CN114382804B - 一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，包括第一转盘、油封、第一转轴、第二转轴、第二A型键、第一A型键、轴承、端盖、气泵、高压管道、螺栓、外壳体、弹簧、隔离环、电磁线圈套、电磁线圈、蒙盖、第二转盘、导磁环、连接螺栓、隔磁环、磁流变胶和内壳体。端盖、蒙盖和外壳体通过螺栓连接，内壳体与端盖、蒙盖配合连接并与第一、第二转轴和油封形成密封腔室，磁流变胶充满于密封腔室；外内壳体之间的空腔内对称设置有两组电磁线圈，且空腔中通过高压管道与气泵连通。该制动器能够实现双轴独立制动控制的功能，采用两组电磁线圈分别对两个轴的制动进行控制，并且具有结构简单紧凑、过载保护、耗能低、制动力矩可调等优点。

Description

一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器

技术领域

本发明涉及制动设备技术领域，特别是涉及一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器。

背景技术

制动器属于机械通用零部件范畴，在汽车行业的传动系统中得到普遍运用。传统的制动器一般是通过刚性材料或者液体动压来进行制动，前者抗冲击吸振缓冲能力差，没有过载保护，后者克服了前者的上述缺点但其供油复杂，供压压力大，维护难度大。考虑到传统液压制动器的固有缺陷，例如由于磨损而需要定期更换制动片，相对较长的延时和较大的尺寸使得机电制动器成为解决这些问题的可行方案，特别是在汽车行业。磁流变制动器在不同领域受到了众多研究者的广泛关注。

众所周知，磁流变液是一种可以磁化的粒子悬浮液，在磁场作用下，它的流变性能表现出快速、强烈和可逆的变化。因此，MRF在许多需要机电接口的应用中具有巨大的潜力，如离合器、制动器、阀门、阻尼器和机器人。在许多应用中，已经有大量针对开发磁流变制动器的研究。

一种Y型制动盘磁流变制动器(专利号：201710202454)公开了一种Y型制动盘磁流变制动器，该装置将三个线圈安置于左外壳、右外壳和中部靠筒中，这样配置能够增大产生的磁场强度，进而增大制动力矩，但不能实现双轴独立制动的效果；一种磁流变制动器(专利号：2013103939036)公开一种磁流变制动器，该装置够实现磁流变制动器在正常工况下采用励磁线圈供磁制动，提供可控制动力；在励磁线圈出现故障或断电时，通过拉伸弹簧组和密封腔压力油的作用将励磁线圈供磁制动模式快速切换至电磁线圈供磁制动模式，保证磁流变制动器制动力的延续，提高磁流变制动器的安全性能和可靠性；但内部结构引入弹簧组合，使得结构非常复杂，不仅要控制线圈电流，同时在断电的时候要对电磁线圈位置进行控制，增加控制难度，不能同时实现双轴独立制动的效果；一种双盘式挤压磁流变制动器(专利号：2012100187288)以及多盘式磁流变制动器(专利号：2011100401018)都不能同时实现双轴独立制动控制的功能。

因此，针对现有技术的不足，需要重新设计一种新的磁流变制动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，以解决上述现有技术存在的问题，该制动器能够实现双轴独立制动控制的功能，采用两组电磁线圈分别对两个轴的制动进行控制，并且具有结构简单紧凑、过载保护、耗能低、制动力矩可调等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，包括包括第一转盘、第一转轴、第二转轴、端盖、气泵、外壳体、电磁线圈、蒙盖、第二转盘、导磁环、弹簧、隔磁环、磁流变胶和内壳体；

所述第一转轴与第一转盘、第二转轴与第二转盘均通过焊接固连在一起；所述第一转轴设有通孔，第二转轴穿过该通孔并通过轴承与第一转轴连接形成转动副，所述第一转轴通过轴承与端盖连接形成转动副；所述端盖、蒙盖和外壳体通过螺栓连接；所述内壳体与端盖和蒙盖配合连接，且所述内壳体与第一转轴、第二转轴和油封形成一个密封腔室，磁流变胶充满于该密封腔室；所述内壳体中位于第一转盘和第二转盘之间的中间位置装配有两个导磁环，两个所述导磁环之间通过隔磁环连接；

位于所述外壳体和内壳体之间空腔的中轴线位置设置有所述隔离环，所述隔离环的两侧对称设置有所述电磁线圈和弹簧，所述弹簧的一端与端盖的内壁或蒙盖的内壁相连接，另一端与电磁线圈套相连接；所述电磁线圈安装在所述电磁线圈套内，所述电磁线圈套与所述外壳体的内壁和内壳体的外壁形成滑动副；每组电磁线圈和弹簧所在的空腔处均通过高压管道连通有气泵。

优选地，所述端盖或蒙盖的内壁开设有圆形通孔，所述气泵通过高压管路与该圆形通孔连通。

优选地，所述隔离环和外壳体的内部贯穿开设有圆形通孔，所述气泵通过高压管道与该圆形通孔连接。

优选地，所述第一转轴和第二转轴的端部分别设有第一A型键和第二A型键。

优选地，所述端盖内壁与第一转盘上靠近第一转轴的盘面、第一转盘上远离第一转轴的盘面与导磁环的环面、第二转盘上靠近第二转轴的盘面与导磁环环面、蒙盖的内壁与第二转盘上远离第二转轴的盘面之间的间隙均为1mm。

优选地，在所述蒙盖外壁与蒙盖同轴位置设有连接螺栓。

优选地，所述端盖、蒙盖、导磁环、第一转盘和第二转盘的材料为型号是G10200的低碳钢。

优选地，所述第一转轴、第二转轴、外壳体、内壳体和连接螺栓的材料为型号S30400的不锈钢；所述电磁线圈套的材料为青铜。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明中的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，采用两组电磁线圈对磁流变胶的流变性能进行控制，通过控制气泵调节两组电磁线圈的位置进而对本发明中两个轴进行独立制动控制；并且适用于当外部载荷过大时发生打滑现象，最终实现过载保护的功能。本发明将两轴的制动控制集成在一个装置里面，大大节省了器件所占空间，提高了空间利用率，同时具有结构简单紧凑，耗能低，两轴制动力矩分别可调等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常开制动器的整体结构示意图(常开状态)；

图2为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常开制动器第二转轴制动示意图；

图3为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常开制动器第一转轴制动示意图；

图4为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常开制动器第一转轴和第二转轴都制动示意图；

图5为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常开制动器磁流变胶体在室温下不同剪切应变速率下剪切应力-线圈施加电流特性曲线；

图6为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常闭制动器的整体结构示意图(常闭状态)；

图7为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常闭制动器第一转轴制动示意图；

图8为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常闭制动器第二转轴制动示意图；

图9为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常闭制动器第一转轴和第二转轴都不制动示意图；

图10为基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常闭制动器磁流变胶体在室温下不同剪切应变速率下剪切应力-线圈施加电流特性曲线；

其中，1第一转盘；2油封；3第一转轴；4第二转轴；5第二A型键；6第一A型键；7轴承；8端盖；9气泵；10高压管道；11螺栓；12圆形通孔；13外壳体；14弹簧；15隔离环；16电磁线圈套；

17电磁线圈；18蒙盖；19第二转盘；20导磁环；21连接螺栓；22隔磁环；23磁流变胶；24内壳体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，以解决上述现有技术存在的问题，该制动器能够实现双轴独立制动控制的功能，采用两组电磁线圈分别对两个轴的制动进行控制，并且具有结构简单紧凑、过载保护、耗能低、制动力矩可调等优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图5所示，本实施例提供一种基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常开制动器，第一转轴3和第一转盘1，第二转轴4和第二转盘19通过焊接固连在一起；第一转轴3设有通孔，第二转轴4穿过该通孔，并通过轴承7与第一转轴3连接形成转动副，第一转轴3通过轴承7与端盖8连接形成转动副；第一转轴3和第二转轴4上分别设有第一A型键6和第二A型键5；端盖8、蒙盖18和外壳体13通过螺栓11连接，内壳体24与端盖8、蒙盖18配合连接，并与第一转轴3、第二转轴4和油封2形成一个密封腔室，磁流变胶23充满于该密封腔室；导磁环20有两个，它们之间通过隔磁环22连接，并安装在内壳体24上面，装配于第一转盘1和第二转盘19之间的中间位置。

相对于密封腔室而言，端盖8内壁与第一转盘1盘面(与第一转轴3近的盘面)、第一转盘1盘面(与第一转轴3远的盘面)与导磁环20环面(与第一转盘1近的导磁环20和磁流变胶23接触的环面)、第二转盘19盘面(与第二转轴4近的盘面)与导磁环20环面(与第二转盘19近的导磁环20和磁流变胶23接触的环面)、蒙盖18内壁与第二转盘19(与第二转轴4远的盘面)之间的间隙都为1mm；相对于密封腔室而言，在蒙盖18外壁与蒙盖18同轴位置设有连接螺栓21。

电磁线圈17、电磁线圈套16、弹簧14、气泵9、高压管道10都设有两组，两组弹簧14一端分别与端盖8内壁、蒙盖18内壁连接，另一端与电磁线圈套16连接，电磁线圈17绕在电磁线圈套16内部，并与外壳体13内壁、内壳体24外壁形成滑动副；外壳体13和内壳体24之间在它们轴线中间位置设有隔离环15；端盖8内壁开有圆形通孔12，气泵9通过高压管道10与该圆形通孔12连接。

端盖8、蒙盖18、导磁环20、第一转盘1和第二转盘19的材料为型号是G10200的低碳钢；第一转轴3、第二转轴4、外壳体13、内壳体24和连接螺栓21的材料为型号是S30400的不锈钢；为了减少电磁线圈套16在外壳体13和内壳体24之间滑动的滑动阻力，电磁线圈套16的材料为青铜，其滑动摩擦系数为0.22。

结合图1-图5，该实施例具体操作流程如下：气泵9不工作情况下，该制动器为常开状态(第一转轴3和第二转轴4都在自由转动状态)；如需第二转轴4制动，第一转轴3不制动，只需要开启制动器中控制第二转盘19运动状态的电磁线圈17移动的气泵9，其气体压力通过高压管10道推动电磁线圈套16，进而带动电磁线圈17逼近第二转盘19，使得第二转盘19周围的磁流变胶23瞬间从流动胶体状态变为类固体状态，其剪切应力与电磁线圈17中电流强度的关系按照图5所示的规律变化，达到第二转轴4能够制动，第一转轴3自由转动的目地，如图2所示；如需第一转轴3制动，第二转轴4不制动，只需要开启制动器中控制第一转盘1运动状态的电磁线圈17移动的气泵9，其气体压力通过高压管道10推动电磁线圈套16，进而带动电磁线圈17逼近第一转盘1，使得第一转盘1周围的磁流变胶23瞬间从流动胶体状态变为类固体状态，其剪切应力与电磁线圈17中电流强度的关系按照图5所示的规律变化，达到第一转轴3制动，第二转轴4能够自由转动的目地，如图3所示；如需第一转轴3和第二转轴4都制动，需要同时开启制动器中控制第一转盘1和第二转盘19运动状态的电磁线圈17移动的气泵9，其气体压力通过高压管道10推动电磁线圈套16，进而带动电磁线圈17逼近第一转盘1和第二转盘19，使得第一转盘1周围的磁流变胶23瞬间从流动的胶体状态变为类固体状态，其剪切应力与电磁线圈17中电流强度的关系按照图5所示的规律变化，达到第一转轴3和第二转轴4同时制动的目地，如图4所示。

实施例二

如图6-图10所示，本实施例提供一种基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常闭制动器，在实施例一的基础上，本实施例的制动器还具有以下特点：

基于双线圈激励下具有自动防过载的双轴独立可控单盘常闭制动器，第一转轴3和第一转盘1，第二转轴4和第二转盘19通过焊接固连在一起；第一转轴3设有通孔，第二转轴4穿过该通孔，并通过轴承7与第一转轴3连接形成转动副，第一转轴3通过轴承7与端盖8连接形成转动副；第一转轴3和第二转轴4分别设有第一A型键6和第二A型键5；端盖8、蒙盖18和外壳体13通过螺栓11连接，内壳体24与端盖(8)、蒙盖18配合连接，并与第一转轴3、第二转轴4和油封2形成一个密封腔室，磁流变胶充满于该密封腔室。导磁环20有两个，它们之间通过隔磁环22连接，并安装在内壳体24上面，装配于第一转盘1和第二转盘19之间的中间位置。

相对于密封腔室而言，端盖8内壁与第一转盘1盘面(与第一转轴3近的盘面)、第一转盘1盘面(与第一转轴3远的盘面)与导磁环20环面(与第一转盘1近的导磁环20和磁流变胶23接触的环面)、第二转盘19盘面(与第二转轴4近的盘面)与导磁环20环面(与第二转盘19近的导磁环20和磁流变胶23接触的环面)、蒙盖18内壁与第二转盘19(与第二转轴4远的盘面)之间的间隙都为1mm。相对于密封腔室而言，在蒙盖18外壁与蒙盖18同轴位置设有连接螺栓21。

电磁线圈17、电磁线圈套16、弹簧14、气泵9、高压管道10都设有两组，两组弹簧14一端分别与端盖8内壁、蒙盖18内壁连接，另一端与电磁线圈套16连接，电磁线圈17安装在电磁线圈套16内部，并与外壳体13内壁、内壳体24外壁形成滑动副；外壳体13和内壳体24之间在它们轴线中间位置设有隔离环15，隔离环15和外壳体13内部开有圆形通孔12，气泵9通过高压管道10与该圆形通孔12连接。

端盖8、蒙盖18、导磁环20、第一转盘1和第二转盘19的材料为型号是G10200的低碳钢；第一转轴3、第二转轴4、外壳体13、内壳体24和连接螺栓21的材料为型号是S30400的不锈钢；为了减少电磁线圈套16在外壳体13和内壳体24之间滑动的滑动阻力，电磁线圈套16的材料为青铜，其滑动摩擦系数为0.22。

结合图6-图10，该实施例具体操作流程如下：气泵9不工作情况下，该制动器为常闭状态(第一转轴3和第二转轴4都在制动状态)；如需第一转轴3制动，第二转轴4不制动，只需要开启制动器中控制第二转盘19运动状态的电磁线圈17移动的气泵9，其气体压力通过高压管13道推动电磁线圈套16，进而带动电磁线圈17远离第二转盘19，使得第二转盘19周围的磁流变胶23瞬间从类固体状态变为流动的胶体状态，其剪切应力与电磁线圈17中电流强度的关系按照图10所示的规律变化，达到第二转轴4能够自由转动，第一转轴3制动的目地，如图7所示；如需第二转轴4制动，第一转轴3不制动，只需要开启制动器中控制第一转盘1运动状态的电磁线圈17移动的气泵9，其气体压力通过高压管道10推动电磁线圈套16，进而带动电磁线圈17远离第一转盘1，使得第一转盘1周围的磁流变胶23瞬间从类固体状态变为流动的胶体状态，其剪切应力与电磁线圈17中电流强度的关系按照图10所示的规律变化，达到第一转轴3能够自由转动，第二转轴4制动的目地，如图8所示；如需第一转轴3和第二转轴4都不制动，需要同时开启制动器中控制第一转盘1和第二转盘19运动状态的电磁线圈17移动的气泵9，其气体压力通过高压管道10推动电磁线圈套16，进而带动电磁线圈17远离第一转盘1和第二转盘19，使得第一转盘1周围的磁流变胶23瞬间从类固体状态变为流动的胶体状态，其剪切应力与电磁线圈17中电流强度的关系按照图10所示的规律变化，达到第一转轴3和第二转轴4同时自由转动的目地，如图9所示。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：包括第一转盘、第一转轴、第二转轴、端盖、气泵、外壳体、电磁线圈、蒙盖、第二转盘、导磁环、弹簧、隔磁环、磁流变胶和内壳体；

所述第一转轴与第一转盘、第二转轴与第二转盘均通过焊接固连在一起；所述第一转轴设有通孔，第二转轴穿过该通孔并通过轴承与第一转轴连接形成转动副，所述第一转轴通过轴承与端盖连接形成转动副；所述端盖、蒙盖和外壳体通过螺栓连接；所述内壳体与端盖和蒙盖配合连接，且所述内壳体与端盖、蒙盖、第一转轴、第二转轴和油封形成一个密封腔室，磁流变胶充满于该密封腔室；所述内壳体中位于第一转盘和第二转盘之间的中间位置装配有两个导磁环，两个所述导磁环之间通过隔磁环连接；

位于所述外壳体和内壳体之间空腔的中轴线位置设置有隔离环，所述隔离环的两侧对称设置有所述电磁线圈和弹簧，所述弹簧的一端与端盖的内壁或蒙盖的内壁相连接，另一端与电磁线圈套相连接；所述电磁线圈安装在所述电磁线圈套内，所述电磁线圈套与所述外壳体的内壁和内壳体的外壁形成滑动副；每组电磁线圈和弹簧所在的空腔处均通过高压管道连通有气泵。

2.根据权利要求1所述的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：所述端盖或蒙盖的内壁开设有圆形通孔，所述气泵通过管路与该圆形通孔连通。

3.根据权利要求1所述的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：所述隔离环和外壳体的内部贯穿开设有圆形通孔，所述气泵通过管道与该圆形通孔连接。

4.根据权利要求1所述的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：所述第一转轴和第二转轴的端部分别设有第一A型键和第二A型键。

5.根据权利要求1所述的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：所述端盖内壁与第一转盘上靠近第一转轴的盘面、第一转盘上远离第一转轴的盘面与导磁环的环面、第二转盘上靠近第二转轴的盘面与导磁环环面、蒙盖的内壁与第二转盘上远离第二转轴的盘面之间的间隙均为1mm。

6.根据权利要求1所述的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：在所述蒙盖外壁与蒙盖同轴位置设有连接螺栓。

7.根据权利要求1所述的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：所述端盖、蒙盖、导磁环、第一转盘和第二转盘的材料为型号是G10200的低碳钢。

8.根据权利要求6所述的基于双线圈激励下的双轴独立可控单盘制动器，其特征在于：所述第一转轴、第二转轴、外壳体、内壳体和连接螺栓的材料为型号S30400的不锈钢；所述电磁线圈套的材料为青铜。

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