CN115704434A - 常闭式制动装置及使用其的回转工作台 - Google Patents

Abstract

本发明的常闭式制动装置包含有一个外壳，外壳内设有一个转动碟片、一个制动环及一个加压环。当只对第一腔室通入流体时，流体推动制动环以解除转动碟片的制动状态，当只对第二腔室通入流体时，流体一方面推动制动环而使转动碟片保持制动状态，另一方面推动加压环而使其压缩弹性单元，弹性单元受压缩所产生的能量透过流体作用于制动环，使制动环达到双重增压效果。若流体的作用失效时，制动环仍可透过弹性单元对转动碟片提供制动效果，以提升操作安全性。此外，本发明还提供一个使用前述常闭式制动装置的旋转工作台。

Description

常闭式制动装置及使用其的回转工作台

技术领域

本发明涉及一种制动装置，尤其涉及一种常闭式制动装置及使用该常闭式制动装置的回转工作台。

背景技术

为了防止主轴在加工过后出现转动，在结构上通常会配置一组制动器对静止的主轴施加制动力，使主轴在静止状态下保持稳定。但是传统的制动器在特殊状况下(例如无预警停电或管路破裂)无法对主轴提供制动力，如此不但容易造成机具的损坏，甚至可能危及周围人员的安全。

CN210024594U所揭露的常闭式油压剎车装置在停机或待机等状况下，利用多条弹簧的弹力促使活塞下压，使剎车装置处于抱紧状态并锁定主轴，从而防止主轴转动。至于在解制动时则是利用液压油反向推动活塞，使剎车装置变成松开的状态，此时的主轴即可正常运行。然而在前述专利文献中，单是依靠多条弹簧所提供的制动力十分有限，难以适用于重切削及高进给的场合。

另外，在图1及图2当中所显示的现有常闭式制动器主要包含有一个制动盘1、一个制动活塞2、多条压缩弹簧3及一个解制动活塞4，其中的压缩弹簧3对制动盘1恒施加轴向推力，使制动盘1保持常闭制动状态。当只有制动活塞2受到流体作用时会对制动盘1施加轴向推力，如图1所示，使制动盘1在制动活塞2与这些压缩弹簧3的共同作用下对转轴5提供制动效果；当只有解制动活塞4受到流体作用时会对制动盘1施加反向推力，并克服这些压缩弹簧3对制动盘1所施加的轴向推力，如图2所示，使制动盘1对转轴5解除制动效果。然而在前述现有技术中，由于制动活塞2所受到的流体力与压缩弹簧3施加于制动盘1的弹力具有相同的作用力方向，所以当制动活塞2所受到的流体力越大，压缩弹簧3所产生的弹力反而越小，如此将会影响制动盘1对转轴5所提供的制动效果，难以适用在重切削及高进给的场合。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种常闭式制动装置，其能达到双重增压且常闭制动的效果，以提升操作上的安全性，并适用于重切削及高进给的场合。

为了达成上述主要目的，本发明的常闭式制动装置包含有一个外壳、一个碟片组、一个制动环、一个加压环，以及一个弹性单元。该外壳具有一个容槽；该碟片组设于该外壳的容槽内且具有一个第一固定碟片、一个第二固定碟片及一个转动碟片，该转动碟片设于该第一固定碟片与该第二固定碟片之间；该制动环可移动地设于该外壳的该容槽内且与该外壳之间形成一个第一腔室，此外，该制动环具有一个制动部，当该制动环位于制动位置时，该制动环的该制动部抵压该第一固定碟片，使该转动碟片被固定在该第一固定碟片与该第二固定碟片之间，当该制动环位于解制动位置时，该制动环的该制动部松放该第一固定碟片，使该转动碟片能相对该第一固定碟片与该第二固定碟片转动；该加压环设于该外壳的该容槽内且局部抵接该制动环，使得该加压环与该制动环之间形成一个第二腔室；该弹性单元设于该加压环，用以提供弹力将该加压环往该制动环的方向推顶。

由上述可知，当只对该第一腔室通入一流体时，该制动环受该流体的作用而保持于该解制动位置，当只对该第二腔室通入该流体时，该制动环受该流体的作用而保持于该制动位置，且该加压环受该流体的作用而压缩该弹性单元，该流体施加于该加压环的作用力的方向与该弹性单元施加于该加压环的作用力的方向相反，根据帕斯卡定律(Pascal'sprinciple)，由于该第二腔室为密闭状态，所以该弹性单元受压缩所产生的能量会经由该流体作用于该制动环，使该制动环达到双重增压的效果。此外，当该第一腔室及该第二腔室未通入该流体时，该加压环受该弹性单元所施加的作用力而推顶该制动环，使该制动环保持于该制动位置，以达到常闭制动的效果。换言之，本发明的常闭式制动器利用该第一腔室与该第二腔室搭配该制动环与该加压环的设计，只要分别对该第一腔室与该第二腔室通入该流体，即可控制该制动环对该转动碟片提供解制动效果和制动效果，另外在该第一腔室及该第二腔室未通入该流体或失效的状况下，通过该弹性单元所提供的部分制动力，该制动环仍然可以保持在该制动位置，以达到常闭制动的效果，进而提升操作上的安全性。

较佳地，该制动环具有一个内环面，该内环面嵌设一个密封环与一个邻设于该密封环的背拖环，该加压环朝该制动环的一侧面具有一个第一凸缘与一个邻接该第一凸缘的第二凸缘，该加压环的该第一凸缘抵接该制动环，该加压环的该第二凸缘抵接该密封环与该背拖环。通过该密封环增加该制动环与该加压环之间的密封效果，另外通过该背拖环使该制动环在动作时能保持良好的平衡，以避免该制动环产生歪斜而影响制动效果。

较佳地，该制动环的该制动部具有一个制动面，当该制动环位于该制动位置时，该制动环以该制动部的该制动面抵压该第一固定碟片，该制动面的径向长度不超出该第一固定碟片、该第二固定碟片及该转动碟片相互重叠的区域，以避免该制动环压到该转动碟片或是压到设置在该第一固定碟片与该第二固定碟片之间的一个分隔环。

较佳地，该制动环还具有一个邻接该制动面的内环面，该制动面与该内环面之间具有一个第一夹角，该第一夹角小于90度，如此可以让该第一固定碟片在解制动状态下能够恢复原状而延长使用寿命。

较佳地，该第一固定碟片具有一个受压段，当该制动环位于该制动位置时，该第一固定碟片的该受压段与该制动环的该内环面之间具有一个第二夹角，该第二夹角小于或等于该第一夹角，如此可以得到最佳夹持效果。

较佳地，该弹性单元具有一弹性体座与多个弹性体，这些弹性体座设于该外壳的该容槽内且邻设于该加压环，这些弹性体设于该加压环与该弹性体座之间，用以将该加压环往该制动环的方向推顶。

此外，本发明更提供一种使用前述常闭式制动装置的回转工作台，其还包含有一根转轴，该转轴以可转动的方式穿设于该外壳的该容槽内且以其外周面固接该转动碟片。因此，当该制动环位于该制动位置时，该转动碟片被夹持固定在该第一固定碟片与该第二固定碟片之间，使该转轴产生制动效果，当该制动环位于该解制动位置时，该转动碟片能与该转轴同步动作。

有关本发明所提供对于常闭式制动装置及使用该常闭式制动装置的回转工作台的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中普通技术人员应能了解，这些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅是用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

附图说明

图1为现有常闭式制动器的局部剖视图，主要显示制动盘对转轴提供制动效果。

图2为现有常闭式制动器的另一局部剖视图，主要显示制动盘解除对转轴的制动效果。

图3为本发明的回转工作台配合摆动式主轴头使用的立体图。

图4为本发明的回转工作台的立体图。

图5为本发明的回转工作台所提供的常闭式制动装置的立体分解图，其中并未绘制外壳。

图6为本发明的回转工作台的端视图。

图7为图6沿7-7剖线的局部剖视图，主要显示未对第二腔室通入第二流体。

图8为图6沿8-8剖线的局部剖视图，主要显示未对第二腔室通入第二流体。

图9类同于图7，主要显示对第二腔室通入第二流体。

图10类同于图8，主要显示对第一腔室通入第一流体。

图11为本发明的常闭式制动装置的局部剖视图，主要显示制动环与碟片组之间的结构关系。

图12为本发明的常闭式制动装置的另一局部剖视图，主要显示制动环与碟片组之间的角度关系。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

1：制动盘

2：制动活塞

3：压缩弹簧

4：解制动活塞

10：回转工作台

12：转轴

122：外凸缘

14：摆动式主轴头

16：第一接头

18：第二接头

20：常闭式制动装置

22：第一流体

24：第二流体

30：外壳

31：容槽

32：内凸缘

33：第一流道

34：第二流道

40：碟片组

41：第一固定碟片

412：受压段

42：第二固定碟片

43：分隔环

44：转动碟片

45：螺丝

46：螺丝

50：制动环

51：内环面

52：制动部

53：制动面

54：第一腔室

55：密封环

56：背拖环

L：制动面的径向长度

P1：制动位置

P2：解制动位置

60：加压环

61：第一凸缘

62：第二凸缘

63：第二腔室

64：凹孔

70：弹性单元

71：弹性体座

72：沉头螺孔

73：弹性体

74：销件

θ₁：第一夹角

θ₂：第二夹角

具体实施方式

申请人首先在此说明，在整篇说明书中，包括以下介绍的实施例以及申请专利范围的请求项中，有关方向性的名词皆以图式中的方向为基准。其次，在以下将要介绍的实施例以及图式中，相同的元件标号，代表相同或近似的元件或其结构特征。

请参阅图3及图4，本发明的常闭式制动装置20配合一根转轴12使用而与转轴12构成一个回转工作台10，前述转轴12能够与一个摆动式主轴头14进行组装，使摆动式主轴头14能被前述转轴12所驱动而进行摆动式动作。请再参阅图4至图5，本发明的常闭式制动装置20包含有一个外壳30、一个碟片组40、一个制动环50、一个加压环60，以及一个弹性单元70。

外壳30具有一个容槽31与一个内凸缘32。容槽31的截面形状呈圆形，内凸缘32自容槽31的槽壁径向地凸伸而出，如图4及图7所示，前述转轴12以可转动的方式安装于容槽31内且被内凸缘32所环绕。此外，外壳30更具有一条径向连通容槽31的第一流道33(如图8所示)与一条径向连通容槽31的第二流道34(如图7所示)，第一流道33的入口端安装一个用来注入第一流体22(在此为液压油，实际上也可以使用气体，并不以液压油为限)的第一接头16，第二流道34的入口端安装一个用来注入第二流体24(在此为液压油，实际上也可以使用气体，并不以液压油为限)的第二接头18。

碟片组40设于外壳30的容槽31内且具有一个第一固定碟片41、一个第二固定碟片42、一个分隔环43及二个相互堆叠的转动碟片44，如图5及图7所示，第一固定碟片41、第二固定碟片42及分隔环43利用多根螺丝45一起固定于外壳30的内凸缘32，其中的第二固定碟片42比第一固定碟片41更靠近外壳30的内凸缘32，至于分隔环43位于第一固定碟片41与第二固定碟片42之间而将两者隔开。再如图7所示，二个转动碟片44的外周缘位于第一固定碟片41和第二固定碟片42之间，且二个转动碟片44的内周缘利用多根螺丝46固定于转轴12的一个外凸缘122，使得二个转动碟片44能跟着转轴12一起转动。

制动环50以可前后移动的方式设于外壳30的容槽31内且与外壳30之间形成一个连通第一流道33的第一腔室54(如图8所示)，第一腔室54的前后二端分别被外壳30及制动环50所封闭住。制动环50邻设于碟片组40，且制动环50朝碟片组40的一侧面凸伸出一个制动部52，当制动环50位于如图9所示的制动位置P1时，制动环50以制动部52抵压第一固定碟片41，使第一固定碟片41产生弹性变形而将转动碟片44夹持固定在第一固定碟片41与第二固定碟片42之间，当制动环50位于如图10所示的解制动位置P2时，制动环50的制动部52松放第一固定碟片41，使第一固定碟片41恢复原状，此时的转动碟片44能跟着转轴12相对第一固定碟片41与第二固定碟片42转动。

加压环60设于外壳30的容槽31内且邻设于制动环50，加压环60朝制动环50的一侧面凸伸出一个第一凸缘61与一个邻接第一凸缘61的第二凸缘62，如图7所示，加压环60以第一凸缘61抵接制动环50，使得加压环60与制动环50之间形成一个第二腔室63，第二腔室63的外侧连通第二流道34，第二腔室63的内侧被第一凸缘61所封闭。再如图7所示，加压环60以第二凸缘62抵接于制动环50的内环面51，制动环50的内环面51嵌设一个密封环55与一个邻设于密封环55的背拖环56，一方面通过密封环55增加两者之间的密封效果，另一方面通过背拖环56使制动环50在动作时能保持良好的平衡，以避免制动环50产生歪斜而影响制动效果。

弹性单元70设于外壳30的容槽31内且具有一个呈环状的弹性体座71、多个弹性体73(在此以压缩弹簧为例)及多个销件74。弹性体座71固设于外壳30内且邻设于加压环60，加压环60朝弹性体座71的一侧面具有多个凹孔64(如图7所示)，弹性体座71朝加压环60的一侧面具有多个沉头螺孔72(如图5及图7所示)，这些弹性体73以一对一的方式设于这些凹孔64与这些沉头螺孔72之间，这些弹性体73的一端抵接于弹性体座71作为支撑，这些弹性体73的另一端抵接于加压环60，用以提供弹力恒将加压环60往制动环50的方向推顶；这些销件74以一对一的方式穿设于这些弹性体73且螺设于这些沉头螺孔72，用以对这些弹性体73提供支撑效果。

在实际操作时，利用第二接头18对第二流道34通入第二流体24，使第二流体24进入第二腔室63内，如图9所示，第二流体24一方面会推动制动环50，使制动环50保持于如图9所示的制动位置P1，另一方面，第二流体24会推动加压环60，使加压环60压缩这些弹性体73，由于第二腔室63为密闭状态，再加上第二流体24施加于加压环60的作用力与这些弹性体73施加于加压环60的作用力具有相反的方向，所以根据帕斯卡定律(Pascal'sprinciple)，这些弹性体73受压缩所产生的能量会经由第二流体24作用于制动环50，使制动环50达到双重增压的效果，亦即，当对第二腔室63通入第二流体24时，Ft＝F₁+F₂，其中的Ft为制动环50所提供的总制动力，F₁为第二流体24施加于制动环50的推力，F₂为全部弹性体73受压缩时所产生的能量，若第二流体24施加于加压环60的作用力越大，这些弹性体73受压缩所产生的能量也越大，因此制动环50所能提供的总制动力也会跟着越大。

反之，若要让转轴12正常运作时，先停止对第二腔室63通入第二流体24，接着利用第一接头16对第一流道33通入第一流体22，使第一流体22进入第一腔室54内，如图10所示，第一流体22会推动制动环50，接着制动环50会推动加压环60，由于此时的这些弹性体73仍然对加压环60施加作用力，所以当第一流体22施加于制动环50的作用力大于这些弹性体73施加于加压环60的作用力时，即可将制动环50保持于如图10所示的解制动位置P2，这时候的转动碟片44不会被第一固定碟片41与第二固定碟片42所夹持住，因此可让转轴12正常运作。

一旦第二流体24的供给因特殊状况(例如无预警停电或管路破裂)而失效时，虽然会导致制动环50失去第二流体24所提供的推力，但是这些弹性体73仍然可以透过加压环60对制动环50施加作用力，使制动环50保持于如图7所示的制动位置P1，使转轴12达到安全停机的效果。换言之，在正常情况下，制动环50会利用第二流体24的作用力及这些弹性体73受压缩时所产生的作用力对转动碟片44提供完整的制动力，如果第二流体24的供给失效，这些弹性体73所提供的部分制动力仍然可以将制动环50保持于如图7所示的制动位置P1，因此达到常闭制动的效果，进而提升操作上的安全性。

另外需要补充说明的是，如图11所示，制动环50的制动部52具有一个用来抵压第一固定碟片41的制动面53，制动面53的径向长度L不超出第一固定碟片41、第二固定碟片42及转动碟片44相互重叠的区域，若制动面53的径向长度L超出前述范围，除了可能会压到转动碟片44而造成转动碟片44的损坏，也可能会压到分隔环43而影响制动效果。再如图12所示，制动面53邻接于内环面51且与内环面51之间具有一个小于90度的第一夹角θ₁，若第一夹角θ₁大于或等于90度，可能会造成第一固定碟片41被制动面53下压后变形成类似S状态，使第一固定碟片41具有两处弯折点，此状态属于剪切效应，使其难以恢复原状，如此在解制动状态下容易影响转动碟片44的动作，若第一夹角θ₁小于90度时，第一夹角θ₁趋近于第一固定碟片41的变形角，使第一固定碟片41仅具有一处弯折点，可有效改善剪切力对第一固定碟片41造成的寿命影响。此外，第一固定碟片41具有一个被制动面53所抵压的受压段412，第一固定碟片41的受压段412与制动环50的内环面51之间具有一个第二夹角θ₂，第二夹角θ₂小于或等于第一夹角θ₁，通过前述特殊角度的设计，一方面可以得到最佳夹持效果，另一方面让第一固定碟片41在解制动状态下能够顺利恢复原状，以延长第一固定碟片41的使用寿命。

综上所述，本发明的常闭式制动器20利用第一腔室54与第二腔室63搭配制动环50与加压环60的设计，只要分别对第一腔室54与第二腔室63通入第一流体22与第二流体24，即可控制制动环50对转动碟片44提供解制动效果和制动效果，另外在第一腔室54未通入第一流体22且第二腔室63未通入第二流体24(或第二流体24供给失效)的状况下，通过这些弹性体73所提供的部分制动力，制动环50仍然可以保持在制动位置P1，以达到常闭制动的效果，进而提升操作上的安全性，因此可适用于重切削及高进给的场合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种常闭式制动装置，包含有:

一外壳，具有一容槽；

一碟片组，设于该外壳的容槽内且具有一第一固定碟片、一第二固定碟片及一转动碟片，该转动碟片设于该第一固定碟片与该第二固定碟片之间；

一制动环，可移动地设于该外壳的该容槽内且与该外壳之间形成一第一腔室，该制动环具有一制动部，当该制动环位于一制动位置时，该制动环的该制动部抵压该第一固定碟片，使该转动碟片被固定在该第一固定碟片与该第二固定碟片之间，当该制动环位于一解制动位置时，该制动环的该制动部松放该第一固定碟片，使该转动碟片能相对该第一固定碟片与该第二固定碟片转动；

一加压环，设于该外壳的该容槽内且局部抵接该制动环，使得该加压环与该制动环之间形成一第二腔室；以及

一弹性单元，设于该加压环，用以将该加压环往该制动环的方向推顶；

其中，当只对该第一腔室通入一流体时，该制动环受该流体的作用而保持于一解制动位置，当只对该第二腔室通入该流体时，该制动环受该流体的作用而保持于该制动位置，且该加压环受该流体的作用而压缩该弹性单元，该流体施加于该加压环的作用力的方向相反于该弹性单元施加于该加压环的作用力的方向，当该第一腔室及该第二腔室未通入该流体时，该加压环受该弹性单元所施加的作用力而推顶该制动环，使该制动环保持于该制动位置。

2.根据权利要求1所述的常闭式制动装置，其中，该制动环具有一内环面，该内环面嵌设一密封环与一邻设于该密封环的背拖环，该加压环朝该制动环的一侧面具有一第一凸缘与一邻接该第一凸缘的第二凸缘，该加压环的该第一凸缘抵接该制动环，该加压环的该第二凸缘抵接该密封环与该背拖环。

3.根据权利要求1所述的常闭式制动装置，其中，该制动环的该制动部具有一制动面，当该制动环位于该制动位置时，该制动环以该制动部的该制动面抵压该第一固定碟片，该制动面的径向长度不超出该第一固定碟片、该第二固定碟片及该转动碟片相互重叠的区域。

4.根据权利要求1所述的常闭式制动装置，其中，该制动环的该制动部具有一制动面，当该制动环位于该制动位置时，该制动环以该制动部的该制动面抵压该第一固定碟片，该制动环更具有一邻接该制动面的内环面，该制动面与该内环面之间具有一第一夹角，该第一夹角小于90度。

5.根据权利要求4所述的常闭式制动装置，其中，该第一固定碟片具有一受压段，当该制动环位于该制动位置时，该制动环以该制动部的该制动面抵压该第一固定碟片的该受压段，且该第一固定碟片的该受压段与该制动环的该内环面之间具有一第二夹角，该第二夹角小于或等于该第一夹角。

6.根据权利要求1所述的常闭式制动装置，其中，该弹性单元具有一弹性体座与多个弹性体，这些弹性体座设于该外壳的该容槽内且邻设于该加压环，这些弹性体设于该加压环与该弹性体座之间，用以将该加压环往该制动环的方向推顶。

7.一种回转工作台，包含有:

一如权利要求1至6中任一项所述的常闭式制动装置；以及

一转轴，可转动地设于该外壳的该容槽内，该转轴的外周面固接该转动碟片，使得该转轴能与该转动碟片同步动作。

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