CN112412198A - 一种基于方向控制的无源全程锁闭装置 - Google Patents

Abstract

发明公开一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，包括一个与门传动部件连接的内套，一个允许内套在关门方向自由转动的单向离合器，一个与单向离合器外壳固定连接的带啮合齿的套筒，一个与内套设置有额定转动空程的驱动件，一个与套筒可离合的止动件，一个或一组作用在止动件使之与套筒趋于啮合的弹力件，一个旋转支承套筒、驱动件及其它必要安装的壳体，还包括一个凸轮，一个与凸轮配合构成凸轮机构的从动件，一个或一组力矩发生件；所述凸轮与所述从动件之间设置有额定转动空程。本发明彻底解决了现有装置的原理缺陷，且总体结构具有紧凑、简洁的特点。

Description

一种基于方向控制的无源全程锁闭装置

技术领域

本发明涉及于门扇锁闭装置技术领域，具体涉及一种基于方向控制的无源全程锁闭装置。

背景技术

全程锁闭装置是交通领域的门系统锁装置的一个重要类型，以其全程单向锁闭特性而使门获得一些特别的功能和性能。依全程锁闭装置是否具有独立控制动力元件，又可分为“有源全程锁闭装置”和“无源全程锁闭装置”。“有源全程锁闭装置”结构复杂、体积大、成本高、笨重及能耗高，“无源全程锁闭装”结构紧凑、成本低、重量轻且无能耗。

专利申报96101108.4公开了一种驱动装置，该装置区别于普通单向装置是具有受凸轮控制的可变楔形面，通过旋转动力元件（比如电机）的定子和转子的反作用力矩来控制单向装置的楔紧作用，使旋转动力（比如电机）端双向可转动，而门传动部件（比如丝杆）端仅能单向转动。

专利02138621.8公开了一种装置，该装置从动轴是单向轴承的内凸轮，其与普通单向装置一样仅能单向转动，主动轴设置有处于内凸轮与楔紧元件之间的拨动叉，主动轴通过其与从动轴之间的位置差动来控制楔紧元件的工作状态来实现双向转动。

专利201010254125.9公开了一种装置，该装置以螺旋弹簧为单向元件，从动轴与普通单向装置一样仅能单向转动，主动轴通过与从动轴之间的位置差动来控制螺旋弹簧的扩张来实现双向转动。

专利201710569138.7公开了一种装置，该装置通过凸轮和置于凸轮与止动齿盘之间的滚动元件来控制单向离合器固定侧与止动齿盘之间的离合，进而实现整个装置工作状态由主动轴的转动方向控制。

上述发明中，前3种装置要么通过旋转动力元件（比如电机）的定子与转子反作用力矩控制楔形面工作（定子与转子的转动差），要么通过主动轴与从动轴的之间的转动差控制单向原件接触状态工作，但本质上同属于转动差工作；这种工作方式的装置要正常工作，其必要条件是稳定维持“转动差”，但实际门运动环境中，转动速度是按升速、匀速及降速三态工作的，甚至在这三个阶段还不可避免反复调速，因此“转动差”状态难以全程维持；其结果是开门过程中会发生瞬间结合制动，造成门运行不平稳，发出严重的制动噪音，影响装置寿命，甚至无法打开门。

第4种装置在原理上实现了“单向离合器固定侧与止动齿盘之间的离合”由主动轴的转动方向控制，与前3种装置在设计思想上有本质的不同；但由于滚动元件与凸轮和止动齿盘工作面同时接触，凸轮需要滚动元件公转角度的2倍转角，因此该装置的空程角较大，这提高了对门的速度控难度；另一方面，实践中由于门调速以及机械元件惯量的存在，开门初始阶段可能发生齿盘之间齿尖相对或半啮合的概率，此时无法保证滚动元件同时与凸轮和止动齿盘工作面接触，该种情况属于凸轮机构力封闭失效，因此难以实现当次连续开门，一旦出现，就需要反复尝试关门再开门循环，才能打开门，因此难以可靠工作。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，该装置适应门开闭循环中复杂的变速条件，保证锁闭可靠并开关门流畅，彻底避免现有类似装置的原理缺陷，具有结构紧凑、简洁的特点。

技术方案：本发明所述一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，包括一个与门传动部件连接的内套，一个允许内套在关门方向自由转动的单向离合器，一个与单向离合器外壳固定连接的带啮合齿的套筒，一个与内套设置有额定转动空程的驱动件，一个与套筒可离合的止动件，一个或一组作用在止动件使之与套筒趋于啮合的弹力件，一个旋转支承套筒、驱动件及其它必要安装的壳体，还包括一个凸轮，一个与凸轮配合构成凸轮机构的从动件，一个或一组力矩发生件；所述凸轮与所述从动件之间设置有额定转动空程；所述力矩发生件与所述凸轮或所述从动件机械关联，使所述凸轮或所述从动件在额定力矩内保持所需的静止或转动状态。

优选地，所述从动件包含保持架和滚轮。

优选地，所述力矩发生件是弹力摩擦式的。

优选地，所述力矩发生件是由环形弹簧与对应摩擦件构成的。

优选地，所述凸轮为轴向或径向的。

优选地，所述内套与所述驱动件之间设置有扭簧，且扭力使驱动件趋于关门方向转动。

优选地，所述单向离合器为轴承式单向离合器、齿式单向离合器、弹簧式单向离合器中的一种。

优选地，所述止动件是止动齿盘或止动销。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、与现有技术相比，本发明的创新点在于增加了“力矩发生件”；当没有采用力矩发生件的设计时，相应的装置在实验和使用的过程中会发生工作不稳定的情况，即有时不能正常开门；然而，由于该装置为封闭结构，构件内部的实际运动过程情况、尤其是故障瞬间的运动过程情况，难以凭肉眼或借助仪器观测到，即便事后进行拆解也无法找到问题原因；这样就给装置改进设置了很高的难度；发明人通过大量的实验并对照机构原理进行反复推理，终于发现：现有装置正常工作的条件是，从动件必须与轴向凸轮和止动件同时保持接触并压紧，否则从动件就会在斜面底部跟随凸轮一起转动而无法滚动爬升至斜面顶部；然而一些偶然因素会导致从动件与轴向凸轮和止动件无法同时保持压紧,在此情况下则无法实现止动件有效分离，因而无法完成预期自动开门功能；最后，发明人通过增加一个或一组力矩发生件，使得从动件获得一个初始力矩，保证轴向凸轮转动时从动件不会于斜面底部跟随其转动,从而彻底消除了故障隐患；并且经过大量实验验证了本发明的技术方案的工作性能稳定、可靠；

2、本发明提供的无源全程锁闭装置，仅依赖主动轴“转动方向”工作，并将驱动件与内套之间的空程缩小一半，更重要的是其能很好的适应门开闭循环中的变速度模式，降低了控制难度，彻底解决了现有装置的原理缺陷，且总体结构具有紧凑、简洁的特点。

附图说明

图1是本发明实施例1各构件总体布置轴侧图。

图2是本发明实施例1轴向凸轮及驱动件轴侧图。

图3是本发明实施例1从动件及力矩发生件轴侧图。

图4是本发明实施例2各构件总体布置轴侧图。

图5是本发明实施例2轴向凸轮、力矩发生件及驱动件轴侧图。

图6是本发明实施例2从动件轴侧图。

图7是本发明实施例3各构件总体布置轴侧图。

图8是本发明实施例3径向凸轮、力矩发生件及驱动件轴侧图。

图9是本发明实施例3从动件轴侧图。

附图中，1-内套，2-单向离合器，3-套筒，4-凸轮，5-从动件，6-环形弹簧，7-驱动轴，8-端齿盘，9-圆柱弹簧，10-壳体，11-扭转弹簧，12-销，13-止挡销，51-保持架，52-滚轮。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，包括一个与门传动部件连接的内套1，一个单向离合器2，一个带端齿盘的套筒3，一个与驱动轴7一体设计的轴向凸轮4，一个从动件5，一个环形弹簧6，一个端齿盘8，一个圆柱弹簧9，一个壳体10，一个扭转弹簧11。内套1安装在单向离合器2内并与轴向凸轮4呈转动空程嵌套，单向离合器2的固定侧（外壳）与套筒3固定联结，套筒3的齿盘与端齿盘8配对离合，轴向凸轮4上有销12插入从动件5的保持架51的开口内实现两者转动空程嵌套，一组滚轮52在轴向凸轮4的对应台阶坡道上滚动，环形弹簧6安装在保持架51的沟槽中，环形弹簧6的弹力抱紧保持架51，使二者转动时产生阻力矩，环形弹簧6的开口卡在端齿盘8的销上，以阻止环形弹簧6相对端齿盘8转动，圆柱弹簧9压紧在端齿盘8上，使端齿盘8趋向与套筒3的齿盘啮合，壳体10旋转支承套筒3、驱动轴7及提供其它必要安装基体，扭簧11安装在内套1的外圆上且两端分别支撑在内套1和轴向凸轮4上，使两者预紧趋向于轴向凸轮4的关门方向。

对照图1-3，阐述开门过程，开门流程启动前，装置处于锁闭状态，此时从动件5的滚轮52位于轴向凸轮4台阶的底部，端齿盘8与套筒3处于啮合状态；驱动轴7向顺时针方向转动（图1自左向右看），由于环形弹簧6产生的摩擦力矩阻止从动件5转动，因此滚轮52将从轴向凸轮4的台阶底部沿坡道爬升至顶部，在此过程中从动件5被迫向左（图1）轴向位移，进而推动端齿盘8向左（图1）位移，并在轴向凸轮4与内套1之间的空程结束前完成端齿盘8与套筒3的分离，此时轴向凸轮4与从动件5之间的空程也基本同时结束，此后从动件5和内套1都将在轴向凸轮4的带动下做同步转动，因套筒3此前已被释放，也将在单向离合器2的作用下跟随内套1转动，至此实现解锁开门过程。在此讨论一下驱动轴7在解锁过程中减速的情况，这是已知当前无源全程锁闭装置难以处理的阶段，在驱动轴7减速尤其在调速不当而急减速时，从动件5可能在惯性作用下超前于轴向凸轮4而重新进入斜坡甚至到达台阶底部，此时端齿盘8在圆柱弹簧9的推动下重新与套筒3啮合，但此时套筒3处于转动状态，二者很难彻底啮合（齿顶相对或半深度啮合），因此端齿盘8与从动件5之间失去压紧作用，滚轮52与轴向凸轮4之间也难以建立一般意义上的凸轮力封闭，但本发明装置所设置的环形弹簧6可以让凸轮机构仍然能保持良好工作，驱动轴7的转动将继续完成解锁开门，因此能彻底解决已知当前无源全程锁闭装置面临的问题。

关门过程是上述开门的逆过程，对于机械设计的专业人员来说很容易理解，在此不再累述。

实施例2

一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，包括一个与门传动部件连接的内套1，一个单向离合器2，一个带端齿盘的套筒3，一个轴向凸轮4，一个从动件5，一个环形弹簧6，一个驱动轴7，一个端齿盘8，一个圆柱弹簧9，一个壳体10，一个扭转弹簧11。内套1安装在单向离合器2内并与驱动轴7转动空程嵌套，单向离合器2的固定侧（外壳）与套筒3固定联结，套筒3的齿盘与端齿盘8配对离合，轴向凸轮4空套在驱动轴7上，并有销12插入保持架51的开口内实现两者转动空程嵌套，一组滚轮52在轴向凸轮4的对应台阶坡道上滚动，从动件5的保持架51与端齿盘8固定联结，环形弹簧6安装在驱动轴7的圆盘上的沟槽中，环形弹簧6的弹力抱紧驱动轴7，使二者转动时产生阻力矩，环形弹簧6的开口卡在轴向凸轮4上的销12上，以阻止环形弹簧6相对轴向凸轮4转动，圆柱弹簧9压紧在端齿盘8上，使端齿盘8趋向于与套筒3的齿盘啮合，壳体10旋转支承套筒3、驱动轴7及提供其它必要安装基体，扭簧11安装在内套1的外圆上且两端分别支撑在内套1和轴向凸轮4上，使两者预紧趋向于轴向凸轮4的关门方向。

对照图1-6及以上阐述可知，实施例2工作方式与实施例1基本相同，与实施例1相比，结构差异有两点：1）环形弹簧6的力矩限定改为驱动轴7与轴向凸轮4之间；2）从动件5改为与端齿盘8固定联结；这些结构变化导致的结果是在开关门循环中，从动件5不再跟随驱动轴7转动，轴向凸轮4在完成端齿盘8与套筒3之间的离合后也不跟随驱动轴7转动，因此实施例2与实施例1相比，结构稍显复杂，工作效果基本相同。

实施例3

一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，包括一个与门传动部件连接的内套1，一个单向离合器2，一个带圆柱齿盘的套筒3，一个径向凸轮4，一个从动件5，一个环形弹簧6，一个驱动轴7，一个圆柱弹簧9，一个壳体10，一个扭转弹簧11，一个止挡销13。内套1安装在单向离合器2内并与驱动轴7转动空程嵌套，单向离合器2的固定侧（外壳）与套筒3固定联结，套筒3的圆柱齿盘与从动件5的楔形部51配对离合，径向凸轮4空套在驱动轴7上，与壳体10固定联结的止挡销13插入径向凸轮4的缺口中，以限制径向凸轮4的转动角度，从动件5的滚轮52在径向凸轮4的对应台阶坡道上滚动，从动件5间接支承在壳体10上并在圆柱弹簧9作用下保持滚轮52与径向凸轮4贴合，环形弹簧6安装在径向凸轮4的沟槽中，环形弹簧6的弹力抱紧径向凸轮4，使二者转动时产生阻力矩，环形弹簧6的开口卡在驱动轴7上的销12上，以阻止环形弹簧6相对驱动轴7转动，壳体10旋转支承套筒3、驱动轴7及提供其它必要安装基体，扭簧11安装在内套1的外圆上且两端分别支撑在内套1和驱动轴7上，使两者预紧趋向于驱动轴7的关门方向。

对照图7-9，阐述开门过程，开门流程启动前，装置处于锁闭状态，此时从动件5的滚轮52位于径向凸轮4台阶的底部，楔形部51与套筒3处于啮合状态；驱动轴7向顺时针方向转动（图7自左向右看），由于环形弹簧6产生的摩擦力矩带动径向凸轮4转动，因此滚轮52将从径向凸轮4的台阶底部沿坡道爬升至顶部，在此过程中，从动件5的楔形部51被推动与套筒3的圆周齿逐渐分离，并在驱动轴7与内套1之间的空程结束前完成分离，此时径向凸轮4因与止挡销13之间的空程也同时结束而停止转动，此后内套1将在驱动轴7的带动下做同步转动，因套筒3此前已被释放，也将在单向离合器2的作用下跟随内套1转动，至此实现解锁开门过程。

关门过程是上述开门的逆过程，对于机械设计的专业人员来说很容易理解，在此不再累述。

实施例3的内部结构更简化，但在相同空间布置下，装置所能承受的锁闭力矩比实施例1和2要小，且外部手动解锁辅助机构及其检测元件布置也更困难。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，包括一个与门传动部件连接的内套（1），一个允许内套（1）在关门方向自由转动的单向离合器（2），一个与单向离合器（2）外壳固定连接的带啮合齿的套筒（3），一个与内套（2）设置有额定转动空程的驱动件（7），一个与套筒（3）可离合的止动件（8），一个或一组作用在止动件（8）使之与套筒（3）趋于啮合的弹力件（9），一个旋转支承套筒（3）、驱动件（7）及其它必要安装的壳体（10），其特征在于：还包括一个凸轮（4），一个与凸轮（4）配合构成凸轮机构的从动件（5），一个或一组力矩发生件（6）；所述凸轮（4）与所述从动件（5）之间设置有额定转动空程；所述力矩发生件（6）与所述凸轮（4）或所述从动件（5）机械关联，使所述凸轮（4）或所述从动件（5）在额定力矩内保持所需的静止或转动状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，其特征在于，所述从动件（5）包含保持架（51）和滚轮（52）。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，其特征在于，所述力矩发生件（6）是弹力摩擦式的。

4.根据权利要求3所述的一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，其特征在于，所述力矩发生件（6）是由环形弹簧与对应摩擦件构成的。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，其特征在于，所述凸轮（4）为轴向或径向的。

6.根据权利要求1所述的一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，其特征在于，所述内套（1）与所述驱动件（7）之间设置有扭簧（11），且扭力使驱动件（7）趋于关门方向转动。

7.根据权利要求1所述的一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，其特征在于，所述单向离合器（2）为轴承式单向离合器、齿式单向离合器、弹簧式单向离合器中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种基于方向控制的无源全程锁闭装置，其特征在于，所述止动件（8）是止动齿盘或止动销。

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