CN109386557A - 一种止动抱闸机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种止动抱闸机构，包括摩擦片模块、电磁铁模块和导向压紧结构；摩擦片模块叠放在交叉滚子轴承上并与交叉滚子轴承构成旋转副，电磁铁模块通过导向压紧结构设置在摩擦片模块上；在断电状态下，电磁铁模块对摩擦片模块产生电磁吸合力，导向压紧机构将电磁吸合力转化为施加于摩擦片模块上的正压力，从而使旋转副产生止动力矩，以维持止动抱闸机构的锁止状态；在通电状态下，电磁铁模块消除对摩擦片模块的电磁吸合力，从而消除旋转副的止动力矩，以解锁止动抱闸机构的锁止状态。本发明可以使电磁铁模块的最大吸合力转化为摩擦片模块的压紧力，提升摩擦片的止动性能，相比较于现有止动抱闸使用的弹簧压紧，压紧力提高5倍左右。

Description

一种止动抱闸机构
技术领域
本发明涉及一种抱闸，尤其涉及一种使用电磁铁和多片层关节的止动抱闸机构。
背景技术
众所周知，沿轴旋转运动机构的锁止是一个非常普遍的机械问题。为了实现旋转运动机构稳定可控的快速锁止与释放，电磁铁驱动的止动抱闸广泛应用于各种机械设备中。
如图1所示，为确保抱闸锁止的稳定性，现有电磁铁驱动的止动抱闸一般使用弹簧904压紧锁止与电磁铁905吸合释放的原理，即利用弹簧904的预紧力将与转轴连接的摩擦片902压紧在与基座906连接的摩擦片901上，依靠摩擦片901/902在压紧后产生的摩擦力维持锁止状态；电磁铁905则提供的吸合力把对吸铁块903吸下，用于抵抗弹簧904的预紧力，从而释放锁紧的摩擦片901/902。由于摩擦片901/902的压紧与释放需要行程，因此电磁铁905的吸合也必须提供相同或更大的行程才能将抱闸从锁紧状态下释放。根据电磁铁的负载曲线，当电磁铁905与对吸铁块903之间的距离为零时，电磁铁905与对吸铁块903之间的吸引力达到最大值，随着对吸铁块903与电磁铁905的距离增加，吸合力呈指数衰减。综合以上描述可知，弹簧904的预紧力远小于电磁铁905吸合时的吸引力，因此如果使用电磁吸合时的吸引力作为摩擦片之间的压紧力，止动抱闸的锁止性能将大幅提升。
此外，为提升抱闸锁止时的锁止力矩，大多数止动抱闸的摩擦片有两种结构：第一种为多片层结构，即使用多组摩擦片交错排列来提高抱闸的锁止性能，止动抱闸锁止时锁止力矩与摩擦片片层数量成正比例关系，由于摩擦片较为厚重，3-5组的摩擦片对于摩擦力的提升不明显，如果增加至10组以上的摩擦片往往存在结构笨重、抱闸刚性降低等问题；第二种为齿形结构，即在摩擦片的表面增加凹凸不平的齿形，抱闸锁止时齿形结构相互嵌入可以增加锁止性能，由于机械加工精度的限制，无法做到锁止于任意位置。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种使用电磁铁和多片层关节的止动抱闸机构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种止动抱闸机构，包括摩擦片模块、电磁铁模块和导向压紧结构；所述摩擦片模块叠放在交叉滚子轴承上并与所述交叉滚子轴承构成旋转副，所述电磁铁模块通过所述导向压紧结构设置在所述摩擦片模块上；
在断电状态下，所述电磁铁模块对所述摩擦片模块产生电磁吸合力，所述导向压紧机构将所述电磁铁模块与所述摩擦片模块之间电磁吸合力转化为施加于所述摩擦片模块上的正压力，从而使所述摩擦片模块与所述交叉滚子轴承的旋转副之间产生止动力矩，以维持止动抱闸机构的锁止状态；
在通电状态下，所述电磁铁模块消除对所述摩擦片模块的电磁吸合力，从而消除所述摩擦片模块与所述交叉滚子轴承的旋转副之间的止动力矩，以解锁止动抱闸机构的锁止状态。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述摩擦片模块包括至少一层摩擦片机构，每层所述摩擦片机构包括：转子摩擦组件，主要由转子摩擦片、转子间隔片和转子垫片交错层叠组成，所述转子摩擦组件固定连接在所述交叉滚子轴承的内圈上以形成所述旋转副的转子；定子摩擦组件，主要由定子摩擦片和定子间隔片交错层叠组成，所述定子摩擦组件固定连接在交叉滚子轴承的外圈上以形成所述旋转副的定子；所述定子摩擦片与所述转子摩擦片在所述交叉滚子轴承的外圈处具有重叠区域，所述重叠区域形成压紧区，在所述压紧区处所述定子摩擦片与所述转子摩擦片交错排列。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述导向压紧机构包括：对吸铁块安装板，设置在所述电磁铁模块上方；浮动压紧机构，所述浮动压紧机构的第一端与所述对吸铁块安装板相连接，所述浮动压紧机构的第二端与所述压紧区相接触；在断电状态下，所述电磁铁模块产生电磁吸合力，带动所述对吸铁块安装板和浮动压紧机构向靠近所述压紧区一侧移动，以使所述浮动压紧机构压紧所述摩擦片机构；在通电状态下，所述电磁铁模块消除电磁吸合力，所述浮动压紧机构向远离所述压紧区一侧移动，以使所述浮动压紧机构释放摩擦片机构。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述浮动压紧机构包括：压力传递杆，所述压力传递杆的第一端与所述对吸铁块安装板紧固连接；弹性压紧块，所述弹性压紧块通过紧固件连接在所述压力传递杆的第二端，用于与所述压紧区相接触。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述电磁铁模块包括：电磁铁安装基座，与所述定子固定连接；电磁铁，至少一组所述电磁铁安装在所述电磁铁安装基座上；对吸铁块，安装在所述对吸铁块安装板下部并与所述电磁铁相对应。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述压力传递杆为至少两根，多根所述压力传递杆与所述对吸铁块安装板组成一个框形结构，且所述电磁铁与所述对吸铁块的排布与所述压力传递杆的连线呈中心对称或轴对称布置，从而以等臂杠杆的形式实现多根所述压力传递杆上压紧力的均匀分配。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述浮动压紧机构还包括直线轴承，所述直线轴承分别滑动套设在所述压力传递杆外部，且所述直线轴承紧固连接在所述电磁铁安装基座上。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述转子摩擦片包括：同轴设置的转子摩擦片内环和转子摩擦片外环，以及若干连接在所述转子摩擦片内环和转子摩擦片外环之间的转子摩擦片连接部，所述转子摩擦片连接部采用切向筋条的设计形式且在轴向上具有小于0.05N/mm的刚性。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述摩擦片机构中的所述转子摩擦片为正向放置和/或反向放置，对于只承受一个方向力矩负载的止动抱闸机构，所述转子摩擦片为同一方向放置；而对于可承受两个方向力矩负载的止动抱闸机构，所述转子摩擦片为一正一反交替放置。
所述的止动抱闸机构，优选的，所述压紧区为一个点、一条线和/或一个面；所述转子摩擦片厚度为0.3mm，所述转子间隔片厚度为0.3mm，所述转子垫片厚度为0.225mm，所述定子摩擦片厚度为0.25mm，所述定子间隔片厚度为0.35mm；当所述摩擦片机构安装于交所述叉滚子轴承上时，所述定子摩擦片与所述转子摩擦片在所述压紧区处有0.025m的间隙。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明改变现有止动抱闸的力传递驱动方式，使用导向压紧机构的电磁铁模块，将电磁铁模块产生的电磁吸合力转换为摩擦片间的正压力，可以使电磁铁的最大吸合力转化为摩擦片的压紧力，提升摩擦片的止动性能，相比较于现有止动抱闸使用的弹簧压紧，压紧力提高5倍左右。2、本发明使用多层薄片的摩擦片机构，通过降低摩擦片厚度的方式在相同的体积增加层数，提高止动性能。3、本发明可以在有限的空间内提供更大的保持力矩，且由于空载力矩小、磨损少，其寿命可以达到100k次以上。
附图说明
图1是现有止动抱闸的结构示意图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明旋转副和摩擦片模块的结构示意图；
图4是本发明摩擦片模块的爆炸示意图；
图5(a)是本发明一实施例提供的摩擦片机构的结构示意图；
图5(b)是本发明另一实施例提供的摩擦片机构的结构示意图；
图6是本发明的剖视图；
图7是本发明在另一视角下的剖视图；
图8是本发明浮动压紧机构的结构示意图；
图9是本发明转子摩擦片的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
如图2所示，本实施例提供的止动抱闸机构，包括摩擦片模块001、电磁铁模块002、导向压紧结构003和交叉滚子轴承110；摩擦片模块001叠放在交叉滚子轴承110上与之构成旋转副，电磁铁模块002通过导向压紧结构003设置在摩擦片模块001上。在断电状态下，电磁铁模块002对摩擦片模块001产生电磁吸合力，导向压紧机构003将电磁铁模块002与摩擦片模块001之间电磁吸合力转化为施加于摩擦片模块001上的正压力，从而使摩擦片模块001与交叉滚子轴承110的旋转副之间产生止动力矩，以维持止动抱闸机构的锁止状态；在通电状态下，电磁铁模块002消除对摩擦片模块001的电磁吸合力，从而消除摩擦片模块001与交叉滚子轴承110的旋转副之间的止动力矩，以解锁止动抱闸机构的锁止状态。
在上述实施例中，优选的，如图3到图5所示，摩擦片模块001包括至少一层摩擦片机构101，每层摩擦片机构101包括：转子摩擦组件，主要由转子摩擦片104、转子间隔片105和转子垫片106交错层叠组成，转子摩擦组件固定连接在交叉滚子轴承110的内圈111上以形成旋转副的转子121；定子摩擦组件，主要由定子摩擦片102和定子间隔片103交错层叠组成，定子摩擦组件固定连接在交叉滚子轴承110的外圈112上以形成旋转副的定子122；定子摩擦片102与转子摩擦片104在交叉滚子轴承110的外圈112处具有重叠区域，该重叠区域形成压紧区107，在压紧区107处定子摩擦片102与转子摩擦片104交错排列。由此，定子摩擦片102、定子间隔片103、转子摩擦片104和转子间隔片105形成一层摩擦片机构101，并可以根据止动力矩的需求和电磁铁模块002的负载能力增加或减少摩擦片机构101的层数。当有一个正压力F垂直作用在压紧区107上时，由于力传递关系，每一个定子摩擦片102与转子摩擦片104在压紧区107处都会产生一个相同大小的正压力F。当止动抱闸机构临界滑动时，每一个摩擦面上都会出现一个F*u的摩擦力，以16片定子摩擦片102，15片转子摩擦片105，每片2个压紧区107为例，共有15*2＝30个压紧区，30*2＝60个摩擦面，共可以产生60*F*u的摩擦力，相比较单摩擦片的止动抱闸机构，止动性能可以提升60倍。
在上述实施例中，优选的，如图6、图7所示，电磁铁模块002包括：电磁铁安装基座201，与定子122固定连接，以形成一个刚性结构；电磁铁202，至少一组电磁铁202安装在电磁铁安装基座201上；对吸铁块203，安装在导向压紧机构003上。
在上述实施例中，优选的，如图7、图8所示，导向压紧机构003包括：对吸铁块安装板306，设置在电磁铁202上方，对吸铁块203安装在对吸铁块安装板306下部并与电磁铁202相对应；浮动压紧机构301，浮动压紧机构301的第一端与对吸铁块安装板306相连接，第二端可与摩擦片机构101的压紧区107相接触。在断电状态下，电磁铁202对对吸铁块203产生电磁吸合力，对吸铁块203带动对吸铁块安装板306和浮动压紧机构301向靠近压紧区107一侧移动，以使浮动压紧机构301压紧摩擦片机构101；在通电状态下，电磁铁202消除对对吸铁块203的电磁吸合力，浮动压紧机构301自动向远离压紧区107一侧移动，以使浮动压紧机构301释放摩擦片机构101。由于压紧区107与浮动压紧机构301为浮动面接触，因此不仅降低了转子摩擦片104和定子摩擦片103在压紧区107处的磨损，而且保证了压紧区107接触的稳定性。
在上述实施例中，优选的，浮动压紧机构301包括：压力传递杆302，压力传递杆302的第一端与对吸铁块安装板306紧固连接；弹性压紧块305，弹性压紧块305通过紧固件304分别连接在压力传递杆302的第二端，用于与压紧区107相接触。当压力传递杆302沿轴向受力时，弹性压紧块305可以自适应角度，确保在压紧区107处的面面接触。
在上述实施例中，优选的，压力传递杆302为至少两根，且多根压力传递杆302和对吸铁块安装板306组成一个框形结构，电磁铁202与对吸铁块306的排布与压力传递杆302的连线呈中心对称或轴对称布置，从而以等臂杠杆的形式实现多根压力传递杆302上压紧力的均匀分配。
在上述实施例中，优选的，浮动压紧机构301还包括直线轴承307，直线轴承307分别滑动套设在压力传递杆302外部，且直线轴承307紧固连接在电磁铁安装基座201上。由此，直线轴承307与压力传递杆302形成导向机构，直线轴承307可以对压力传递杆302的非轴向运动进行约束，保证了多根压力传递杆302的受力均衡，以及在负载下的轴向运动的稳定性和流畅性。
由于转子摩擦片104的形状会影响止动抱闸机构的性能，因此在上述实施例中，优选的，如图9所示，转子摩擦片104包括：同轴设置的转子摩擦片内环1041和转子摩擦片外环1042，以及若干连接在转子摩擦片内环1041和转子摩擦片外环1042之间的转子摩擦片连接部1043。由此，当止动抱闸机构锁止时，转子摩擦片外环1042与定子摩擦片102在压紧区107处靠摩擦力接触，外力的力矩经过过转子摩擦片内环1041，通过转子摩擦片连接部1043传递至转子摩擦片外环1042处的压紧区107上。同时，由于转子摩擦片外环1042在锁紧时相对于与定子122固定的转子摩擦片内环1041会有微小的沿轴向的位移，因此转子摩擦片连接部1043在轴向上应具有小于0.05N/mm的刚性，使得转子摩擦片外环1042更容易沿轴向产生位移，提升电磁铁202的吸合速度，降低对压紧力的损耗。更进一步地，为实现较高的止动力矩，转子摩擦片连接部1043采用切向筋条的设计形式。
在上述实施例中，优选的，摩擦片机构101中的转子摩擦片104既可以正向放置(如图5(a)所示)，也可以反向放置(如图5(b)所示)。对于只承受一个方向力矩负载的止动抱闸，转子摩擦片104应当以同一方向放置；而对于可承受两个方向力矩负载的止动抱闸，转子摩擦片104应当一正一反交替放置。
由于压紧区107的形状、大小会影响止动抱闸机构的性能，因此在上述实施例中，优选的，压紧区107可以是一个点、一条线和/或一个面。当摩擦片的平面度不高，且有翘曲时，过大的压紧区107，例如整个圆环面或半圆环面，会导致定子摩擦片102与转子摩擦片104在抱闸释放时于压紧区107发生接触产生摩擦，影响止动抱闸机构在松开时的顺畅转动。
由于定子摩擦片102和转子摩擦片104之间的间隔距离会影响止动抱闸机构的性能，因此在上述实施例中，优选的，转子摩擦片104厚度为0.3mm，转子间隔片105厚度为0.3mm，转子垫片106厚度为0.225mm，定子摩擦片102厚度为0.25mm，定子间隔片103厚度为0.35mm。当摩擦片机构101正确安装于交叉滚子轴承110上时，定子摩擦片与转子摩擦片在压紧区处有0.025m的间隙，以保证止动抱闸机构在松开时可以顺畅转动。
此外，由于电磁铁模块002和导向压紧机构003均为刚性结构，摩擦片机构101中个个部件的厚度均为已知，可以通过计算的方法确定止动抱闸机构的几何参数，例如压力传递杆302的长度，确保当止动抱闸机构吸合时电磁铁202与对吸铁块203之间的距离为0，从而将电磁铁202的吸引力完全转化为对摩擦片模块001的压紧力。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种止动抱闸机构，其特征在于，包括摩擦片模块(001)、电磁铁模块(002)和导向压紧结构(003)；所述摩擦片模块(001)叠放在交叉滚子轴承(110)上并与所述交叉滚子轴承(110)构成旋转副，所述电磁铁模块(002)通过所述导向压紧结构(003)设置在所述摩擦片模块(001)上；
在断电状态下，所述电磁铁模块(002)对所述摩擦片模块(001)产生电磁吸合力，所述导向压紧机构(003)将所述电磁铁模块(002)与所述摩擦片模块(001)之间电磁吸合力转化为施加于所述摩擦片模块(001)上的正压力，从而使所述摩擦片模块(001)与所述交叉滚子轴承(110)的旋转副之间产生止动力矩，以维持止动抱闸机构的锁止状态；
在通电状态下，所述电磁铁模块(002)消除对所述摩擦片模块(001)的电磁吸合力，从而消除所述摩擦片模块(001)与所述交叉滚子轴承(110)的旋转副之间的止动力矩，以解锁止动抱闸机构的锁止状态。
2.根据权利要求1所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述摩擦片模块(001)包括至少一层摩擦片机构(101)，每层所述摩擦片机构(101)包括：
转子摩擦组件，主要由转子摩擦片(104)、转子间隔片(105)和转子垫片(106)交错层叠组成，所述转子摩擦组件固定连接在所述交叉滚子轴承(110)的内圈(111)上以形成所述旋转副的转子(121)；
定子摩擦组件，主要由定子摩擦片(102)和定子间隔片(103)交错层叠组成，所述定子摩擦组件固定连接在交叉滚子轴承(110)的外圈(112)上以形成所述旋转副的定子(122)；
所述定子摩擦片(102)与所述转子摩擦片(104)在所述交叉滚子轴承(110)的外圈(112)处具有重叠区域，所述重叠区域形成压紧区(107)，在所述压紧区(107)处所述定子摩擦片(102)与所述转子摩擦片(104)交错排列。
3.根据权利要求2所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述导向压紧机构(003)包括：
对吸铁块安装板(306)，设置在所述电磁铁模块(002)上方；
浮动压紧机构(301)，所述浮动压紧机构(301)的第一端与所述对吸铁块安装板(306)相连接，所述浮动压紧机构(301)的第二端与所述压紧区(107)相接触；
在断电状态下，所述电磁铁模块(002)产生电磁吸合力，带动所述对吸铁块安装板(306)和浮动压紧机构(301)向靠近所述压紧区(107)一侧移动，以使所述浮动压紧机构(301)压紧所述摩擦片机构(101)；
在通电状态下，所述电磁铁模块(002)消除电磁吸合力，所述浮动压紧机构(301)向远离所述压紧区(107)一侧移动，以使所述浮动压紧机构(301)释放摩擦片机构(101)。
4.根据权利要求3所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述浮动压紧机构(301)包括：
压力传递杆(302)，所述压力传递杆(302)的第一端与所述对吸铁块安装板(306)紧固连接；
弹性压紧块(305)，所述弹性压紧块(305)通过紧固件(304)连接在所述压力传递杆(302)的第二端，用于与所述压紧区(107)相接触。
5.根据权利要求3所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述电磁铁模块(002)包括：
电磁铁安装基座(201)，与所述定子(122)固定连接；
电磁铁(202)，至少一组所述电磁铁(202)安装在所述电磁铁安装基座(201)上；
对吸铁块(203)，安装在所述对吸铁块安装板(306)下部并与所述电磁铁(202)相对应。
6.根据权利要求5所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述压力传递杆(302)为至少两根，多根所述压力传递杆(302)与所述对吸铁块安装板(306)组成一个框形结构，且所述电磁铁(202)与所述对吸铁块(306)的排布与所述压力传递杆(302)的连线呈中心对称或轴对称布置，从而以等臂杠杆的形式实现多根所述压力传递杆(302)上压紧力的均匀分配。
7.根据权利要求5所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述浮动压紧机构(301)还包括直线轴承(307)，所述直线轴承(307)分别滑动套设在所述压力传递杆(302)外部，且所述直线轴承(307)紧固连接在所述电磁铁安装基座(201)上。
8.根据权利要求2到7任一项所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述转子摩擦片(104)包括：
同轴设置的转子摩擦片内环(1041)和转子摩擦片外环(1042)，以及
若干连接在所述转子摩擦片内环(1041)和转子摩擦片外环(1042)之间的转子摩擦片连接部(1043)，所述转子摩擦片连接部(1043)采用切向筋条的设计形式且在轴向上具有小于0.05N/mm的刚性。
9.根据权利要求4到9任一项所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述摩擦片机构(101)中的所述转子摩擦片(104)为正向放置和/或反向放置，对于只承受一个方向力矩负载的止动抱闸机构，所述转子摩擦片(104)为同一方向放置；而对于可承受两个方向力矩负载的止动抱闸机构，所述转子摩擦片(104)为一正一反交替放置。
10.根据权利要求4到9任一项所述的止动抱闸机构，其特征在于，所述压紧区(107)为一个点、一条线和/或一个面；所述转子摩擦片(104)厚度为0.3mm，所述转子间隔片(105)厚度为0.3mm，所述转子垫片(106)厚度为0.225mm，所述定子摩擦片(102)厚度为0.25mm，所述定子间隔片(103)厚度为0.35mm；当所述摩擦片机构(101)安装于交所述叉滚子轴承(110)上时，所述定子摩擦片(102)与所述转子摩擦片(104)在所述压紧区(107)处有0.025m的间隙。
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