CN113864374A - 形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，包括制动轴、制动壳体、制动盘以及底座，在制动盘的两侧分别设有一磁轭盘，在磁轭盘上设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内绕设有励磁线圈；在制动盘左侧的磁轭盘与左端盖之间以及制动盘右侧的磁轭盘与右端盖之间均设有衔铁盘，所述衔铁盘的外缘延伸至磁轭盘的外缘外侧后朝向制动盘方向弯折并延伸至磁轭盘与制动盘之间，并与一摩擦盘相连；在磁轭盘靠近摩擦盘的一侧，还绕其一周设有数个弹簧槽，在该弹簧槽内设有第一形状记忆合金弹簧。本发明能够有效降低制动器的能耗，增大其制动力矩，并且结构更加简单。

Description

形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器

技术领域

本发明涉及制动器技术领域，尤其涉及一种形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器。

背景技术

形状记忆合金(SMA)是新型智能材料，具有一定初始形状的形状记忆合金在一定条件下进行一定程度的变形之后，通过适当地改变温度又会发生逆变形，使材料恢复成初始形状，在形状恢复的过程中，形状记忆合金若受到约束就会产生很大的回复力，可利用其回复力对外做功。

由于形状记忆合金这类智能材料所具有独特的特性与优异的性能，使其在机械传动领域中具有广泛的应有前景。如CN109681545A公开的“形状记忆合金驱动的磁流变液与电磁摩擦联合传动装置”，当温度的进一步升高，磁流变液性能下降，形状记忆合金弹簧将摩擦滑块压紧从动内筒，摩擦滑块传递的摩擦转矩增大，保证了传动性能稳定。又如CN207687220U公开的“一种形状记忆合金驱动的自发电磁流变液软启动装置”，当磁流变液温度上升性能开始下降，通过形状记忆合金弹簧的形状记忆效应产生的驱动力增大摩擦滑块与从动壳体内壁的摩擦转矩，以弥补高温下磁流变液传递转矩下降部分的影响，从而保证转矩传递的稳定性。

由于电磁摩擦技术在制动方面具有良好的性能，可实现大功率制动、高灵敏度、平稳地无极调整制动转矩，易实现制动过程的遥控和自动控制等，因此研究人员对电磁摩擦制动方面的应用研究越来越多，但电磁摩擦制动过程中，制动器摩擦片磨损剧烈，并且温升严重，因此电磁摩擦随温度的升高制动性能会下降，不能满足制动器在不同温度下的工作稳定性需求。形状记忆合金的温度敏感性可以用于弥补电磁摩擦在制动装置中的缺陷，但如何实现电磁摩擦和形状记忆合金联合制动是目前制动研究方面存在的巨大难题。

本发明针对以上问题，提供一种由形状记忆合金弹簧和电磁摩擦相结合的制动器，以便使得制动器具有能耗低、制动力矩大、结构简单等优点。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有制动器能耗高、制动力矩小、结构复杂的问题，提供一种形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，能够有效降低制动器的能耗，增大其制动力矩，并且结构更加简单。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，包括制动轴、制动壳体、制动盘以及底座，所述制动壳体包括依次相连的左端盖、制动外筒以及右端盖，所述制动外筒与底座固定连接；所述制动轴的左端穿过右端盖后伸入制动壳体内，并与制动壳体转动连接；所述制动盘位于制动壳体内，并套设在制动轴上，且与制动轴固定连接；其特征在于：在制动盘的两侧分别设有一磁轭盘，所述制动轴通过轴承与两磁轭盘相连，使制动轴能够自由转动；该磁轭盘对应与左端盖或右端盖固定连接，且制动盘左侧的磁轭盘与左端盖和制动盘之间以及制动盘右侧的磁轭盘与右端盖和制动盘之间均具有间距；在磁轭盘上设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内绕设有励磁线圈，在励磁线圈外侧设有隔磁环，该隔磁环与磁轭盘固定连接，并将励磁线圈封闭在线圈槽内；

在制动盘左侧的磁轭盘与左端盖之间以及制动盘右侧的磁轭盘与右端盖之间均设有衔铁盘，所述衔铁盘的外缘延伸至磁轭盘的外缘外侧后朝向制动盘方向弯折并延伸至磁轭盘与制动盘之间，并与一摩擦盘相连，该摩擦盘套设在制动轴上，并与制动轴滑动配合相连；初始状态时，衔铁盘与磁轭盘之间以及摩擦盘与制动盘之间均具有间隙，当励磁线圈通电后，能够驱动衔铁盘及摩擦盘沿轴向移动，并使摩擦盘与制动盘压紧并产生摩擦；

在磁轭盘靠近摩擦盘的一侧，还绕其一周设有数个弹簧槽，所述弹簧槽的轴向与制动轴的轴向一致；在该弹簧槽内设有第一形状记忆合金弹簧，所述第一形状记忆合金弹簧的一端与摩擦盘固定连接，另一端与弹簧槽的槽底固定连接。

进一步地，在制动盘的外缘与制动外筒之间，绕制动盘一周设有数块摩擦滑块；在制动盘的外缘，对应各摩擦滑块分别设有一容置槽，所述容置槽的轴向与制动盘的径向一致，在容置槽内设有第二形状记忆合金弹簧，该第二形状记忆合金弹簧的一端与容置槽槽底固定连接，另一端与摩擦滑块固定连接；初始状态，在第二形状记忆合金弹簧的作用下，摩擦滑块与制动外筒之间具有间隙。

进一步地，在制动盘的两侧，对应各容置槽的位置分别设有数个导热孔，使容置槽与制动盘外侧连通。

进一步地，所述摩擦滑块呈弧形，在摩擦滑块的内侧，对应容置槽的位置成型有导向柱，该导向柱伸入容置槽内，并与摩擦盘滑动配合相连。

进一步地，在摩擦盘背离制动盘的一侧还设有数根导向杆，所述导向杆的轴向与制动轴的轴向一致；在磁轭盘上，对应导向杆的位置设有导向孔，导向杆的一端与摩擦盘固定连接，另一端伸入导向孔内，并与磁轭盘滑动配合相连。

进一步地，在左端盖内侧设有一闷盖，所述左端盖、闷盖以及制动盘左侧的磁轭盘通过连接螺栓相连；在右端盖内侧设有一透盖，该透盖套设在制动轴上，所述右端盖、透盖以及制动盘右侧的磁轭盘通过连接螺栓相连；所述衔铁盘对应套设在闷盖和透盖上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.线圈通电产生电磁力，通过电磁力带动衔铁盘移动，从而带动摩擦盘与制动盘之间产生摩擦，易实现大功率制动，并且能实现远距离操纵，控制能量小，便于实现自动化，相应迅速，结构简单。

2.摩擦过程中发热严重，在高温情况下摩擦副（摩擦盘与制动盘）所产生的制动性能会明显下降，由此导致制动器在高温下性能衰减，但通过第二形状记忆合金能够吸收一部分摩擦产生的热能，并且形状记忆合金弹簧在受热后能够驱动摩擦滑块与外壳内壁产生摩擦制动转矩，进一步的增强了制动器的制动性能。

3.在持续制动的过程中，励磁线圈会产生焦耳热，通过第一形状记忆合金弹簧能够吸收一部分由励磁线圈产生的热能，第一形状记忆合金弹簧被加热后会推动摩擦盘，增大了摩擦盘与制动轴之间的挤压力，制动器的制动性能进一步增强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1沿A-A向的局部剖视图。

1—制动轴，2—左端盖，3—制动外筒，4—右端盖，5—制动盘，6—底座，7—磁轭盘，8—励磁线圈，9—隔磁环，10—衔铁盘，11—摩擦盘，12—第一形状记忆合金弹簧，13—摩擦滑块，14—第二形状记忆合金弹簧，15—导热孔，16—导向杆，17—闷盖，18—透盖。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2，一种形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，包括制动轴1、制动壳体、制动盘5以及底座6。所述制动壳体包括依次相连的左端盖2、制动外筒3以及右端盖4，所述制动外筒3与底座6固定连接；所述制动轴1的左端穿过右端盖4后伸入制动壳体内，并与制动壳体转动连接；所述制动盘5位于制动壳体内，并套设在制动轴1上，且与制动轴1固定连接。

在制动盘5的两侧分别设有一磁轭盘7，所述制动轴1通过轴承与两磁轭盘7相连，使制动轴1能够自由转动；该磁轭盘7对应与左端盖2或右端盖4固定连接，且制动盘5左侧的磁轭盘7与左端盖2和制动盘5之间以及制动盘5右侧的磁轭盘7与右端盖4和制动盘5之间均具有间距。在磁轭盘7上设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内绕设有励磁线圈8，在励磁线圈8外侧设有隔磁环9，该隔磁环9与磁轭盘7固定连接，并将励磁线圈8封闭在线圈槽内。

在制动盘5左侧的磁轭盘7与左端盖2之间以及制动盘5右侧的磁轭盘7与右端盖4之间均设有衔铁盘10，所述衔铁盘10的外缘延伸至磁轭盘7的外缘外侧后朝向制动盘5方向弯折并延伸至磁轭盘7与制动盘5之间，并与一摩擦盘11相连，该摩擦盘11套设在制动轴1上，并与制动轴1滑动配合相连。实施时，在摩擦盘11背离制动盘5的一侧还设有数根导向杆16，所述导向杆16的轴向与制动轴1的轴向一致；在磁轭盘7上，对应导向杆16的位置设有导向孔，导向杆16的一端与摩擦盘11固定连接，另一端伸入导向孔内，并与磁轭盘7滑动配合相连，从而保证摩擦盘11移动过程中的稳定性。初始状态时，衔铁盘10与磁轭盘7之间以及摩擦盘11与制动盘5之间均具有间隙，当励磁线圈8通电后，能够驱动衔铁盘10及摩擦盘11沿轴向移动，并使摩擦盘11与制动盘5压紧并产生摩擦。在加工过程中，为方便装配，在左端盖2内侧设有一闷盖17，所述左端盖2、闷盖17以及制动盘5左侧的磁轭盘7通过连接螺栓相连；在右端盖4内侧设有一透盖18，该透盖18套设在制动轴1上，所述右端盖4、透盖18以及制动盘5右侧的磁轭盘7通过连接螺栓相连；所述衔铁盘10对应套设在闷盖17和透盖18上。

在磁轭盘7靠近摩擦盘11的一侧，还绕其一周设有数个弹簧槽，所述弹簧槽的轴向与制动轴1的轴向一致；在该弹簧槽内设有第一形状记忆合金弹簧12，所述第一形状记忆合金弹簧12的一端与摩擦盘11固定连接，另一端与弹簧槽的槽底固定连接。

作为优选，在制动盘5的外缘与制动外筒3之间，绕制动盘5一周设有数块摩擦滑块13；在制动盘5的外缘，对应各摩擦滑块13分别设有一容置槽，所述容置槽的轴向与制动盘5的径向一致，在容置槽内设有第二形状记忆合金弹簧14，该第二形状记忆合金弹簧14的一端与容置槽槽底固定连接，另一端与摩擦滑块13固定连接；初始状态，在第二形状记忆合金弹簧14的作用下，摩擦滑块13与制动外筒3之间具有间隙。通过设置摩擦滑环，能够进一步提高摩擦转矩的传递，从而保证制动的稳定性。在制动盘5的两侧，对应各容置槽的位置分别设有数个导热孔15，使容置槽与制动盘5外侧连通，从而使热量能够更快地进入容置槽，从而使第二形状记忆合金弹簧14能够快速产生形变。其中，所述摩擦滑块13呈弧形，在摩擦滑块13的内侧，对应容置槽的位置成型有导向柱，该导向柱伸入容置槽内，并与摩擦盘11滑动配合相连。

工作过程中：

1、初始状态下，衔铁盘10不与磁轭盘7接触，并且摩擦盘11不与制动盘5接触，制动器温度与外部环境一致，第一形状记忆合金弹簧12与第二形状记忆合金弹簧14均不产生挤压力，此时制动器不产生制动力矩。

2、当需要制动时励磁线圈8通电，产生的电磁力吸引衔铁盘10，衔铁盘10带动摩擦盘11压紧制动盘5，通过摩擦盘11与制动盘5摩擦产生的摩擦转矩使得制动器产生制动效果。

3、制动过程中，摩擦盘11与制动盘5之间摩擦会产生热量，使该摩擦副（摩擦盘11与制动盘5）在温度升高过程中会导致制动性能有所下降，但此时，第一形状记忆合金弹簧12将摩擦产生的二部分热能转化为机械能，当第二形状记忆合金弹簧14温度达到60℃时开始推动摩擦滑块13与制动外筒3内侧摩擦产生摩擦转矩，并且随着第二形状记忆合金弹簧14的温度持续升高，推动摩擦滑块13产生的摩擦制动转矩也会持续增大。

4、励磁线圈8通电会产生焦耳热，持续制动过程中使磁轭盘7温度升高，通过第一形状记忆合金弹簧12能够吸收一部分由励磁线圈8产生的热量，当第一形状记忆合金弹簧12温度达到60℃时开始对摩擦盘11产生额外的挤压力，此时摩擦盘11产生的摩擦制动转矩会增大，并且随着第一形状记忆合金弹簧12温度的持续升高，所产生的挤压力也会持续增大，制动器的制动性能进一步得到提升。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，包括制动轴、制动壳体、制动盘以及底座，所述制动壳体包括依次相连的左端盖、制动外筒以及右端盖，所述制动外筒与底座固定连接；所述制动轴的左端穿过右端盖后伸入制动壳体内，并与制动壳体转动连接；所述制动盘位于制动壳体内，并套设在制动轴上，且与制动轴固定连接；其特征在于：在制动盘的两侧分别设有一磁轭盘，所述制动轴通过轴承与两磁轭盘相连，使制动轴能够自由转动；该磁轭盘对应与左端盖或右端盖固定连接，且制动盘左侧的磁轭盘与左端盖和制动盘之间以及制动盘右侧的磁轭盘与右端盖和制动盘之间均具有间距；在磁轭盘上设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内绕设有励磁线圈，在励磁线圈外侧设有隔磁环，该隔磁环与磁轭盘固定连接，并将励磁线圈封闭在线圈槽内；

在制动盘左侧的磁轭盘与左端盖之间以及制动盘右侧的磁轭盘与右端盖之间均设有衔铁盘，所述衔铁盘的外缘延伸至磁轭盘的外缘外侧后朝向制动盘方向弯折并延伸至磁轭盘与制动盘之间，并与一摩擦盘相连，该摩擦盘套设在制动轴上，并与制动轴滑动配合相连；初始状态时，衔铁盘与磁轭盘之间以及摩擦盘与制动盘之间均具有间隙，当励磁线圈通电后，能够驱动衔铁盘及摩擦盘沿轴向移动，并使摩擦盘与制动盘压紧并产生摩擦；

在磁轭盘靠近摩擦盘的一侧，还绕其一周设有数个弹簧槽，所述弹簧槽的轴向与制动轴的轴向一致；在该弹簧槽内设有第一形状记忆合金弹簧，所述第一形状记忆合金弹簧的一端与摩擦盘固定连接，另一端与弹簧槽的槽底固定连接。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，其特征在于：在制动盘的外缘与制动外筒之间，绕制动盘一周设有数块摩擦滑块；在制动盘的外缘，对应各摩擦滑块分别设有一容置槽，所述容置槽的轴向与制动盘的径向一致，在容置槽内设有第二形状记忆合金弹簧，该第二形状记忆合金弹簧的一端与容置槽槽底固定连接，另一端与摩擦滑块固定连接；初始状态，在第二形状记忆合金弹簧的作用下，摩擦滑块与制动外筒之间具有间隙。

3.根据权利要求2所述的形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，其特征在于：在制动盘的两侧，对应各容置槽的位置分别设有数个导热孔，使容置槽与制动盘外侧连通。

4.根据权利要求2所述的形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，其特征在于：所述摩擦滑块呈弧形，在摩擦滑块的内侧，对应容置槽的位置成型有导向柱，该导向柱伸入容置槽内，并与摩擦盘滑动配合相连。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，其特征在于：在摩擦盘背离制动盘的一侧还设有数根导向杆，所述导向杆的轴向与制动轴的轴向一致；在磁轭盘上，对应导向杆的位置设有导向孔，导向杆的一端与摩擦盘固定连接，另一端伸入导向孔内，并与磁轭盘滑动配合相连。

6.根据权利要求1所述的形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器，其特征在于：在左端盖内侧设有一闷盖，所述左端盖、闷盖以及制动盘左侧的磁轭盘通过连接螺栓相连；在右端盖内侧设有一透盖，该透盖套设在制动轴上，所述右端盖、透盖以及制动盘右侧的磁轭盘通过连接螺栓相连；所述衔铁盘对应套设在闷盖和透盖上。

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