CN107076237B - 机电制动钳致动器 - Google Patents

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Abstract

一种机电制动钳(9)，包括钳体(10)和机电致动器(11)，该机电致动器包括螺杆(14)和耦接到该螺杆的螺母(16)，使得螺母(16)通过在推力关系上相互配合的耦接表面(C、C′和CIV)接合可移动推力元件(18、32)，以便允许相关的螺母(16)相对于可移动推力元件(18、32)围绕单个横向轴线(k)的振荡，从而阻止螺母(16)和活塞(18)之间围绕纵向轴线(y)的相对转动。

Description

机电制动钳致动器
技术领域
本发明大体涉及制动系统领域，具体地，本发明涉及一种用于机电制动钳的致动器。
背景技术
本发明的应用的技术领域是机电制动钳的技术领域，机电制动钳通常需要电致动、还原系统以及用于将运动从转动运动转换为平移运动的系统。
运动的转换通过容纳在卡钳体(caliper body)或钳体(calliper body)中的可转动螺杆和螺母之间的啮合来进行，通常通过所谓的循环滚珠螺杆中螺杆和螺母之间的界面中的循环滚珠来进行。
螺杆的转动赋予螺母平移运动，这推动了接合相对于制动盘对称地安装在钳体上的一对制动垫中的一个制动垫的活塞；垫在盘上的压力产生制动作用，制动作用的反作用被排出到钳体和与之连接的元件上。该反作用由于对支撑和传动部件的未补偿的应力而导致螺杆轴线与活塞轴线之间的错位，从而损害了装置的效率和/或机械完整性。
事实上，已知制动垫在被压缩时对钳本身所施加的反作用力导致的制动钳的弯曲如何引起活塞在制动垫上的支撑表面和螺杆的工作轴线之间的相对转动(随之发生活塞的纵向轴线相对于螺杆的纵向轴线的错位)。换句话说，螺杆的工作轴线倾向于保持与钳体上螺杆的轴线向邻接的平面垂直，而活塞的工作轴线倾向于保持与垫-盘平面垂直。
轴线的这种错位可能导致支撑螺杆的轴向轴承上的负载分布不均匀以及插入在螺杆和螺母之间的辊元件上的负载分布不完善，随之发生滚珠上的赫兹压力不均匀，并因而导致与部件的使用寿命疲劳相关的问题。
为了克服该缺陷，可以增加钳体的刚度，从而限制其变形度。因此，减少螺杆轴线相对于活塞轴线的振荡/倾斜(即，减少活塞和螺杆的工作轴线之间的错位)，然而却随之显著地增加制动件的总体尺寸和质量。
可替换地，可以将允许补偿活塞循环螺杆轴线的不同工作角度的另外的自由度引入到系统中。便利地，在活塞和螺母之间的界面处添加铰接接头，即，周向约束件，其允许活塞将自身定向在不与螺杆的纵向轴线一致的方向上，同时保持螺母接合并推动所述活塞的可能性。
根据文献US 8,607,939已知用于补偿推力活塞和螺杆-螺母组件之间的错位的解决方案，该解决方案使用与螺母和活塞之间的界面成锥形的耦接表面。
然而，通常在螺母和活塞之间的界面处提供应用锥形或球形接头的已知解决方案不能抑制活塞可能相对于螺母的部分转动，因为在螺母和活塞之间的铰接接头处，在接触表面之间可能存在相互滑动，从而产生了活塞和螺母之间的角移位。
这样的转动向电动机的轴线的转动角(角度“α”)和推力活塞的平移(冲程“C”)之间的相关性引入了误差，其中，必须在所有使用条件(温度，速度等)下在设计参数方面确保这样的相关性，以确保制动装置的操作效率。
事实上，如果在螺母和活塞之间以及在活塞和钳体之间均不存在防转动系统，则将存在对螺杆施加的转动和螺母和/或活塞的转动，而没有相对于钳体的任何轴向位移。因此，有必要的是，对于施加给螺杆的转动(与通过机械传动的减速比的电机的转动相关)，存在螺母/活塞根据预定关系的相应轴向位移，从而允许电子控制单元适当有效地管理制动钳致动装置。
通过分析与机电钳相关联的运动链，注意到，推力活塞和将运动从转动运动转换为平移运动的机械系统之间的界面是(在制动作用的操作条件下)关于真正角度冲程相关性遵守设计方案的最为关键的区域。
有助于确保连接“α-c”的刚性界面(例如，通过螺纹、干扰等)的实施由于部件本身无力补偿负载下制动钳的变形所导致的应力，将导致机械零件的尺寸过大。
然而，现有技术没有提供有利于避免操作条件下(即，当在钳对盘施加制动作用时)标称连接“α-c”和连接“α-c”之间的相移的解决方案，利用例如仅活塞和螺母之间的耦接表面。
因此，有必要创建形状耦接或添加确保连接“α-c”的具体装置。
发明内容
本发明的目的在于同时确保错位和标称相关性“α-c”的补偿。
为了达到该结果，在活塞和螺母上形成了剖面至少部分地互补的拱形耦接表面，诸如以允许这些部件根据钳体在受到轴向推力的应力时与钳体的优先变形的平面垂直的转动轴线相互转动，同时抑制活塞相对于螺母根据周向方向滑动的可能性。
方便地，与钳体成一体的对比销以活塞不能围绕其纵向轴线甚至不能相对于所述钳体转动的方式接合活塞。
这样的构造在允许补偿螺母和活塞的纵向轴线之间的错位的同时，抑制了活塞和螺母之间以及活塞和钳体之间的相互转动，同时保持设计相关性“α-c”。
以这种方式，最大化了由螺杆-螺母-活塞组件形成的致动器的效率。
通过具有权利要求1中所限定的特征的装置实现了根据本发明的方面的上述和其他目的和优点。在从属权利要求中限定了本发明的优选实施方案。
附图说明
现在，我们将描述根据本发明的机械致动器的若干优选实施方案的结构和功能特征。参考了附图，其中：
-图1是包括根据本发明的实施方案的致动器的机电制动钳的示意性侧截面图；
-图2是包括在图1的致动器中的螺杆-螺母组件的示意性轴测图；
-图3是包括在图2的组件中的螺母的示意性侧截面图；
-图4是根据本发明的实施方案包括在图1的致动器中的推力活塞的示意性侧截面图；
-图5是图4的活塞的示意性轴测截面图；
-图6是包括根据本发明的实施方案的制动器并处于制动作用的操作条件下的机电制动钳的示意性侧截面图；
-图7和图8是根据本发明的实施方案的与螺杆-螺母组件相交以在螺母上限定耦接表面的虚柱形物的两个示意性立体图；
-图9是根据本发明的替代实施方案的包括额外的接合器的活塞-螺母组件的示意性轴测截面图；以及
-图10是图9的螺母-接合器组件的示意性轴测图。
具体实施方式
在详细解释本发明的多个实施方案之前，应当澄清，本发明的应用不限于它的构建细节和下文描述中呈现或者在附图中示出的部件的构造。本发明能够采用其它实施方案，并且在实践中能够以不同的方式实施或实现。
首先参照图1，机电制动钳9包括钳体10，在该钳体内部容纳有机械致动器11，根据本发明的优选实施方案，该机械致动器包括循环滚珠螺杆12和可移动推力元件18、32。循环滚珠螺杆12包括能够围绕第一纵向轴线x转动的螺杆14，该螺杆与螺母16在转动上相关联，该螺母根据螺杆14的转动能够随着往复运动沿着与所述第一纵向轴线x平行的方向移动。
螺母16接合可移动推力元件18、32，该可移动推力元件由螺母的轴向平移推动，对一对垫20中的一个垫产生推力，垫又对制动盘(未示出)赋予制动作用。
根据本发明的实施方案，可移动推力元件是内部中空的柱形活塞18，该柱形活塞直接接合垫20并推动它抵靠制动盘。
方便地，螺杆14由轴向轴承22支撑，并且在活塞18的内部护套中形成有环形凹槽24a(在图4中可见)以接收Seeger型环24。
图2更详细地示出了根据本发明的实施方案的循环滚珠型螺杆。根据所述图，清楚的是，螺杆14和螺母16相对于第一纵向轴线x同轴，使得对于螺杆14的转动，存在与螺杆的角度偏移相关的冲程的螺母16的相应平移。在螺母16靠近与活塞18接触的区域的横向面上形成有第一耦接表面C，该第一耦接表面在本文示出的实施例中具有面向螺母16的相对面的凹度。图3示出了如何在螺母16的径向外周的区域中形成平坦并弯曲的伪圆环形式的所述第一耦接表面C，该第一耦接表面C可能由两个平面段C”越过，对应于螺母16的横向面的剩余部分，其充当与活塞18的接触界面。
在整个本说明书和权利要求书中，指示位置和定向(取向)的术语和表达，诸如“纵向”、“横向”等，指的是第一纵向轴线x。
如在图4中可以看出的，活塞18具有沿活塞18的第二纵向轴线y轴向延伸的两个内柱形腔18a、18b；相对于轴向轴承22处于近端的第一柱形腔18a被构造成同心地容纳循环滚珠螺杆12并具体地容纳螺母16。第二轴向腔18b容纳螺杆的纵向延伸超出螺母16的部分。
活塞18被内部成形为呈现第二耦接表面C'，在该第二耦接表面上接合形成在螺母16的径向外冠上的对应第一耦接表面C。当两个耦接表面C、C′在螺母16的轴向冲程期间接触时，它们在推力关系上配合，以赋予活塞18轴向平移运动，活塞通过对横向推力平面A进行按压来推动垫20。
根据本发明的优选实施方案，相对于活塞处于内部的轴向腔18a、18b具有不同的半径R1、R2，其中所述半径之间的差值确定了第二耦接表面C'在与第二纵向轴线y垂直的平面上的角突出。与轴向腔18a、18b的半径R1、R2的差值相关的活塞厚度区别的条件是优选而非限制性的，因为可能的是，例如，该活塞具有相同半径的两个内部腔，在该两个内部腔的界面处，插入了环形隔板，该环形隔板的径向厚度和轴向延伸等于第二接触表面C'的厚度和延伸。如图1和图6所示，螺母通过分别与螺母16和活塞18相关联的所述第一耦接表面C和所述第二耦接表面C'之间的耦接和接触来接合并推动活塞。
如前面提到的，钳9特别是钳体10由于制动盘针对由活塞18致动的制动垫20的制动作用施加的反作用而经受的应力导致钳体本身的变形，主要是在活塞的直径平面上的弯曲变形(基本上，图1和图6中所包含的平面)。钳体10的分叉涉及钳体10的横向反作用平面B围绕与活塞18的第二纵向轴线y基本上垂直的轴线的转动。反作用平面B的这种转动产生了螺杆14的类似向上转动，结果产生了在循环滚珠螺杆的第一纵向轴线x和活塞的第二纵向轴线y之间的与角度β相应的错位(如在图6中可以看出的)。
耦接表面C、C'允许螺母16和活塞18之间的沿钳体10的优先变形的平面的相互错位，但防止活塞围绕第二纵向轴线y相对于螺母16的相互转动。以这种方式，活塞18可以围绕与第一纵向轴线x基本上垂直的预定横向轴线k振荡，但是不能围绕其第二纵向轴线y转动。根据本发明的实施方案，通过转动对比装置(contrast means)26、28防止活塞围绕其自身纵向轴线y相对于钳体10的另外的转动，该转动对比装置即，根据与纵向轴线x垂直的轴线，方便地插入钳体中的对比元件(例如，销或齿条，未示出)，其能够接合形成在活塞18的外部厚度中的凹部或轴向伸长槽28。槽可以或可以不穿过活塞的径向厚度。
销26的一端突出进入槽28中，从而在活塞18处于围绕其纵向轴线y的初期转动时阻挡所述活塞的转动；因此，销26的端部突出进入的轴向槽将与所述销的该端部抵接，从而阻止活塞围绕其自身纵向轴线转动。可以颠倒所述对比装置26、28的构造，使得凹部可以制成在钳体10中并且对比元件可以与活塞18成一体。
图7和图8示出了如何从螺母16或活塞18(未示出)与虚实体30的交叉开始限定耦接表面，其中该虚实体例如具有柱形，该柱形具有虚轴线z，该虚轴线根据虚角度δ(图8中可见)相对于螺母16的第一纵向轴线x而定向。
优选地，该虚角度δ是直角。
根据本发明的实施方案，柱形物具有圆形部段，该圆形部段具有半径R3，但是其可以具有任何封闭或开口部段(例如，椭圆的、抛物线的、双曲线的、多边形的等)，条件是该部段确保螺母和活塞相对于y轴线的相对防转动，但是允许活塞-螺杆轴相对于与钳体的最大变形的平面垂直的轴线的相对转动。
不排除虚实体30的其他几何形状(例如，圆环形状)，在该情况下，虚轴线z也可以相对于线性形状(例如，圆环的轴为圆形，但是在功能上其可以是椭圆的、抛物线的等)变化。
在一个实施方案中，第一耦接表面C被限定为与螺母16相交的虚柱形物30的外部表面的部分。通过改变虚柱形物30的部段，和/或改变所述轴线相对于螺母16的位置(径向和/或纵向方向)和定向δ，可以改变所述第一接触表面C的凹度、形状和延伸。例如，以未示出的方式，通过改变虚柱形物30和螺母16之间的交叉的角度δ，可以获得包括一对具有不同曲率半径的弯曲凹部的第一耦接表面C；在其中虚角度δ为90°的优选实施方案中，第一耦接表面相对于直径平面P(图7所示)是镜面的，所述直径平面穿过纵向轴线x并基本上与图1的平面重合。在角度δ不与钳体的最大变形的平面垂直的情况下，所述变形的补偿效果会降低，从而当δ等于0°度时，补偿效果变为0(即，如果不存在铰连接头，就会存在关于最大变形的平面的刚性限制)。
应当理解的是，如果我们考虑例如虚柱形物30的侧表面和活塞18的径向厚度的至少部分之间的交叉的部分，则关于活塞18可以进行相同的推理。
此外，图9示出了本发明的备选实施方案，特别适合于通过利用加工工具加工而不是通过模制来生产活塞的情况(例如，在小的生产体积的情况下)。在该情况下，可移动推力元件18、32是插入在螺母16和活塞18之间的界面处的插入件32，所述插入件32包括分别与在活塞的内部厚度中形成的环形容纳底座CV相适应的环形径向剖面C”'、CIV和螺母16的横向界面，在该横向界面上形成第一耦接表面C。
图10特别地示出了插入件32和螺母16之间的耦接，其中，插入件32具有接合在螺母16的厚度中形成的对应耦接表面C的曲线剖面CIV。关于螺母和插入件的互补表面之间的耦接，所表达的相同的考虑对于活塞和螺母之间的耦接有效。
根据本发明的实施方案，一个或多个平坦部分32b(优选地为一对，如该实施例中所示出的)允许将插入件32转动地稳固至活塞18，从而与在活塞18的内部厚度中形成的合适的底座抵接。根据未示出的备选实施方案，插入件32和活塞18之间的防转动功能可以利用通用形状的耦接或可以阻碍相对转动的任何其他类型的耦接(旋拧、焊接、胶合等)来实现。
在活塞与螺母之间直接耦接以及通过插入件32介导而耦接的两种情况下，耦接表面C、C'以及CIV不一定是完全重叠的，这是因为两个表面的至少部分相互适应和/或相切或相互接触就足够了。在适应的剖面的情况下(并且因此同轴，如在本文中所示出的情况下)，转动的预定横向轴线k将与剖面的共轴重合。相反，如果耦接表面(C、C”'以及CIV)相互相切但是具有不同的曲率半径，则螺母16和推力元件18、32之间的转动的预定横向轴线k将会与所述耦接表面的剖面的切线轴线重合。
此外，可以将凹剖面置于螺母上，并将相关联的凸剖面置于活塞上，或者反之亦然(这同样适用于插入件32和螺母16之间的耦接)。
总之，本文所描述的实施方案允许补偿活塞和循环滚珠螺杆之间的错位β，同时防止活塞18、螺母16以及钳体10之间的相互转动，从而保持活塞的冲程与螺杆的转动之间的预定相关性。
我们已描述了根据本发明的用于机电钳的致动器的各个方面和实施方案。应当理解的是，每种实施方案可以与任何其它实施方案相结合。此外，本发明不限于所描述的实施方案，而是可以在由所附权利要求所限定的范围内变化。

Claims (9)

1.一种机电制动钳(9)，包括钳体(10)和机电致动器(11)，所述机电致动器包括：
-螺杆(14)，所述螺杆能够围绕纵向轴线(x)转动；
-螺母(16)，所述螺母转动地耦接至所述螺杆(14)，所述螺母(16)能够沿着与所述螺杆(14)的所述纵向轴线(x)平行的方向移动；
-可移动推力元件(18、32)，所述可移动推力元件包括其自身的纵向轴线(y)并且轴向上与所述螺母(16)并置，所述螺母(16)接合在所述可移动推力元件(18、32)上；
-位于所述螺母(16)和所述可移动推力元件(18、32)之间的耦接界面，包括在所述螺母(16)中获得的至少第一耦接表面(C)和在所述可移动推力元件(18、32)中获得的至少第二耦接表面(C′、CIV)，所述第二耦接表面(C′、CIV)被至少部分地耦接至所述第一耦接表面(C)并且以推力关系与所述第一耦接表面(C)配合；
所述致动器(11)的特征在于：
所述第一耦接表面(C)和所述第二耦接表面(C′、CIV)中的一个是凹形的，并且所述第一耦接表面(C)和所述第二耦接表面(C′、CIV)中的另一个是凸形的且接合凹形的耦接表面，布置所述第一耦接表面(C)和所述第二耦接表面(C′、CIV)使得其允许所述螺母(16)相对于所述可移动推力元件(18、32)围绕本质上横向于所述螺杆(14)的所述纵向轴线(x)的单个预定轴线(k)的相对振荡；
并且其中，阻碍在所述螺母(16)和所述可移动推力元件(18)之间围绕所述可移动推力元件的纵向轴线(y)的相对转动，
并且其中，所述第一耦接表面(C)和所述第二耦接表面(C′、CIV)是基本上彼此互补的同轴柱形表面的部分，所述螺母(16)和所述可移动推力元件(18、32)被成形为允许它们围绕所述第一耦接表面(C)和所述第二耦接表面(C′、CIV)共同的轴线的相对振荡。
2.根据权利要求1所述的制动钳，其中，所述第一耦接表面(C)和所述第二耦接表面(C′、CIV)包括各自的剖面，所述各自的剖面基本上沿着所述单个预定轴线(k)相互相切并且从它们的相切区域开始在纵向上间隔开。
3.根据权利要求1所述的制动钳，其中，
-所述第一耦接表面(C)和所述第二耦接表面(C′、CIV)可替代地并且分别是所述螺母(16)和虚实体(30)的侧表面之间的对接表面，或者是所述可移动推力元件(18、32)和所述虚实体(30)的所述侧表面之间的对接表面；
-所述虚实体(30)包括虚轴线(z)，所述虚轴线相对于所述螺杆的所述纵向轴线(x)或者相对于所述可移动推力元件(18、32)的所述纵向轴线(y)倾斜一定虚角度(δ)；并且
-所述虚实体(30)与所述螺母(16)或所述可移动推力元件(18、32)至少部分相交。
4.根据权利要求3所述的制动钳，其中，所述虚实体(30)是柱形物。
5.根据权利要求3或4所述的制动钳，其中，所述虚角度(δ)为90°角。
6.根据权利要求1所述的制动钳，其中，所述可移动推力元件(18、32)包括同轴的且通过环形径向剖面(C″′、CV)相互耦接的活塞和插入件。
7.根据权利要求6所述的制动钳，其中，所述插入件包括至少一个调平件(32b)，所述至少一个调平件接合所述活塞的另外的剖面，适于阻碍所述插入件相对于所述活塞围绕共同纵向轴线(y)的相对转动。
8.根据权利要求1所述的制动钳，其中，在所述可移动推力元件(18)和所述钳体(10)之间设置有对比装置(26、28)，所述对比装置适于阻碍所述可移动推力元件和所述钳体围绕所述可移动推力元件(18)的所述纵向轴线(y)的相对转动。
9.根据权利要求8所述的制动钳，其中，所述对比装置(26、28)包括：
-在所述推力元件(18、32)中的轴向伸长凹部；以及
-与所述钳体(10)成一体的转动对比元件(26)，所述转动对比元件至少部分地突出到所述凹部中。
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