CN108253044A - 一种制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制动装置，其包括：基座、滑动轴承座、轴、扭转弹簧、弹性件、棘轮和棘爪；轴与滑动轴承座转动连接，轴与滑动轴承座还通过扭转弹簧连接；轴和棘轮固定；滑动轴承座与基座滑动连接，滑动轴承座与基座还通过弹性件沿滑动方向连接；轴的外周适于受到持续的切向力驱动；棘爪和基座固定，滑动轴承座受拉动而滑动后，棘轮和棘爪啮合，啮合用于阻止轴沿切向力方向旋转。本发明提供的制动装置，轴的外周运动可以展开成为远端、长行程运动，扭转弹簧可以保证复位。棘爪啮合棘轮，制止轴继续转动。滑动轴承座的滑动距离小于轴外周的运动长度。利用简单、紧凑的机械结构实现了对远端、长程运动的制动。

Description

一种制动装置
技术领域
本发明涉及机械制动领域，尤其是一种制动装置。
背景技术
自工业革命以来，生产力的发展与机械设备及各种机械装置紧密相连。无论是在制造业，还是生活领域，各类巧妙的机械装置都随处可见。机器运行都免不了制动，或者为了工人的安全，在很多场合需要紧急制动装置。对于机械类紧急制动装置，最为常见的就是汽车领域。当然，在其他机械设备、动力设备、机床、船舶、生活用电器等，也均存在制动装置。
长程制动往往使用电气化设备，其成本高、结构复杂。而一般的机械结构如连杆、杠杆等结构都比较大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种结构紧凑的制动装置。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种制动装置，其包括：基座、滑动轴承座、轴、扭转弹簧、弹性件、棘轮和棘爪；所述轴与滑动轴承座转动连接，同时所述轴与滑动轴承座还通过扭转弹簧连接；所述轴和所述棘轮固定连接；所述滑动轴承座与所述基座滑动连接，同时滑动轴承座与所述基座还通过弹性件沿所述滑动方向连接；所述轴的外周适于受到持续的切向力驱动；所述棘爪和基座固定连接，所述滑动轴承座受所述切向力拉动而滑动后，所述棘轮和棘爪啮合，所述啮合用于阻止轴沿所述切向力的拉动方向旋转。
优选的，使所述扭转弹簧产生单位转角的载荷为CT；使所述弹性件产生单位形变的载荷为k；所述切向力的半径为r；k*r/CT≥5。
优选的，所述扭转弹簧为卷簧和/或扭簧；所述弹性件为拉簧和/或压簧。
优选的，还包括连接带，所述连接带一端与轴周向固连，另一端用于提供所述切向力。
进一步的，还包括固定轴承座和销轴；所述连接带6沿轴9周向张开后，周向接触所述销轴后转向。
进一步的，还包括滚轮，所述滚轮套在销轴外周，与销轴转动连接；所述连接带周向接触所述滚轮后转向。
优选的，还包括齿轮和齿条，所述轴与齿轮固连，所述齿条与齿轮啮合；所述齿条提供所述切向力，所述齿轮复位时带动所述齿条复位。
优选的，所述棘爪沿所述滑动方向的位置可调。
进一步的，所述基座包括第三安装孔和螺纹孔，还包括螺杆和顶紧弹簧；所述螺纹孔和螺杆相配合，所述螺杆用于抵住所述棘爪；所述顶紧弹簧用于压紧所述棘爪；所述棘爪在第三安装孔内沿所述滑动方向调整。
优选的，所述弹性件与所述基座的固定连接点可沿所述滑动方向调整。
(三)有益效果
本发明提供一种制动装置，轴的外周运动可以展开成为远端、长行程运动，扭转弹簧可以保证复位。滑动轴承座克服弹性件的弹力滑动，使得棘爪啮合棘轮，制止轴继续转动。滑动轴承座的滑动距离小于轴外周的运动长度。利用简单、紧凑的机械结构实现了对远端、长程运动的制动。
k*r/CT>5使得弹性体的变形量更小、轴的外周运动更远。结构更紧凑。
卷簧或扭簧提供给轴转矩，拉簧或压簧给予滑动轴承座沿滑动方向的弹力。
连接带一端固定在轴外周，同时在轴上沿周向缠绕，另一端受拉动，可以提供给轴持续的切向力。且受拉动的一端处于远端，运动行程长。
通过设置销轴，可以灵活调整连接带受拉力端的拉力方向，而轴受到的拉力能较好的沿着滑动方向，减小滑动轴承座与基座之间的摩擦。滚轮可以减少连接带与销轴间的摩擦。
齿条和齿轮啮合后，效果类似连接带，可以拉动轴转动，轴复位时也会推回齿条，但是齿条两端不必固定。
调整棘爪和弹性件固定点，都用于调整制动时的总行程。只需很小的调整棘爪或弹性件固定点位置，就可以很大的调整行程长短。
螺杆加顶紧弹簧是一种调整方式，将螺杆设置在棘爪的背后，更牢固，保证制动更及时。
附图说明
图1为一种制动装置的非制动状态示意图；
图2为图1中运动部结构示意图；
图3为图1的制动状态示意图；
图4为图1中基座的结构示意图；
图5为一种可调棘爪结构示意图；
图6为图5的左视图示意图。
【附图标记说明】
1：基座；101：第一安装孔；102：滑轨；103：第二安装孔；104：第三安装孔；2：棘爪；3：棘轮；4：销轴；5：卷簧；6：连接带；7：滚轮；8：固定轴承座；9：轴；10：轴承；11：滑动轴承座；12：拉簧；13：立柱。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，轴9与滑动轴承座11通过轴承10滚动连接。轴承10用来减小摩擦力。本实施例在轴9的两端设置了两个滑动轴承座11，支撑的更稳固，也可以只设置在一端，支撑稳定即可。
轴9与滑动轴承座11之间还连接有卷簧5，也可以是扭簧或是其他类型的扭转弹簧，用于给轴9提供转矩，使轴9复位。
滑动轴承座11与基座1滑动连接，滑动的方向与轴9的转轴垂直。滑动轴承座11通过拉簧12与立柱13固连，立柱13与基座1固连。拉簧12即为提供弹力的弹性体。其实也可以在滑动轴承座11的另一面设置压簧。只要弹性体提供的弹力沿着滑动轴承座11的滑动方向即可。
连接带6一端固定在轴9外周，缠绕在轴9上几圈后，另一端受拉力的展开。在连接带6的展开方向上，销轴4通过固定轴承座8固连在基板1上。销轴4上还套有滚轮7。连接带6绕过滚轮7，这样滚轮7与轴9之间的连接带6为横向的拉住轴9的外周；绕过滚轮7部分的连接带6则可以转向其他方向拉动。实际上轴9外周受到的力有切向的分力即可，为了克服竖直分力造成的摩擦力，可以在滑动轴承座11与基座1之间设置滚珠轨道。
轴9的两端设置有棘轮3，也可只设置一个，基座1上设置对应数量的棘爪2。棘轮3随着滑动轴承座11向拉力方向滑动后，会与棘爪2啮合。二者啮合后可以阻止轴9继续转动。本实施例连接带6顺时针缠绕，也可以逆时针缠绕，对应的棘齿方向需要反过来。
图2所示，随着连接带6的拉动，滑动轴承座11、轴9和棘轮3整体克服拉簧12的拉力滑动。连接带6的活动端可以打孔，以便于施加拉力。
如图3所示，利用短棍穿过连接带6的孔，拉动连接带6的活动端。由于连接带6缠绕在轴9的外周，因此连接带6施加给轴9一个切向力，施力点的半径为r。轴9的半径为R。暂时忽略连接带6的厚度变化，则r＝R。
切向力的传递路径为：连接带6、轴9、卷簧5、滑动轴承座11(忽略轴承10)、拉簧12和立柱13。同时，滑动轴承座11收到基座1的限制只能滑动不能转动。
对轴9受力分析，在垂直于轴9的竖直平面内，平移此切向力至轴9的轴线处，则得到一个拉力和一个顺时针的力矩。轴9不断旋转放出缠绕其上的连接带6，卷簧5不断卷曲蓄能并抵抗此力矩。滑动轴承座11沿切向力方向滑动，拉长拉簧12，拉簧12的拉力转换为滑动轴承座11对轴9的支撑力，以抵抗切向力转化的拉力。
随着滑动轴承座11不断前移，棘轮3与棘爪2啮合，棘齿方向限制轴9的转动。则连接带6不能再继续运动。本实施例由非制动状态转变为制动状态。
当连接带6不再收到拉动力时，拉簧12拽动滑动轴承座11复位，同时卷簧5带动轴9转动复位并且使得连接带6缠绕在轴9外周。
卷簧5的弹簧常数为CT＝dT/dθ，T为转矩载荷，θ为转角。拉簧12的弹簧常数为k＝dF/dx，F为拉力载荷，x为形变长度(本实施例中，x即使滑动轴承座11的滑动距离)。本实施例中由于设置了两个拉簧12，k指的是两个拉簧12并联后等效成一个拉簧的弹簧常数。本例中k＝k1+k2，k1、k2分别为两个拉簧12的弹簧常数。若有多个卷簧5，CT也是指多个卷簧5等效成一个卷簧的弹簧常数。
本实施例选取R为1，r＝R。当k*r/CT＝5，则连接带6的运动距离L是滑动轴承座11的运动距离x的5倍；当k*r/CT＝10，则连接带6的运动距离L是滑动轴承座11的运动距离x的10倍。
若先确定了使用的卷簧5和拉簧12之后，调整轴9的R，或调整棘轮3与棘爪2的距离，也可以调整连接带6的实际运动距离，L＝k*x*R/CT。
如图4所示，基座1上包括安装立柱13的第一安装孔101，安装滑动轴承座11的滑轨102，安装固定轴承座8的第二安装孔103，安装棘爪2的第三安装孔104。
滑轨102为T形槽，也可以是燕尾槽等其他形状。参考图2，与之配合的滑动轴承座11做成对应的形状即可。第二安装孔103的安装位置，使得销轴4与连接带6的运动方向垂直且与轴9平行，实际上也可以成一定角度，如45度，可以在3维空间内灵活的调整连接带6的拉动方向。
如图5所示，第一安装孔101和第三安装孔104决定了棘轮3与棘爪2啮合前的运动距离。将第三安装孔104制成槽状，槽整体沿着滑轨102的方向。基座1上还包括一个贯通外部与第三安装孔104的螺纹孔，与螺纹孔配合的螺杆抵在棘爪2背向棘轮的一面。棘爪2另一面安装有顶紧弹簧。通过调节螺杆，可以调节棘爪2的位置。图中棘爪2张霞两支撑面受基座1约束，不会翻转。
实际上，立柱13也可以设计成可调节的结构，只是这样会使得滑动轴承座11的初始位置有所变化。或者沿滑动方向设置多个立柱13，然后拉簧12可以更换其实际固连的立柱13。通过对拉簧12的固定连接点和/或棘爪2的小量调节，可达到对远端行程的大跨度调节并制动。
实施例2
轴9中段包括固连的齿轮，还包括一根齿条与齿轮啮合。齿轮与基座之间的距离适于限制齿条的啮合距离。齿条可以为软齿条。
当齿条拉动时，轴9受到切向力。卷簧5卷曲，同时滑动轴承座11滑动，拉簧12拉长，当棘轮3与棘爪2啮合后，轴9受制动而停止转动。
当齿条不在受拉动力，则在拉簧2和卷簧5的作用下，本实施例复位，并且齿轮带动齿条也复位。
上实施例仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种制动装置，其特征在于，其包括：基座(1)、滑动轴承座(11)、轴(9)、扭转弹簧(5)、弹性件(12)、棘轮(3)和棘爪(2)；
所述轴(9)与滑动轴承座(11)转动连接，同时所述轴(9)与滑动轴承座(11)还通过扭转弹簧(5)连接；所述轴(9)和所述棘轮(3)固定连接；
所述滑动轴承座(11)与所述基座(1)滑动连接，同时滑动轴承座(11)与所述基座(1)还通过弹性件(12)沿所述滑动方向连接；
所述轴(9)的外周适于受到持续的切向力驱动；
所述棘爪(2)和基座(1)固定连接，所述滑动轴承座(11)受所述切向力拉动而滑动后，所述棘轮(3)和棘爪(2)啮合，所述啮合用于阻止轴(9)沿所述切向力的拉动方向旋转。
2.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于：使所述扭转弹簧(5)产生单位转角的载荷为CT；使所述弹性件(12)产生单位形变的载荷为k；所述切向力的半径为r；
k*r/CT≥5。
3.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于：所述扭转弹簧为卷簧(5)和/或扭簧；所述弹性件为拉簧(12)和/或压簧。
4.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于：还包括连接带(6)，所述连接带(6)一端与轴(9)周向固连，另一端用于提供所述切向力。
5.如权利要求4所述的制动装置，其特征在于：还包括固定轴承座(8)和销轴(4)；
所述连接带(6)沿轴(9)周向张开后，周向接触所述销轴(4)后转向。
6.如权利要求5所述的制动装置，其特征在于：还包括滚轮(7)，所述滚轮(7)套在销轴(4)外周，与销轴(4)转动连接；
所述连接带(6)周向接触所述滚轮(7)后转向。
7.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于：还包括齿轮和齿条，所述轴(9)与齿轮固连，所述齿条与齿轮啮合；
所述齿条提供所述切向力，所述齿轮复位时带动所述齿条复位。
8.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于：所述棘爪(2)沿所述滑动方向的位置可调。
9.如权利要求8所述的制动装置，其特征在于：所述基座(1)包括第三安装孔(104)和螺纹孔，还包括螺杆和顶紧弹簧；
所述螺纹孔和螺杆相配合，所述螺杆用于抵住所述棘爪(2)；所述顶紧弹簧用于压紧所述棘爪(2)；
所述棘爪(2)在第三安装孔(104)内沿所述滑动方向调整。
10.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于：所述弹性件(12)与所述基座(1)的固定连接点可沿所述滑动方向调整。
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