹性变形，从而使直驱转台的制动更加容易、安全可靠，避免漏油。

Description

直驱转台薄壁制动套及制动方法

技术领域

本发明涉及直驱转台技术领域，具体涉及一种直驱转台专用的薄壁制动套及制动方法。

背景技术

直驱转台主要应用于数控机床的旋转坐标，也广泛应用于雷达、炮塔、陀螺仪等的转角自动控制。直驱转台以其零传动、无传动误差、无传动件的磨损、精度高等显著特点近年来得到相关行业的高度重视，连续被列为国家重大专项。

直驱转台相关技术中，重要的的一项技术即为转台的制动技术，目前主要的制动方式有采用蝶形弹簧或液压动力的端面制动和采用液压为动力的环抱式制动两类，前者在制动力较大时，会引起转台台面的变形，影响转台的精度，因而环抱式制动技术成为主流的制动技术。

常用的薄壁制动套结构见图1（图1为外转子结构，内转子结构与图1同理），箭头所示为液压力F的方向。环抱式制动技术的主要工作原理是：圆环形截面的薄壁制动套1紧贴转子组件的外圆柱面；圆环形截面的薄壁制动套1和壳体之间形成封闭的油腔结构，当在油腔间通以压力油时，使薄壁制动套1产生弹性变形，紧紧贴在转子组件的的外圆柱面上，以两者之间的摩擦力作为制动力。

然而，该薄壁制动套1在实际制动过程中存在着一个非常严重的问题，即：液压力F作用在薄壁制动套1的外圆筒面上，在圆环形截面下，欲使薄壁制动套1产生径向的变形是很困难的，其原因在于：薄壁制动套1的外圆筒面受力F均匀，同时，构成薄壁制动套1的材料各分子之间的相互牵引，使得薄壁制动套1无法产生足够径向的变形，从而无法在转子组件的的外圆柱面上产生足够摩擦力作为制动力。

国内外对薄壁制动套的材料基本都选用铍青铜，薄壁套和转子组件之间的摩擦力主要靠液压系统的压力来保证。关键是现有的薄壁制动套截面形状均为圆形，在液压力的作用下，欲使一个圆形的截面在径向产生弹性变形，是一件很困难的事。在工程实际中，大多采用提高液压系统压力和减小薄壁套的厚度来解决是薄壁套产生弹性变形的问题，前者不但浪费能源，而且带来了漏油等问题，后者会造成薄壁套很快就因磨损而使制动失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种直驱转台薄壁制动套及制动方法，在保证薄壁制动套强度和耐磨性的前提下，使薄壁制动套更容易产生弹性变形，从而使直驱转台的制动更加容易、安全可靠，避免漏油。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案如下：

一种直驱转台薄壁制动套，设置在直驱转台的电机转子和壳体之间；其特征在于：直驱转台薄壁制动套主体为环形筒，环形筒的上端面和下端面均对向伸出形成与壳体台肩配合的外伸缘，上端面和下端面处的外伸缘均固定在壳体上；所述环形筒的横截面为椭圆形环，沿环形筒的高度方向，椭圆形环外缘与壳体内壁间均设置外间隙d，椭圆形环内缘与电机转子外壁间均设置内间隙c；外间隙d大于内间隙c，且外间隙d为液压油充满空间；当外间隙d内充满液压油产生径向液压力时，沿椭圆形环周向方向，环形筒的内壁面上至少一个作用点在液压力作用下与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。

上述技术方案中，沿椭圆形环周向方向，位于椭圆形环长轴a所对应的环形筒弧面的内壁面上至少在短轴方向一个作用点与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。

上述技术方案中，沿椭圆形环周向方向，位于椭圆形环长轴a所对应的环形筒弧面的内壁面上至少在短轴方向两个作用点与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。

上述技术方案中，椭圆形环长轴a与短轴b的长度比为1-1.015之间。

上述技术方案中，椭圆形环上沿径向设置蛇形弯曲段或波浪弯曲段。

上述技术方案中，直驱转台薄壁制动套由弹性模量和泊松比更适于变形的耐磨材料制成。上述技术方案中，所述直驱转台薄壁制动套一体成型。

一种采用上述直驱转台薄壁制动套的制动方法，其特征在于包括如下步骤：

1）、待直驱转台制动指令发出后，往直驱转台薄壁制动套的椭圆形环外缘与壳体内壁的外间隙d内充满液压油；

2）液压油在外间隙d内随着容积增大而对直驱转台薄壁制动套的环形筒外壁产生逐步增大的径向液压力F；随着径向液压力F不断增大，沿椭圆形环周向方向，直驱转台薄壁制动套内壁面上至少一个作用点在液压力作用下与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力；

3）当摩擦力使得直驱转台薄壁制动套内壁面紧贴电机转子外壁，从而阻止电机转子继续转动时，制动完成，收回液压油。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明是在大量工程实践的基础上，改变薄壁制动套的截面形状，将圆形截面改为适度的椭圆形截面，截面形状由圆形改为长短州比为适当数值的椭圆形状，彻底改变了截面的受力性质，在液压力的作用下，椭圆形截面在短轴方向很容易变形，从而在直驱转台的制动时，只关注制动力就足够了，再也不用为制动套的变形难问题而头疼。

1）通过实验分析得到制动效果不好的原因在于无法产生弹性变形，同时克服传统改进技术的一味“做薄”思路，突破传统，不做薄壁厚，而是改变薄壁制动套的截面形状，使薄壁制动套更容易产生弹性变形，很好的解决了圆形薄壁套变形困难的问题，显著提高了直驱转台制动的可靠性；同时避免了圆形薄壁套的强度损失和耐磨性差的问题。

2）在创造性动机的驱使下，发明人通过多次实验得到了合适的椭圆环截面的长短轴之比，使得由此形成的本发明的技术方案比现有技术中通用的圆形截面的变形量增大了百分之50-70%；由于形状改变，真正达到了一两拨千斤的作用，使得薄壁套和转子组件间有足够大的摩擦力，从而保证了转台的制动更加可靠。

3）在椭圆形的基础上，可以增加径向蛇形弯曲段或者波浪弯曲段，从而进一步增加变形效果。

4）选用弹性模量和泊松比更适于变形的耐磨材料作为薄壁制动套的材料；进一步保证变形效果。

 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

图1所示为现有技术中的薄壁制动套工作原理图。

图2为根据本发明的实施例的薄壁制动套的安装结构示意图。

图3为图2的薄壁制动套安装状态的局部放大示意图。

图4为根据本发明的实施例的薄壁制动套的结构示意图。

图2-4中各附图标记如下：2、薄壁制动套；3、伺服电机转子组件；4、伺服电机定子组件；5、工作台；6、转台轴承； 7、壳体；8、油孔。

 

具体实施方式

如图2-4所示，根据本发明实施的直驱转台薄壁制动套2，设置在直驱转台的电机转子和壳7体之间；直驱转台的工作台5通过转台轴承6由电机驱动； 电机转子为伺服电机转子组件3，转子内部为伺服电机定子组件4；薄壁制动套2主体为环形筒，环形筒的上端面和下端面均对向伸出形成与壳体7台肩配合的外伸缘，上端面和下端面处的外伸缘均固定在壳体7上；所述环形筒的横截面为椭圆形环，沿环形筒的高度方向，椭圆形环外缘与壳体内壁间均设置外间隙d，椭圆形环内缘与电机转子外壁间均设置内间隙c；外间隙d大于内间隙c，且外间隙d为液压油充满空间；当外间隙d内充满液压油产生径向液压力时，沿椭圆形环周向方向，环形筒的内壁面上至少一个作用点在液压力作用下与伺服电机转子组件3外壁紧贴而产生摩擦力。在优选的实施例中，内间隙c为0.1mm，外间隙d为10mm。

上述技术方案中，沿椭圆形环周向方向，位于椭圆形环长轴a所对应的环形筒弧面的内壁面上至少一个作用点与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。

上述技术方案中，椭圆形环长轴a与短轴b的长度比为1-1.018之间。在最优的实施例中，椭圆形环长轴a与短轴b的长度比为1.015。

上述技术方案中，椭圆形环上沿径向设置蛇形弯曲段或波浪弯曲段（是否可以增加变形效果，您自己考虑）。

上述技术方案中，直驱转台薄壁制动套由弹性模量和泊松比更适于变形的耐磨材料制成。

经大量的试验，最终选用的薄壁制动套的材料如下：

材料	密度(g/cm3)	弹性模量GPa	剪切模量GPa	泊松比v	热膨胀系数/℃	屈服强度MPa
							锡青铜QSn4-3	8.8	93.2	39.2	0.3	18	420

上述技术方案中，所述直驱转台薄壁制动套一体成型。

采用上述直驱转台薄壁制动套的制动方法，其特征在于包括如下步骤：

1）、待直驱转台制动指令发出后，由油孔8往直驱转台薄壁制动套2的椭圆形环外缘与壳体7内壁间的外间隙d内充满液压油；

2）液压油在外间隙d内随着容积增大而对直驱转台薄壁制动套2的环形筒外壁产生逐步增大的径向液压力F；随着径向液压力F不断增大，沿椭圆形环周向方向，直驱转台薄壁制动套内壁面上至少一个作用点在液压力作用下与伺服电机转子组件3外壁紧贴而产生摩擦力；

3）当摩擦力使得直驱转台薄壁制动套内壁面紧贴电机转子外壁，从而阻止电机转子继续转动时，制动完成，收回液压油。

本发明的有益效果分析如下：

1）通过实验分析得到制动效果不好的原因在于无法产生弹性变形，同时克服传统改进技术的一味“做薄”思路，突破传统，不做薄壁厚，而是改变薄壁制动套的截面形状，使薄壁制动套更容易产生弹性变形，很好的解决了圆形薄壁套变形困难的问题，显著提高了直驱转台制动的可靠性；同时避免了圆形薄壁套的强度损失和耐磨性差的问题。

2）在创造性动机的驱使下，发明人通过多次实验得到了合适的椭圆环截面的长短轴之比，使得由此形成的本发明的技术方案比现有技术中通用的圆形截面的变形量增大了百分之50-70%；由于形状改变，真正达到了一两拨千斤的作用，使得薄壁套和转子组件间有足够大的摩擦力，从而保证了转台的制动更加可靠。

3）在椭圆形的基础上，可以增加径向蛇形弯曲段或者波浪弯曲段，从而进一步增加变形效果。

4）选用弹性模量和泊松比更适于变形的耐磨材料作为薄壁制动套的材料；进一步保证变形效果。

Claims (8)

1.一种直驱转台薄壁制动套，设置在直驱转台的电机转子和壳体之间；其特征在于：直驱转台薄壁制动套主体为环形筒，环形筒的上端面和下端面均对向伸出形成与壳体台肩配合的外伸缘，上端面和下端面处的外伸缘均固定在壳体上；所述环形筒的横截面为椭圆形环，沿环形筒的高度方向，椭圆形环外缘与壳体内壁间均设置外间隙d，椭圆形环内缘与电机转子外壁间均设置内间隙c；外间隙d大于内间隙c，且外间隙d为液压油充满空间；当外间隙d内充满液压油产生径向液压力时，沿椭圆形环周向方向，环形筒的内壁面上至少一个作用点在液压力作用下与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。

2.根据权利要求1所述的直驱转台薄壁制动套，其特征在于：沿椭圆形环周向方向，位于椭圆形环长轴a所对应的环形筒弧面的内壁面上至少在短轴方向一个作用点与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。

3.根据权利要求1或2所述的直驱转台薄壁制动套，其特征在于：沿椭圆形环周向方向，位于椭圆形环长轴a所对应的环形筒弧面的内壁面上至少在短轴方向两个作用点与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力。

4.根据权利要求1或2所述的直驱转台薄壁制动套，其特征在于：椭圆形环长轴a与短轴b的长度比为1-1.015之间。

5.根据权利要求3所述的直驱转台薄壁制动套，其特征在于：椭圆形环上沿径向设置蛇形弯曲段或波浪弯曲段。

6.根据权利要求1或2或5所述的直驱转台薄壁制动套，其特征在于：直驱转台薄壁制动套由弹性模量和泊松比更适于变形的耐磨材料制成。

7.根据权利要求1或2或5所述的直驱转台薄壁制动套，其特征在于：所述直驱转台薄壁制动套一体成型。

8.一种采用上权利要求1-7任一项所述直驱转台薄壁制动套的制动方法，其特征在于包括如下步骤：

1）、待直驱转台制动指令发出后，往直驱转台薄壁制动套的椭圆形环外缘与壳体内壁的外间隙d内充满液压油；

2）液压油在外间隙d内随着容积增大而对直驱转台薄壁制动套的环形筒外壁产生逐步增大的径向液压力F；随着径向液压力F不断增大，沿椭圆形环周向方向，直驱转台薄壁制动套内壁面上至少一个作用点在液压力作用下与电机转子外壁紧贴而产生摩擦力；

3）当摩擦力使得直驱转台薄壁制动套内壁面紧贴电机转子外壁，从而阻止电机转子继续转动时，制动完成，收回液压油。

Images