CN110439940B - 一种外抱带式齿形制动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外抱带式齿形制动器，属于车辆变速系统技术领域。包括制动毂、制动带和驱动机构，制动带采用分段对称式结构，在制动收缩过程中实现了同心且均匀地收缩，周向各啮合齿对的间隙同步减小，有利于实现多齿啮合，分担受力；驱动机构采用由电机驱动的丝杠螺母，对其机械自锁性的运用使得制动带制动状态能够自我保持，无需操纵机构持续做功出力来维持，使得控制系统能耗大幅降低的同时，控制系统安全性以及制动可靠性都有提升。同时在制动毂上的梯形齿安装有弹性齿套，起到了缓解冲击，均匀各齿受力的作用。

Description

一种外抱带式齿形制动器

技术领域

本发明涉及一种制动器，具体涉及一种外抱带式齿形制动器，属于车辆变速系统技术领域。

背景技术

传统燃油车辆自动变速器内部的行星变速机构换挡操纵元件常采用湿式多片制动器，依靠摩擦片间的摩擦转矩进行行星排构件的制动，摩擦片属于易耗品，重载大负荷工作下，容易出现摩擦片翘曲、烧蚀甚至断裂等现象，即使制动器处于空载分离状态也存在油液带排功率损耗，并且湿式多片制动器的操控还需要一套复杂笨重的液压控制系统来完成。然而，在新能源车特别是纯电驱动的车辆中，不便于布置利用发动机的持续运转保持取力的液压操纵系统，因此电驱动车辆有必要更换适宜的变速器换挡操作形式，而电力驱动操作的方式无疑最适合电动汽车。

另外，电动车辆最大的问题是续航里程不足，在电池容量难以跨越式提升的情况下，降低单位行驶距离的电耗是唯一出路，而提高传动效率以及整车轻量化是降低车辆电耗的有效方法。因此，在变速系统方面，电动也车辆亟需一种新型的、兼顾轻便与高效的变速器制动操纵装置。

现有技术中有如附图1所示的齿形带式制动器可以代替传统自动变速器中的多片式制动器，例如中国发明专利“一种齿形带式制动器”(申请号：201710473315.1)中公开了一种齿形带式制动器，其包括：制动带、梯形钢齿制动轮和制动杠杆；制动带围绕制动轮设置，在制动带内侧壁设置有梯形钢齿，制动带两端端部分别连接有制动杠杆，经制动杠杆与驱动力源连接，制动轮上加工有与梯形钢齿形状相同的梯形齿。在电磁缸或液压缸等驱动力源的作用下拉动制动杠杆，进而拉紧制动带，梯形钢齿随着制动带的抱紧变形，靠近制动轮上的梯形齿，当制动轮转到两梯形钢齿之间的齿槽位置时，梯形钢齿与制动轮上的梯形齿迅速啮合，啮合力所产生的沿径向向外的分力，与制动杠杆拉力沿径向向内的分力平衡，因此仅需提供较小的驱动力矩，就能提供较大的制动力矩，完成制动。

上述“齿形带式制动器”由传统摩擦带式制动器改良而来，避免了传统摩擦带式制动器由摩擦引起的功率损失和使用寿命短的问题，但是这种结构形式的制动器，会在抱紧时对制动轮的中心轴产生一定的径向冲击力，影响轴上轴承寿命。

其次，在制动时，连接在制动带两端的制动杠杆的驱动力源需要持续工作令制动杠杆位置不变以保持稳定制动，且制动带紧边侧驱动力源需要提供大小等于“所需制动力矩T”除以“制动轮半径R”的拉力，对驱动力源有较高的功率及持续工作能力的要求，使得驱动力源体积、重量和能耗仍然较大。

另外，上述齿形带式制动器还存在仅能单齿啮合承力的问题。原因在于这种由简单浮动式带式制动器为基础的齿形带式制动器抱紧收缩的过程并不可控，每次抱紧时带收缩过程的姿态不尽相同。带制动过程中，第一个带上钢齿与轮上钢齿接触后，以啮合齿为界可将两头的制动杠杆分为紧边侧制动杠杆和松边侧制动杠杆，紧边侧所受力将远大于松边侧，使得两边杠杆的运动产生差异，从而导致带产生非同心非均匀的收缩，这直接导致了制动带与制动轮上的多个钢齿无法全部有效啮合并承力制动力，使得单个钢齿啮合的情况使得改啮合齿受力大幅增加，危及啮合钢齿及其连接结构的强度与寿命安全。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种外抱带式齿形制动器，制动带采用分段对称结构，使得制动带能够同心同步收紧，且采用丝杠螺母作动机构完成对称齿带的收紧动作，使得制动力矩全部由零件机械强度承担，制动时无需持续做功输出制动力源。

所述的外抱带式齿形制动器包括：待制动部件、制动带和驱动机构；所述待制动部件为回转部件，所述制动器用于实现所述待制动部件的制动；

在所述待制动部件的外圆周面沿其周向均匀分布有2N个梯形齿A，N为大于等于1的整数；

所述制动带为半圆形结构，每个所述制动带内表面设置有N个用于和所述梯形齿A啮合的梯形齿B；两个所述制动带的弧形内凹面相对设置后外抱在所述待制动部件外部；

所述制动带的一端为固定端，另一端为活动端；每个所述制动带的活动端对应一套驱动机构；两个所述制动带的活动端相对；

当所述制动器不工作时，两个制动带的活动端处于分离状态，所述制动带内圆周面上的梯形齿B与待制动部件外圆周面上的梯形齿A处于脱离状态；

当需要制定所述待制动部件时，两个驱动机构带动两个制动带的活动端同步相向运动设定距离后自锁，使两个所述制动带对接形成完整的圆，所述梯形齿A与所述梯形齿B啮合。

作为本发明的一种优选方式，所述驱动机构包括：丝杠螺母总成和电机；设置在所述制动带活动端的挡板和与之对应的驱动机构中的丝杠螺母总成中的螺母固连，所述电机与丝杠螺母总成中的丝杠相连，所述电机驱动丝杠转动，进而通过螺母带动制动带的活动端沿丝杠的轴向移动。

作为本发明的一种优选方式，其特征在于，在每个梯形齿A上设置有弹性齿套。

作为本发明的一种优选方式，所述弹性齿套为工字型结构，所述弹性齿套横向放置在所述梯形齿A上的安装槽内，其两端分别与梯形齿A的两端抵触。

有益效果：

(1)该制动器改变车辆行星变速器中依靠摩擦制动的低效制动形式，将原本由摩擦力承担的制动力矩改为使用零件的自身强度来承担。具体为使用的制动带一端固定一端活动，且活动端利用丝杠螺母副的机械自锁特性使得制动力矩全部由零件机械强度承担，制动时无需持续做功输出制动力源，依靠梯形丝杠螺母副的自锁特性可以保持制动带活动端的位置，使得制动器的控制系统能耗大幅下降，同时避免了上述现有方案电机持续堵转工作可能带来的大量发热烧毁的风险；消除了湿式多片离合方案摩擦元件在空转时的粘滞功耗损失，不仅使得制动器能耗与成本进一步降低，也提高了系统可靠性。

(2)该制动器仅仅需要一个小型电机驱动的丝杠螺母作动机构完成对称齿带的收紧动作，作动机构能耗低且制动器不制动时不会存在油液带排等带来的功率损失，使变速器整体传动效率提高。另外，由于取消了液压系统，减少了取力机构、液压阀、管路、油液、摩擦片、对偶片、活塞、缸套等一大批零件，使得系统重量大幅减轻。

(3)制动带采用分段对称结构，且通过控制各段制动带运动的同步统一，能够使得制动带能够同心同步收紧，避免了对被制动件的径向不平衡力，并且利于实现多齿同时啮合、分担受力。

(4)弹性齿套结构的引入使得制动器的多齿啮合、受力均分更加容易实现，大大降低了制造装配误差、磨损老化等扰动因素对制动中实现多齿啮合的影响。并且利用弹性元件缓冲了原本刚性结构碰撞的剧烈冲击，降低了车辆换挡冲击度，对装备的寿命与车辆驾驶的舒适度都有利。

附图说明

图1为现有技术中一种齿形带式制动器的结构示意图；

图2为本发明的制动器的整体装配轴测视图；

图3为本发明的制动器处于制动状态时的主视图；

图4为弹性齿套的局部视图；

图5为本发明的制动器处于分离状态时的结构示意图。

其中：1-待制动部件，2-制动带，3-弹性齿套，4-弧面梯形齿A，5-连接销，6-固定支座，7-丝杠螺母总成，8-伺服电机，9-弧面梯形齿B

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种用于回转的行星排构件等类型的回转体的外抱带式齿形制动器，该制动器改变车辆行星变速器中依靠摩擦制动的低效制动形式，将原本由摩擦力承担的制动力矩改为使用零件的自身强度来承担。

以用于车辆行星变速器为例，如图2和图3所示，该外抱带式齿形制动器包括：待制动部件1、制动带2、弹性齿套3、弧面梯形齿4、固定支座6、丝杠螺母总成7和伺服电机8。

其中将车辆行星变速器行星排中的齿圈作为待制动部件1，当待制动部件1(即齿圈)制动时，实现换挡。在待制动部件1的外圆周面沿其周向均匀分布有四个弧面梯形齿A4(弧面梯形齿4指该梯形齿的齿顶面为弧面)。为降低制造装配误差、磨损老化等扰动因素对制动中实现多齿啮合的影响，在每个弧面梯形齿A4上加工有弹性齿套3的安装槽。如图4所示，弹性齿套3为工字型结构，弧面梯形齿A4表面加工周向的条形槽作为弹性齿套3的安装槽，弹性齿套3采用粘接、嵌套等方式安装在对应安装槽内，其中工字型弹性齿套3横向放置，其中间部位位于弧面梯形齿A4表面的条形槽内，两端分别与弧面梯形齿A4的两端抵触。弹性齿套3在制动过程中用以缓冲制动冲击、均匀各个齿所受冲击力，让制动器制动更平稳，提升制动器使用寿命。弹性齿套3可根据不同车辆吨位与传递功率的不同改变其尺寸及弹性材料刚度特性。

本例中，使用两个制动带2，制动带2为半圆形结构，每个制动带2内表面安装有两个弧面梯形齿B9，弧面梯形齿B9受成本与制作工艺要求的不同可以采用铆接、螺栓连接、焊接等不同连接方式。两个制动带2对接形成完整的圆形，四个弧面梯形齿B9在完整的圆形制动带内圆周沿其周向均匀分布，如图4所示，每个弧面梯形齿B9的中心对称线与装置水平线均成45°角，并关于水平线上下对称分布。弧面梯形齿B9各齿间距与待制动部件1上的弧面梯形齿A4的周向间隔角度相同。

制动带2一端作为固定端，在本例中制动带2的固定端通过钣金弯曲成型后插入连接销5与固定支座6铰接；另一端作为活动端。两个制动带2的活动端分别设置有挡板，两个挡板相对，每个制动带2的活动端由一套动力单元驱动其直线运动，使两个制动带2活动端相向运动，直至两个挡板接触，两个制动带2对接形成完整的圆形。

动力单元包括丝杠螺母总成7和伺服电机8，制动带2活动端的挡板和与之对应的动力单元中的丝杠螺母总成7中的螺母固连，伺服电机8与丝杠螺母总成7中的丝杠相连，伺服电机8驱动丝杠转动，使得螺母沿丝杠的轴向移动，进而由螺母带动制动带2的活动端沿丝杠的轴向移动。伺服电机8由配套的电机控制器及电脑程序控制其动作。伺服电机8是固定件，可固定在变速器箱体壁外等电气环境良好的位置。为了布置方便，伺服电机8不一定需要与丝杠螺母总成7共轴线，中间可通过齿轮组等装置传递运动。

该制动器的工作原理为：

该制动器不工作时，两个制动带2处于分离状态，如图5所示，制动带2内圆周面上的弧面梯形齿B9与待制动部件1外圆周面上的弧面梯形齿A4处于脱离状态，制动带2不影响待制动部件1的转动。

当车辆变速器需要换挡(即需要将行星变速器行星排中的齿圈制动时)时，该制动器工作，首先，车辆驱动电机切换至调速模式带动行星排的太阳齿轮的转速改变，通过行星排各构件间运动关系间接调整待制动部件1(行星排中的齿圈)至一较低转速。然后两侧伺服电机8同时开始带动丝杠旋转，螺母带动制动带2活动端开始同步相向运动，直至活动端竖直挡板接触后伺服电机8停止工作，利用梯形丝杠的机械自锁特性在受力时能锁住制动带2的活动端，等待待制动部件1上齿与制动带2上齿碰撞制动，则换挡完成，然后车辆驱动电机切换回扭矩输出模式，车辆恢复正常行驶。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，在制动带2活动端焊接一个外挂点以加装回位弹簧，在制动结束时帮助钢齿顺利脱开，令制动带2快速分离。回位弹簧的一端与制动带2外表面的外挂点相连，另一端与外部固定支撑件相连，回位弹簧的轴向与丝杠螺母总成7轴线平行，当两个制动带2结合处于制动状态时，拉伸回位弹簧，制动结束时，在回位弹簧回复力的作用下辅助两个制动带2分离。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种外抱带式齿形制动器，其特征在于，包括：待制动部件(1)、制动带(2)和驱动机构；所述待制动部件(1)为回转部件，所述制动器用于实现所述待制动部件(1)的制动；

在所述待制动部件(1)的外圆周面沿其周向均匀分布有2N个梯形齿A，N为大于等于1的整数；

所述制动带(2)为半圆形结构，每个所述制动带(2)内表面设置有N个用于和所述梯形齿A啮合的梯形齿B，使得所述制动带(2)为分段对称结构；两个所述制动带(2)的弧形内凹面相对设置后外抱在所述待制动部件(1)外部；

所述制动带(2)的一端为固定端，另一端为活动端；每个所述制动带(2)的活动端对应一套驱动机构；两个所述制动带(2)的活动端相对；两个制动带(2)的活动端分别设置有挡板，两个挡板相对；

当所述制动器不工作时，两个制动带(2)的活动端处于分离状态，所述制动带(2)内圆周面上的梯形齿B与待制动部件(1)外圆周面上的梯形齿A处于脱离状态；

当需要制动 所述待制动部件(1)时，两个驱动机构带动两个制动带(2)的活动端同步相向运动，直至两个挡板接触，使两个所述制动带(2)对接形成完整的圆，所述梯形齿A与所述梯形齿B啮合；

在每个梯形齿A上设置有弹性齿套(3)；所述弹性齿套(3)为工字型结构，所述弹性齿套(3)横向放置在所述梯形齿A上的安装槽内，其两端分别与梯形齿A的两端抵触；

所述驱动机构包括：丝杠螺母总成和电机；设置在所述制动带(2)活动端的挡板和与之对应的驱动机构中的丝杠螺母总成中的螺母固连，所述电机与丝杠螺母总成中的丝杠相连，所述电机驱动丝杠转动，进而通过螺母带动制动带的活动端沿丝杠的轴向移动；直至活动端竖直挡板接触后所述电机停止工作，利用梯形丝杠的机械自锁特性在受力时能锁住制动带(2)的活动端；

在所述制动带(2)的外表面设置有回位弹簧，所述回位弹簧一端与所述制动带(2)相连，另一端与外部固定件相连；当所述制动器制动时，所述回位弹簧处于拉伸状态。

2.如权利要求1所述的外抱带式齿形制动器，其特征在于，所述制动带(2)的固定端通过连接销与固定支座固接。

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