CN105109470A - 节能型车辆制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能型车辆制动装置，具特征在于：包括车半轴上的动力输入、输出部分，弹力输入、输出部分，减速器部分，扭转弹簧部分，壳体轴承和附属分，其结构设计合理，使用安全可靠，从根本上解决了现有利用摩擦原理的刹车片装置浪费能耗，存在安全隐患，易损轮胎和路面的问题，利用扭转弹簧实现制动及能耗的存储和利用。

Description

节能型车辆制动装置

技术领域：

本发明涉及交通领域的制动装置，特别是一种能够回收制动过程大部分能耗且加以利用的节能型车辆制动装置。

背景技术：

目前，车辆制动装置主要是利用摩擦原理的刹车片装置，其主要存在如下问题：1、摩擦制动过程中，车轮的动能转化为热量白白浪费。2、制动过程中与车辆前进方向的横向力易使车辆发生侧滑。3、冰雪湿滑路面制动、车辆发生滑移。4、制动伎轮胎与路面均发生损坏，缩短了轮胎与路面的使用寿命，综上，现有车辆制动装置应改进。

发明内容：

本发明的目的是提供一种设计结构合理，使用安全可靠的节能型车辆制动装置，从根本上解决现有利用摩擦原理的刹车片装置的诸多弊端。制动利用螺旋扭转弹簧实现车辆能量的存储和利用。

本发明的技术方案是：

一种节能型车辆制动装置，其特征在于：包括组装与车半轴套管上的动力输入输出部分，弹力输入、输出部分，减速器部分，扭转弹簧部分，壳体、轴承和附属部分。

所述动力输入输出部分由并列设置于车半轴套管和前盖上的起始驱动齿，太阳齿、内齿、与太阳齿、内啮合的行星齿，太阳齿内端有铜套，套在半轴套管上，太阳齿前段向内弯折做成内齿与起始驱动内齿相对应，连同啮合套的同步器组合，套装于驱动齿的内齿上，同步器的啮合套里侧设有电磁驱动的电磁线圈组合；内齿弯折后再向外弯折，前端有外齿与起始驱动齿的外齿对应，连同啮合套的同步器装在起始驱动齿的外齿上，它们的内部都有一端在前盖，一端在同步器啮合套的回位弹簧，作用在起始驱动齿内齿上的同步器电磁线圈通电，同步器连同啮合套左移连接驱动内齿与太阳齿内齿，驱动行星齿输入动力。作用在驱动齿外齿上的电磁线圈通电，同步器连同啮合套左移，联接驱动外齿与内齿，驱动齿转动带动内齿和行星齿转动并输出存储的弹性势能。

所述的减速器部分采用蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器由设于车半轴套管上的蜗轮和分别于蜗轮啮合的两个蜗杆组成，两个蜗杆上分别设有与其同轴的被动圆锥齿轮，蜗杆的轴一端伸入支撑架的轴套内，另一端，由蜗杆轴承靠螺栓与支撑架定位。

所述的扭转弹簧部分，由支撑筒和盘设于支撑筒外周面上的圆柱螺旋扭转弹簧组成，支撑筒两端分别与弹簧接手和前盖的沟槽插接，扭转弹簧一端插入前前部弹簧套筒内，另一端插入弹簧接手的沟槽中。

所述弹力输入输出部分是在蜗轮延伸套和弹簧接手之间装两排方向相反的锲块式超速离合器，蜗轮一侧镶装硬质合金套并磨削，制动输入弹力时，蜗轮带动一侧的锲块，锲块带动弹簧接手和扭转弹簧，制动结束后，输入侧的锲块处于打滑状态，由于蜗轮蜗杆反方向锁死，另一侧也处于打滑状态。释放弹簧弹力时，由于外齿同步器工作，蜗杆带动蜗轮反方向转动，这时弹力保持电磁线圈通电，衔铁被吸回，输出侧的锲块工作，弹簧的弹力被输出。

所述壳体、轴承和附属部分，壳体由前盖和后盖支撑于车半轴套管上，前轴承内外两侧均设有油封，前盖外侧设有用于连接轮胎轮毂的螺栓孔，前轴承用锁紧螺母锁紧定位，后轴承外侧设置带油封的密封盖，附属部分包括：1、驻车制动和倒车制动。2、制动强度反馈传感器。3、制动弹簧的调整。所述驻车制动为停车制动，它与倒车制动合并，后盖外侧的刹盘，用于驻车和倒车制动。所述制动强度反馈系统的传感器为机械柱塞式，插在弹力保持电磁线圈前侧，柱塞在回位弹簧作用下紧靠弹簧结手，弹簧结手对应部分有一沟槽，此沟槽显示计数的起点，一根为制动时使用读数为正，或增加，一根为负，为减少，由内齿同步器和外齿同步器电磁线圈配合供电。所述弹簧的调整，为前部弹簧套筒和调整装置上盖组成，弹簧套筒的外面有长方形键，调整装置上盖上有与之配合的键槽，上盖用螺栓与前盖连接，上盖与前盖间接合部位有三角形键槽。

上述节能型车辆制动装置，弹力输入输出部分数量为两套，分别为前进制动用弹力输入输出部分和倒车制动用弹力输入输出部分。

所述前进制动用弹力输入输出部分由设于蜗轮蜗杆和弹簧接手之间的两排方向相反的锲块组成的锲块式超速离合器和弹力保持电磁线圈组成，同上述方法一样，蜗轮侧镶装硬质合金套，并经过磨削。前进制动的一侧锲块工作，蜗轮带动锲块，锲块带动弹簧接手扭转弹簧工作，制动结束，由于蜗轮蜗杆反方向锁死，两侧的锲块都处于打滑状态。弹簧释放时，外齿同步器电磁线圈和弹力保持电磁线圈通电，衔铁被吸回，蜗杆带动蜗轮反方向转动，输出侧锲块工作，弹力被释放出来。

所述倒车制动弹力输入输出部分由蜗轮和太阳齿之间的两排方向相反的锲块式超速离合器和弹力保持电磁线圈及衔铁组成，倒车制动时外齿同步器电磁线圈通电，锲块带动太阳齿转动，太阳齿带动行星齿，行星齿带动倒车弹簧接手、倒车制动的扭转弹簧转动。制动结束后，由于蜗轮蜗杆锁死两侧的锲块都处于打滑状态，弹力释放时，内齿同步器电磁线圈和弹力保持电磁线圈都通电，衔铁被吸回，输出侧的锲块工作，弹簧的弹力在蜗轮蜗杆按倒车方向被释放出来。

上述节能型车辆制动装置，所述后盖对应弹簧接手均匀设置多个弹力保持电磁线圈及衔铁，弹簧接手侧面设有用于拨动弹力保持电磁线圈衔铁的棘齿，用于存储弹力势能以及在需要时释放。

上述节能型车辆制动装置，所述半轴外周设有半轴套管，蜗轮利用滚针轴承套在半轴套管上，支撑架与半轴套管间利用花键连接，且利用锁紧螺母锁紧，太阳齿与半轴套间设有铜套，后盖内侧与蜗轮间设有定位套。

上述的节能型制动装置，所述蜗杆一端利用轴套穿设于支撑架上并固定，另一端利用蜗杆轴承固定于支撑架上，两个蜗杆采用中心对称布置形式。

本发明的有益效应是：

1、制动时内齿同步器电磁线圈通电，啮合套利用同步器左移将前盖(车轮)与起始驱动齿与太阳齿结合成一体，同步转动，太阳齿通过行星齿、圆锥主动锥齿，从动锥齿，通过减速器的弹力输入输出部分将弹簧接手带动，弹簧接手再带动扭转弹簧，扭转弹簧的弹力与车轮前进方向相反，制动结束。内齿同步器电磁线圈电源中断，起始驱动齿与太阳齿在回位簧作用下分开，车辆正常行驶。当需要动力时，接通外齿同步器电磁线圈的电流，和弹力保持线圈的电源，啮合套左移，接通起始驱动齿与内齿，内齿通过行星齿、减速器、扭转弹簧按汽车的前进方向转动，存储的弹力被释放出来。制动时采用的动力正是车轮的惯性力，本发明从根本上解决了摩擦原理刹车片装置浪费能耗的问题，利用扭转弹簧实现制动及能耗的存储和利用。

2、由于制动为车轮的惯性力变相而来，车轮在纯滚动过程中被制动，避免了发生侧滑的可能，制动不受冰雪及湿滑路面的限制，同时延长了车轮的使用寿命，减小了对路面的损伤程度。

3、本发明利用了超速离合器单向传动，反向打滑的特点，和蜗轮蜗杆减速器反向自锁，实现了弹簧弹力的输入和输出，设计结构简单合理，具有使用价值。

附图说明：

1)图1：主视图，蜗轮蜗杆结构示意图

2)图2：左视图，A—A视图

3)图3：俯视图

4)图4：D—D视图，图5：E—E视图，图6：F—F视图

5)图7：P向视图

图8：C向视图

图9：K向视图

图10：H向视图

6)图11：弹簧调整装置(放大)

图12：弹簧调整装置左视图(放大)

图13：同步器放大

7)图14：Z向视图

图15：Z向视图中的Y向放大

8)图16：实施例2结构示意图

9)图17：图16中的I—I视图

10)图18：图16中的B向视图

图19：图16中的C向视图

图20：图16中的G向视图

图21—1：图16中的S向视图

图21—2：图16中的Q向视图

图中序号说明：1、半轴，2、半轴套管，3、后油封，4后油封盖，5、刹车盘，6、弹力保持电磁线圈及衔铁，7、棘齿，8、后盖，9、扭转弹簧，10、支撑筒11、前盖，12、太阳齿，13、内齿，14、卡簧，15、起始驱动齿，16、前轴承，17、前油封，18、前锁紧螺母，19、支撑架锁紧螺母，20、支撑架，21、蜗杆轴承，22、蜗杆，23、蜗轮，24、弹簧接手，25、锲块超速离合器，26、定位套，27、卡簧，28、后轴承，29、主动锥齿，30、从动锥齿，31、滚针轴承，32、太阳齿铜套，33、行星齿，34、轮胎螺丝孔，35、同步器滑块，36、同步器锁环，37、主动锥齿铜套，38、前进制动弹簧接手，39、前进制动支撑筒，40、前进制动扭转弹簧，41、倒车制动支撑筒，42、倒车制动扭转弹簧，43、倒车制动弹簧接手，44、行星齿轴铜套，45、行星齿，46、行星齿轴，47、定位套，48、前进制动锲块，49、环形支架，50、硬质合金套，51、前进挡超速离合器锲块，52、蜗轮连接套，53、铜套，54、前进制动弹力保持电磁线圈及衔铁，55、内齿同步器啮合套，56、内齿同步器电磁线圈，57、外齿同步器啮合套58、外齿同步器电磁线圈，59、蜗轮，60、钢板，61、倒车弹力保持电磁线圈及衔铁，62、太阳齿，63、车轴，64、制动强度反馈传感器柱塞，65、柱塞回位弹簧，66、弹簧套筒，67、弹簧调整装置上盖。

实施例1(适用于汽车等)

如图1—13所示，该节能型车辆制动装置，包括组装于车半轴套管2上的动力输人输出部分，减速部分，扭转弹簧部分，壳体、轴承和附属部分，壳体由前盖11和后盖8组成利用螺栓连接固定，前盖11外侧设有用于连接轮胎轮毂的螺栓孔34，车半轴1外设有半轴套管2、车半轴1前端呈圆盘状与前盖11连接固定。前盖11和后盖8分别利用前后轴承16、28支撑于半轴套管上，前轴承内外两侧均设有油封17，并利用锁紧螺母18锁紧定位，后轴承28外侧设置有油封3和密封盖4。驻车和倒车制动刹车盘5设于壳体后部，用螺栓与壳体连接，64为制动强度反馈传感器的柱塞，其触头为球形，在回位弹簧65的作用下紧靠弹簧结手，弹簧套筒66里面为弹簧的尾端，其外面为矩形键，弹簧调整装置上盖与前盖间用三角形花键连接，向工作方向推靠弹簧套筒66，并转动外表面，使键与切线方向平行，再装合适的上盖，调整时应有不同尺寸的上盖。

动力输入输出部分由并列设置于车半轴套管和前盖11的起始驱动齿15，太阳齿12，内齿13和太阳齿，内齿、啮合的行星齿33。

太阳齿12向内弯折加工内齿与起始驱动齿的内齿部分，组成内齿同步器组合，同步器啮合套驱动电磁线圈套至其里面，内齿13弯折后再向外弯折，加工外齿与动力驱动齿的外齿组合成外齿同步器组合，同步器啮合套，外齿同步器电磁线圈套至其外面。行星齿33为两个，与其同轴的主动圆锥齿轮通过轴套装置设于支撑架20上，支撑架20与半轴套管2利用花键连接，且用锁紧螺母锁紧定位。

所述减速器部分采用蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器利用滚针轴承31套装至半轴套管上，分别和蜗轮23啮合的两个蜗杆22设有与其同轴的被动圆锥齿轮30，蜗杆22利用轴套穿设于支撑架20上，并固定，另一端利用蜗杆轴承21固定于支撑架20上，两个蜗杆22采用中心对称布置形式。

所述扭转弹簧部分，由于支撑筒10和盘设于支撑筒10外周面的圆柱螺旋扭转弹簧9组成，支撑筒两端分别与弹簧接手24和前盖11插接，扭转弹簧一端插入前部的弹簧套筒内，另一端插入弹簧接手24外周的沟槽中。

所述弹力输入输出部分包括后盖8上的弹力保持电磁线圈及衔铁6，与其相对应侧的弹簧接手24的侧面的环状分布的棘齿7，以及减速器与弹簧接手之间的超速离合器组成。大多数情况，制动的弹力不能与马上释放，因此在后盖与弹簧接手间装设弹力保持电磁线圈及衔铁6，对应侧的棘齿在制动时随弹簧结手转动，弹簧接手的棘齿拨动弹力保持电磁线圈的衔铁，使制动时产生的弹力留在壳体内，不影响车辆行驶，释放弹簧弹力时，给弹力保持电磁线圈通电，衔铁缩回，弹簧的弹力才能释放出来。

所述弹力输入输出部分为减速器与弹簧接手的两排方向相反的锲块式超速离合器，锲块式超越离合器由于体积小，数量多，故承载能力更大，制动结束，输入侧超速离合器处于打滑状态，由于蜗轮蜗杆反方向锁死，输出侧的锲块也处于打滑状态，释放弹力时，蜗轮蜗杆反方向转动，输出侧超速离合器工作，释放出弹簧弹力。

假设汽车前进方向车轮逆时针旋转，汽车前进过程中制动，接通内齿同步器电磁线圈的电流，啮合套左移，接通起始驱动齿15和太阳齿12，太阳齿逆时针转动，太阳齿带动行星齿33，与行星齿同轴的主动圆锥齿轮29顺时针转动，主动锥齿带动从动锥齿逆时针转动，从动锥齿与蜗杆同轴也逆时针转动，蜗杆驱动蜗轮顺时针转动，蜗轮带动输入部分的超速离合器，超速离合器带动弹簧接手顺时针转动，弹簧接手带动扭转弹簧顺时针转动，扭转弹簧顺时针转动发生弹性变形产生与车轮前进方向相反的作用力即制动力，作用时间延长，弹力变大，直至减速或停车。制动停止，内齿同步器电磁线圈电流中断，同步器啮齿套在回位弹簧作用下回位，起始驱动齿与太阳齿脱离，蜗轮蜗杆停止转动，输入部分的超速离合器打滑，由于蜗轮蜗杆反方向锁死，输出侧超速离合器也处于打滑状态，当需要释放弹簧弹力时，接通外齿同步器电磁线圈的电流和弹力保持电磁线圈的电流，外齿同步器啮齿套向左移动，接通起始驱动齿与内齿，内齿作逆时针转动，内齿带动行星齿33和与行星齿同轴的主动锥齿轮逆时针转动，主动锥齿轮带动从动锥齿顺时针转动，从动锥齿带动蜗杆驱动蜗轮逆时针转动，输出侧超速离合器工作，带动弹簧接手和弹簧释放出弹簧的弹性势能。

如果感到制动力不够大，制动力从零开始增加太慢，可在释放弹簧弹力时留下一部分，留下多少应根据前方路况和需要决定。

实施例2(适用于火车等)如图12—17图该节能型车辆制动装置，包括组装于车轴63上的动力输入输出部分，减速器部分，扭转弹簧部分，壳体、轴承和附属部分与汽车不同的是取消了半轴套管。

动力输入输出部分和减速器部分壳体、轴承和附属部分与实施例1基本相同，不再详述。

弹力输入输出部分为两套，包括前进制动用弹力输入输出部分和倒车制动用弹力输入输出部分，前进制动用弹力输入输出部分包括蜗轮连接套52和套装在蜗轮连接套上的两排方向相反超速离合器48，受超速离合器驱动的弹簧结手38，所述弹簧结手38外周设有一沟槽，所述扭转弹簧部分为支撑筒39和盘设于支撑筒外侧的扭转弹簧40，支撑筒两端分别与弹簧结手38和前盖插接，扭转弹簧一端插在弹簧结手38的沟槽中，另一端插在前部的弹簧套筒内。

前进制动弹力输入输出部分还有前进制动的弹力保持电磁线圈及衔铁54，它被安装在两排弹簧结手中间的环形支架49中，环形支架49与后盖8用螺栓连接，倒车制动弹力输入输出部分为倒车弹力保持电磁线圈及衔铁61和蜗轮连接套52，套装在蜗轮连接套52上的硬质合金钢套，两排方向相反的锲块式超速离合器，及套在超速离合器上的太阳齿62，倒车弹簧结手43与倒车弹簧结手(内齿)啮合的行星齿45组成。与汽车不同的前进用和倒车用的硬质合金套与蜗轮连接套联接部分均采用花链联接。

工作原理：前进中制动，内齿同步器电磁线圈通电，与实施例1相同，动力经太阳齿、行星齿、主、从动锥齿，带动蜗杆22，蜗杆22带动蜗轮23顺时针转动，蜗轮23通过蜗轮连接套，超速离合器48顺时针驱动弹簧结于38和扭转弹簧顺时针转动，扭转弹簧的变形的弹力即为制动力，弹力释放时接通弹力保持电磁线圈及衔铁以及外齿同步器电磁线圈的电流弹力得以释放，驱动车轮前进(逆时针)。

倒车中制动，外齿同步器电磁线圈通电，动力经起始动齿、内齿顺时针转动，内齿带动行星齿，主动锥齿顺时针转动，主动锥齿带动从动锥齿逆时针转动，从动锥齿同轴的蜗杆带动蜗轮顺时针转动，蜗轮连接套带动超速离合器输入部分，以及太阳齿顺时针转动，太阳齿驱动行星齿逆时针转动，行星齿驱动倒车弹簧结手倒车扭转弹簧逆时针转动，产生与进方向相反的作用力，即制动力，作用时间延长，制动力增大，直至减速或停车，释放倒车制动的弹力为接通倒车弹力保持线圈以及内齿同步器电磁线圈的电源，弹力即可被释放。

Claims (10)

1.一种节能型车辆制动装置，共特征在于：包括装于车轴和前盖上的动力输入输出部分，弹力输入、输出部分，减速器部分，扭转弹簧部分，壳体、轴承和附属部分。

所述动力输入输出部分由并列设置于车半轴套管和前盖上的起始驱动齿，太阳齿、内齿和太阳齿、内齿啮合的行星齿，以及套装于起始驱动齿内侧的内齿同步器组合，套装于起始驱动齿外侧的外齿同步器组合组成，同步器组合包括滑块、锁环、啮合套、电磁线圈，行星齿与减速器输入端连接。

所述扭转弹簧部分由支撑筒和盘设于支撑筒外周面上的扭转弹簧组成，支撑筒两端分别与弹簧结手和前盖插接，扭转弹簧一端插入弹簧结手外周的沟槽中，另一端插入前部的弹簧套筒内。

所述弹力输入输出部分包括套装于减速器部分输出端上的两排方向相反的超速离合器和受超速离合器驱动的弹簧结手，弹簧结手外周设有一沟槽。

2.根据权利要求1所述的节能型车辆制动装置，其特征在于：所述减速器部分采用蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器由设于车半轴套管上的蜗轮和分别与蜗轮啮合的两个蜗杆组成，两个蜗杆上分别设有与其同轴的被动圆锥齿轮，动力输入输出部分的行星齿的数量为两个，且两个行星齿的轮轴上分别设有与其对应侧的被动圆锥齿轮啮合的主动圆锥齿轮，两个蜗杆，主、被动圆锥齿轮和行星齿的轮轴支撑在设于车半轴套管的支撑架上。

3.根据权利要求1所述的节能型车辆制动装置，其特征在于：所述弹力输入输出部分数量为两套，分别为前进制动用弹力输入输出部分和倒车制动用弹力输入输出部分，所述前进制动用弹力输入输出部分由套装于减速器输出端上的两排方向相反的超速离合器和弹力保持电磁线圈及衔铁组成，倒车制动用弹力输入输出部分包括套装于减速器输出部分的两排方向相反的超速离合器，套装于超速离合外周的太阳齿，与太阳齿啮合的多个行星齿，套装于多个行星齿外侧的倒车弹簧结手和倒车弹力保持电磁线圈及衔铁组成，前进方向制动的扭转弹簧由支撑筒和盘设于支撑筒外周面的扭转弹簧组成，倒车制动用扭转弹簧由倒车支撑筒和盘设于倒车支撑筒外周面的扭转弹簧组成，前进和倒车制动用的扭转弹簧盘绕方向相反。

4.根据权利要求1所述的节能型车辆制动装置其特征在于：所述后盖对应弹簧结手均匀设有多个弹力保持电磁线圈及衔铁，弹簧结手侧面设有用于拨动弹力保持电磁线圈衔铁的棘齿，用于存储弹力势能以及在需要时释放。

5.根据权利要求1所述的节能型车辆制动装置，其特征在于：所述车半轴外周设有半轴套管，蜗轮利用滚针轴承套在半轴套管上，支撑架与半轴套管间利用花键联接并用锁紧螺帽锁紧，太阳齿与半轴套管间设有铜套，后盖内侧与轮间设有定位套。

6.根据权利要求1所述，节能型车辆制动装置，其特征在于：所述前盖和后盖分别利用前后轴承轴承支撑于车半轴套管上，前轴承内外设有油封，并利用锁紧螺母锁紧定位，后轴承外侧设置带油封的密封盖。

7.根据权利要求1所述的节能型车辆制动装置，其特征在于：所述后盖外侧固定有刹车盘，用于驻车制动和倒车制动。

8.根据权利要求1所述的节能型车辆制动装置的附属装置包括制动强度的反馈传感器，其传感器为机械柱塞式，插在后盖中，靠弹簧压在弹簧结手上，端部球型。

9.根据权利要求1所述的节能型车辆制动装置的附属装置包括弹簧的调整，由前部的弹簧套筒和用键与之配合的调整装置上盖组成，调整装置上盖与前盖间用三角形花键和螺栓连结。

10.根据权利要求2所述的节能型车辆制动装置，其特征在于所述蜗杆一端利用轴套穿设于支撑架上并固定，一端利用蜗杆轴承固定在支撑架上，两个蜗杆采用中心对称布置形式。