CN1064061A - 扭矩响应离合器 - Google Patents

Abstract

机构通过使两盘形件在外壳的制动表面上制动 而防止轴的扭矩反向。在正常状态下电机沿能使其 驱动力经球传递到另一件上的方向驱动一个件。在 这种状态下产生最小的制动。如果轴203的方向反 向，球就使盘形件上的凸轮表面分开而使其上的制动 表面与外壳啮合，从而制动轴。通过用扳手转动一轴 而使另一轴转动即可在手动控制下卸下载荷。如果 在制动表面间形成一油垫就可减小正常状态下的制 动摩擦，油是由被轴驱动的齿轮泵供给的。

Description

本发明是关于一种制动机构，它通过施加制动而自动地对反向的所施加扭矩作出反应。如果一驱动力矩落到一定值以下，或者电机和负载之间的驱动力的传递中断，这种机构可用来保护负载免于“失控”。

如果操纵电机失效，用于在两个高度之间提升分布载荷的倾斜翻板输送机就可能造成很大的危险。失去驱动力矩就可能引起输送机上的分布载荷失去控制，并改变输送机的输送方向。除非采取措施阻止它，分布载荷下降到输送机的低端，对较低高度处的设备和人员造成严重后果。

在其它许多运输重载的操作中也面临类似问题，其中一种操作就是斗式提升机的操作。

根据本发明的一个方面，当扭矩方向反向时能自动起作用的制动机构包括两个具有一共同轴线的件，当所施加的扭矩的方向反向时在两个件之间产生绕轴线的相对转动;一个环绕两个件的外壳;一个位于其中一个件上的第一制动表面和一个互补并对立的位于外壳上的第二制动表面;允许两个件之间的间隔变化的第一装置，以控制制动的程度，响应扭矩方向转变的第二装置，它允许件的相互角度位置的变化;凸轮装置，它与抗推力装置配合并响应件的相互角度位置的变化以改变件之间的间隔;用以偏置制动表面使它们相互靠近的弹性装置，以便当扭矩方向反向时能迅速产生所需的制动作用。两个件最好都旋转并且每个件都带有其自己的与环绕外壳上相应制动表面啮合的制动表面。

凸轮装置最好包括分别加工在件的对立表面上的凹槽对。凹槽最好绕共同轴线是弧形的，并且每个凹槽可以是泪滴形的，每对凹槽的泪滴形的尖端分别绕共同轴线沿相反方向延伸。在这种方案中，抗推力装置可以是一个刚性球。如果通过机构的扭矩方向反向，件之间的角位移使得球迫使件分开而增加制动力。

在所有工作条件下，在制动表面之间最好保持至少一定的制动作用。采用弹性偏置装置就可达到此目的，弹性偏置装置可以是一个位于两个件之间的压缩弹簧或数个弹簧。

在本发明的一个最佳方案中，经机构传递的驱动力的一部分被用来操纵一个液压泵以便在制动表面之间提供一液压油垫，这样当扭矩经机构的传递方向是所需方向时，制动表面被迫分开并且它们上面的磨损降到最小程度。如果扭矩反向时，由于制动表面被迫相互接触，立即产生制动。接着件相对于外壳的转速降低，并且泵的输出压力下降。这就减小了制动表面间液压油垫的作用，从而使制动表面更紧密地接触以提高制动效果。

最好两个啮合的制动表面中的一个制动表面的制造材料总是比另一制动表面的材料软。

根据本发明的第二方面，当扭矩方向反向时能自动起作用的制动机构包括由所施加的扭矩绕共同轴线转动的并提供至少一个可与外壳上一个互补制动表面啮合的制动表面的两个件，两个件相互之间可角位移和轴向位移并带有凸轮装置。凸轮装置绕它们的共同轴线是弧形的并由抗推力装置啮合，抗推力装置允许件相互转动以便凸轮装置的不同部分与抗推力装置啮合，以此改变件之间的间隔，凸轮装置的轮廓这样选择，即其中一个件沿一个转动方向相对于另一个件的相对转动（由所施加扭矩的反向所引起）使得件之间的间隔改变并使所述一个制动表面与外壳上的互补制动表面进入制动啮合。最好每个件都有一个制动表面。

根据本发明第二方面的最佳方案中，两个件包括宽松地安装在一根共同轴上的对立并隔开的盘形件，以允许它们相互之间进行角位移和轴向位移，同时允许两个盘形件被驱动。最好在盘形件远离的表面上带有截锥形制动表面，如果其中一个件相对另一件沿增加它们之间凸轮装置的有效轴向厚度的方向转动，两个盘形件就相互推离，接着就产生制动。

在起监控作用以保护由原动机直接驱动的载荷的本发明改型中，两个件带有自它们的共同轴线开始位于相同半径上的偏心的贴合面。其中一个件在原动机驱动下沿一个方向的转动使得贴合面啮合并将转动驱动力传递到另一个件上。在这种状态下凸轮装置和抗推力装置的组件允许件处于制动程度最小的位置。如果现在所施加的扭矩反向，贴合面移开并且抗推力装置现在压在凸轮表面的不同部分上。结果两个件被迫分开，并产生制动。

最好，第二件带有一个手动操作的转动装置，它允许沿使贴合面重新啮合的方向逐渐转动第二件。第一件在所带载荷扭矩的作用下允许这一运动。这样在制动机构启动后载荷就处于安全的人工控制之下。

下面参照附图以举例的方式更详细地描述本发明，附图中：

图1是一个位于电机和载荷之间驱动力传链中的制动机构的垂直断面图;

图2是沿图1中箭头Ⅱ-Ⅱ所取的垂直断面图;

图3示出了制动机构的第二种形式，它用来在电机和载荷之间的直接驱动力传动链中起监控作用。

图4示出了一个带一个油泵的制动机构的垂直断面图。

图5是一分解透视图，示出了用于图4所示制动机构中两个件的对立表面之间凸轮装置和拉推力装置的方案。

图6是带有一对对立的制动表面的制动机构的示意性垂直断面图;和，

图7放大示出了对图4′所示制动机构的一种改型，它位于各个球的径向向外之处以提供一个用于制动机构的速度敏感控制。

图1的机构包括一个带有同轴的孔2和3的外壳1，轴4和5分别穿过孔2和3。外壳1内的中间空腔8的相对侧面上带有环形截锥制动表面6和7。

轴4在外壳1的外部支承一个负载齿轮11，而在外壳内部则与一个盘形的第一截锥件12可滑动地键连接。轴5在外壳的外部与一个驱动电机13连接，而在外壳的内部则与一个盘形的第二截锥件14宽松地键连接，如图2所示。两个件12和14在它们远离的表面上分别带有与外壳1的制动表面6和7互补的制动表面15和16，一弱力压缩弹簧19提供一弹性偏置力，从而使件12、14保持与制动表面6、7的轻度摩擦啮合。轴5延伸穿过空腔8并且其终端部分17以图2所示的方式与第一件12宽松地键连接。这样件12和14就可以在轴5上相互之间进行有限的角位移和轴向位移。

件12和14的相对表面上分别支承相对的凸轮表面20、21，凸轮表面在形状上是弧形的并以件的共同转动轴心线为中心。如图1所示凸轮表面分别具有凹入和凸起的V形横断面。制动钢球22（提供抗推力装置）位于凸轮表面之间。凸轮表面21的V形面从件14的表面上凸出的程度沿其圆弧逐渐增加。

在图1和图2所示机构的工作中，驱动力由电机13通过轴5与件12的啮合传递到负载齿轮11上。同时轴5也以相同的速度驱动件14。凸轮表面20，21相对于钢球22这样定位，即在驱动条件下制动表面6、15和7、16相互轻度地摩擦。弹簧19在件12和14之间提供一弹性作用力以保持这种轻度摩擦作用，在本实施例中这种轻度摩擦作用对于保证机构快速响应经过它的反向扭矩是十分关键的。

如果通过机构的扭矩方向因任何原因而反向，负载齿轮11就使件12相对于件14角位移，与轴5宽松的键连接允许这种角位移。角位移的效果就是使凸轮表面20、21的不同部分面对钢球22，这样件12和14就被迫分开，并且它们的制动表面15、16与外壳的互补制动表面6、7开始紧密地制动啮合。

在图3所示的方案中，在功能上与图1和2的类似零件对应的零件以百位数字相应地表示。这样在图3中外壳1就用101表示，其余类推。为了避免不必要的重复，不再描述这类零件。

在图3所示的方案中，通过固定在轴105上的一个驱动齿轮130在电机113到负载齿轮111建立了直接驱动传动连接。由齿轮111驱动的负载是一个倾斜的翻板输送机131，它带有平行的装有翻板的皮带，以便在两个高度之间提升重物。采用这种方案，如果来自电机113的动力被切断，就会造成一种危险的情况，这是由于输送机上的重物通过往回驱动电机而失控地下落，从而对输送机低端的载料区造成十分危险的后果。

通过使轴105继续延伸进入一个固定外壳101，并且其在空腔108内的端部以类似于图2所示的方式与一个件114宽松地键连接，即可避免这种危险。件114面对件112，并且在它们远离的表面上带有截锥制动表面115、116，制动表面115和116的定位可使它们与外壳101上的互补制动表面106和107啮合。件112与一根与轴105同轴布置的轴134宽松地键连接，轴134在外壳101外部有一方形截面部分135，从而可用手动扳手136转动件112。

件112和114的相对表面在径向相对的位置分别带有两个组件。第一组件包括一对贴合件140、141，两个贴合件140、141从它们的共同转动轴心线起以相同的半径分别从件112和114上伸出。当电机113以操纵输送机提升负载的方向驱动时，这些贴合件相互啮合。然后轴105的转动就传递到两个件112和114上。

第二组件包括一对弧形的凸轮表面150、142，它们与弹性推力球143的相对侧面啮合并且以件112、114的共同转动轴心线为中心是弧形的。凸轮表面142和支承件114之间的距离从弧形凸轮表面142的一端到另一端逐渐地增加。一个中间的弱力螺旋压缩弹簧144迫使件112、114的相对的表面分开，从而使它们的制动表面115和116在外壳101上轻度摩擦以保持一种轻度制动作用。

当电机113沿提升方向驱动输送机131时，两个件112，114一起转动并且球143被压在凸轮表面150、142的使件112和114所处位置相互离得最近的部分上，如图所示。

如果轴105的扭矩方向反向（因输送机131上的负载往回驱动电机113而造成），件114就转变其转动方向使得贴合件140，141移开，并且球143与凸轮表面142，150的不同部分啮合。其结果就是迫使两个件112，114分开从而使它们的制动表面115，116在外壳101的互补制动表面106、107上牢固地制动。由输送机131上负载的反向驱动施加在轴105上的反向扭矩越大，由机构施加的制动力越大。这样就防止了对电机的反向驱动，并且机构的制动力保持输送机上的负载稳定不动。

当负载被机构制动在一稳定位置时，通过在轴134的端部135使用扳手136，就可以沿相应于输送机上负载下降的方向人工转动件112。在输送机上的负载影响下件114随着件112的手动转动而逐渐转动。这样，完全在手动控制下使输送机逐渐下降，直到卸下输送机上的负载。然后可以重新启动电机113。

图4示出了一个由电机202的驱动轴201驱动的斗式提升机200。驱动轴201在203处延伸进入一个用于防止驱动轴201的扭矩反向的制动机构204。

机构204包括一个带有两个旋转盘形件206、207的外壳205，盘形件206、207带有分别安装着任何已知类型的制动表面（未示出）的截锥侧边208、209。盘形件206通过键299与轴203可滑动地键连接，盘形件207以类似方式与第二轴210可滑动地键连接，轴210与轴203同轴。两根轴203和210轴颈支承在外壳上所以它们可自由转动。

压缩弹簧211使两个盘形件206和207轻度地被迫分开，所以它们的截锥形制动表面与外壳上的空腔212（盘形件就在该空腔内旋转）内的互补截锥形制动表面啮合。外壳制动表面的制造材料比盘形件206、207的制造材料硬。

在盘形件206、207对立的表面之间提供有一个离心泵腔，油从该泵腔被迫向外进入一个导向外壳205上的一个油槽214内的环形槽213，油经一个通道215从油槽214流出，通道215导向一个位于外壳内并由轴210驱动的齿轮泵216。齿轮泵216经管道217供给加压的油，以便在对立的盘形件和外壳的制动表面之间提供液压润滑油垫，与摩擦制动（因弹簧211的压力而产生）相比，这些液压垫减小了制动表面之间摩擦制动的程度。

盘形件206、207的对立表面各加工有一圈八个等弧长隔开的泪滴形凹槽220，如图5所示。两圈凹槽220位于同一半径上，相互对立，并且它们是相同的。然而一圈上的泪滴形凹槽环绕所述圈所指的方向与另一圈泪滴形凹槽相反。各对对立的凹槽容纳一个刚性钢球221，各个球221都受到相关凹槽的凸轮效应的作用，所以它们可控制盘形件206、207之间的间隔。

轴210的一端伸出外壳205，并且其终端部分225具有方形断面以便使用扳手。

图4和图5所示机构的工作原理如下：

在斗式提升机200的正常工作期间，电机202向斗式提升机传递扭矩并也驱动轴203。这就使盘形件206沿使球221占据凹槽220内图4的虚线所示位置的方向转动。驱动力经球221传递到盘形件207。这就使轴210和齿轮泵216转动，使油通过管道217循环。这样在对立的盘形件206、207和外壳205的截锥制动表面之间形成了一个油垫，所以尽管弹簧211的压力，但由于油垫保证了制动表面之间的接触摩擦力最小，因而制动的能量损失较小。

如果现在电机202失效，斗式提升机200就沿相反方向转动轴201。盘形件206的泪滴形凹槽220的斜面就与球221啮合，从而使球221迫使盘形件206、207对立的表面分开，由盘形件206的运动造成的对盘形件207的驱动力的下降，使得齿轮泵216的输出压力下降。制动表面之间油垫的消失允许弹簧211增加对制动表面的作用。这样件206和207就被迅速制动并停车。阻止了斗式提升机的反向运转。

机构204仍然有效地保持斗式提升机200处于制动状态，直到电机202再次启动。如果有必要在完全手动控制下逐渐地降低斗式提升机，可在轴210的终端部分225使用扳手224，并沿使凹槽220的最深部分相对移近的方向转动扳手。这就略微减小了盘形件206、207之间的间隔以允许盘形件206跟着盘形件207的手动转动而转动。这就允许轴203逐渐转动，这样完全在扳手224的控制下降低负载。

图7是图4所示方案的一种改型，当用来制动高速轴203时它特别有利。

件206和207带有径向向外的球221，它们各自的腔230与件206、207之间的空腔212相通。腔230分别带有斜面234。

一通常为T形的凸轮件233部分位于腔230内，部分位于空腔212内，“T”形的根部232在件206、207之间径向向内延伸并且其终端部分延伸进入两个泪滴形凹槽220之间。件233的“T”形的头部延伸进入腔230中并带有两个收敛的斜面231，该两个斜面与腔230的斜面234互补。

在图7所示实施例的工作中，随着件206和207的转动，球221在离心力作用下被迫向外移动。在高速旋转时，球221向外的力是相当大的，并作用在件233的根部232的终端部分上以迫使其斜面231顶在件206、207的斜面234上。当转速增加时，该力（取决于斜面的角度）与其它因素一道迫使两个件206、207相互靠近。以这种方式，在不需要制动的时候，当高速旋转时在外壳的制动表面附近产生的热损失可大大减小。

当需要制动时，其操作与对图4的描述相同。

图4所示的制动机构的方案可使该机构用于1000rpm左右的驱动速度，当采用图7的改型时，可处理高达1400rpm的转速，而不会产生过量的摩擦热损失。

图6示意性地示出了仅使用一对互补制动表面的制动机构的方案。在该图中，一个外壳300包括一个宽松地与一盘形件302键连接的输出驱动轴301。一截锥形制动表面303加工在件302的边缘上并且与位于外壳300内侧上的形状类似的制动表面304互补。

盘形件302与一个旋转板305对立，旋转板305安装在一驱动轴306的一端并位于外壳300的一个空腔307内。一个电机310驱动轴306。

板305支承一个贴合件311，随着板305沿一个方向旋转该贴合件以类似于图3中件140，141的方式与盘形件302上的一个挡块309啮合。在板305和盘形件302之间也带有一个球和凹槽构成的凸轮装置（类似于图3中的件142、143、150）。类似地凸轮装置根据所施加扭矩的方向而动作以改变盘形件302与板305的分离度。在机构的正常工作期间，一个弹簧（未示出）保持制动表面之间的轻度摩擦接触。

在图6所示机构的正常工作条件下，盘形件302处于最接近板305的位置，并且板上的贴合件与挡块309啮合，以便使轴306的驱动力经盘形件302传递到输出轴301上。

如果通过机构的扭矩传递方向反向，挡块309就离开板305上的贴合件，并且凸轮装置308开始起作用（如参照图3所描述的）以迫使盘形件302离开板305。这就使制动表面303，304被迫进入相互的制动加啮合，从而制动了轴301的转动，直到所施加扭矩的方向恢复。

Claims (7)

1、一种当扭矩的方向反向时能自动起作用的制动机构，包括：具有一共同轴线的两个件(12，14；112，114；206，207；302，305；)，当所施加的扭矩方向反向时在两个件之间可产生绕轴线的相对转动；一个环绕两个件的外壳(1，101，205，300)；一个位于其中一个件上的第一制动表面(15，16；115，116；303，304)和一个位于外壳上的互补并对立的第二制动表面(6，7；106，107；208，209；304)；允许两个件之间间隔变化以控制制动程度第一装置(轴向键299)；响应扭矩方向反向以允许件的相对角度位置改变的第二装置(宽松的键)；其特征在于采用了凸轮装置(20，21；142，150；220)，凸轮装置与抗推力装置(22，143，221，308)配合并响应件的相对角度位置的变化以改变件之间的间隔；和用以偏置制动表面使它们相互靠近的弹性装置(19，144，211)，以便当扭矩方向反向时能迅速产生所需的制动作用。

2、根据权利要求1所述的机构，其特征在于两个件都转动，并且每个件都带有自己的与环绕外壳上相应制动表面（6，7;106，107;208，209;304）啮合的制动表面（15，16;115，116;303）。

3、根据权利要求1或2所述的机构，其特征在于凸轮装置包括凹槽（220）对，每对中的凹槽均分别加工在件的对立表面上并具有泪滴形状;在各对凹槽之间容纳有一个抗推力球（212），在扭矩未反向时用于在两个件之间传递驱动力，当扭矩反向时用于迫使两个件分开以产生制动。

4、根据权利要求1或2所述的机构，其特征在于外壳上和件上的互补制动表面分别具有不同的硬度。

5、根据权利要求1或2所述的机构，其特征在于外壳带有一个液压泵（216），它由来自其中一个要被制动的件的驱动力操纵，并且液压管道（217）从泵的输出侧导向件和外壳的互补制动表面（208，209）附近，以便当通过机构的扭矩方向未反向时在它们之间形成一液压油垫，在制动期间对液压泵的驱动力最小，以便油垫消失并允许机构迅速制动。

6、根据权利要求1或2所述的机构，其特征在于它包括由离心力操纵的装置（221;232;233;234），该装置在转速相对较高时偏置制动表面使它们分开，随转速下降偏置程度减小。

7、根据权利要求1或2所述的机构，其特征在于采用一个扳手（136，234）以允许其中一个件（112，207）相对于另一个件（114，206）沿载荷（131，200）的方向手动转动，这样另一个件就能随手动转动完全在控制下沿反向后扭矩的方向允允许卸下载荷。

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