CN116771822A - 电控机械干式制动钳 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电控机械干式制动钳，行星滚柱丝杠组件安装在制动钳组件的缸孔内，所述电机及减速机构与行星滚柱丝杠组件直接或间接的连接；所述行星滚柱丝杠组件包括丝杠、螺母及安装在丝杠与螺母之间的滚柱，滚柱安装在位于丝杠与螺母之间的保持架上，保持架与螺母之间安装有扭簧；所述保持架上和螺母上均设置有相互匹配的防转凸台，通过扭簧的弹力使保持架上的防转凸台与螺母上的防转凸台的各有一个侧边贴合在一起，该贴合位置为滚柱和保持架的初始位置。循环式行星滚柱丝杠的基础上改进出的一种非循环的机构，将其应用于存在重载工况且行程较短的制动系统领域，能够同时提供高承载能力和高传动效率，是成本更低、可靠性更高。

Description

电控机械干式制动钳

技术领域

本发明涉及制动系统技术领域，尤其涉及一种电控机械干式制动钳。

背景技术

现有技术中，电控机械干式制动钳一般包括直线驱动机构，其作用是将驱动电机及减速机构的旋转运动转化为连接件的直线运动，其中一种形式是行星滚柱丝杠：

现有技术中的行星滚柱丝杠一般分为以下几种：

标准式行星滚柱丝杠：丝杠与螺母之间通过多个带有螺纹的滚柱配合，该结构对于零部件的尺寸和几何公差要求很高，只要零部件精度稍微超出要求，就会产生干涉而卡死，从而对加工要求和装配要求都很高，生产制造过程非常精密，导致该行星滚柱丝杠的成本很高。

反向式行星滚柱丝杠：结构、原理与标准式行星滚柱丝杠大致相同，区别在于利用螺母传递扭矩和转速，丝杠传递轴向力。

循环式行星滚柱丝杠：滚柱设置有多组环形沟槽，沟槽之间的距离与螺纹相匹配，滚柱每转一圈，会脱离丝杠的螺纹，落入螺母内槽中，再通过螺母两端的凸轮将滚柱推到转动之前的轴向初始位置，然后滚柱再进入丝杠和螺母的滚道。在进入滚道的过程中，需要滚柱环槽与螺母的多个齿同时对准后，才能进入滚道，这就对凸轮和螺母的加工和装配要求非常高，导致成本非常高；同时在高速工作环境下，滚柱和螺母的多个齿对接啮合很难完成。

差动式行星滚柱丝杠：结构更为简洁，在相同体积和重量下可以承受更高的载荷，并且具有更高的输入转速、更小的导程和更大的减速比等优点。缺点是丝杠螺纹啮合区域会产生滑动的问题，使传动比不稳，在较大载荷下磨损严重，导致精度丧失、可靠性不高。

综上所述，现有技术中的行星滚柱丝杠存在两种情况：

（1）标准式行星滚柱丝杠、反向式滚柱丝杠、循环式滚柱丝杠成本昂贵，产能受限，难以广泛的在汽车行业使用。

（2）差动式行星滚柱丝杠在较大载荷下存在寿命和可靠性的问题，也很难应用到汽车安全系统的产品。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种电控机械干式制动钳，包括电机及减速机构、行星滚柱丝杠组件和制动钳组件，所述行星滚柱丝杠组件安装在制动钳组件的缸孔内，所述电机及减速机构与行星滚柱丝杠组件直接或间接的连接；

所述行星滚柱丝杠组件包括丝杠、螺母及安装在丝杠与螺母之间的滚柱，滚柱安装在位于丝杠与螺母之间的保持架上，保持架与螺母之间安装有扭簧；

所述保持架上和螺母上均设置有相互匹配的防转凸台，通过扭簧的弹力使保持架上的防转凸台与螺母上的防转凸台的各有一个侧边贴合在一起，该贴合位置为滚柱和保持架的初始位置；

在任意工作循环后，在非负载条件下，滚柱和保持架都处于初始位置。

进一步改进在于：所述滚柱为环形槽螺纹滚柱；所述滚柱安装在保持架上，所述保持架对滚柱的周向位置进行限位，并且允许滚柱在保持架内绕滚柱自身轴线旋转；

单次工作循环内，螺母相对于丝杠的初始位置、所述保持架相对于螺母的初始位置在预定时间后均发生移动。

进一步改进在于：所述保持架由两个圆环部，及连接两个圆环部的连接部b组成；圆环部具有均布的通孔；

所述滚柱由环形槽b、及环形槽b两侧的圆柱端a组成，圆柱端a与保持架圆环部的通孔为轴孔间隙配合，环形槽b的长度小于保持架的两个圆环部之间的最短距离，的端面与保持架圆环部之间安装有小弹簧，小弹簧为波形弹簧。

进一步改进在于：所述螺母包括有内侧的螺纹部a以及底端的回位部b，所述扭簧安装在螺母的回位部b内腔中，所述扭簧的数量至少为一个，扭簧为提供扭力的弹簧，其形状为平面型或圆柱型或锥型。

进一步改进在于：所述螺母的回位部b与底座固定连接；所述底座的端面为圆形或椭圆形；回位部b与底座通过螺纹连接或焊接过铆接进行连接；所述底座抵靠在制动钳组件的制动片端面。

进一步改进在于：所述防转凸台的数量至少为一对，每对为两个通过装配或一体式成型的方式固定在保持架端部和螺母端部的内壁上。

进一步改进在于：所述滚柱与螺母之间的间隙小于滚柱与丝杠之间的间隙，使得空载条件下，丝杠与滚柱的摩擦力相对于螺母与滚柱的摩擦力更小。

进一步改进在于：所述螺母外壁面设置导向部，导向部为凹槽或凸台，导向部与制动钳组件的缸孔配合，螺母在圆周方向被导向部限定，从而保证在工作过程中，螺母只能进行直线运动。

进一步改进在于：所述螺母至少包含一段圆柱部分或圆滑过渡部分，该部分与制动钳组件的橡胶的密封圈配合，具有密封作用，防止异物进入。

进一步改进在于：所述制动钳组件的缸孔端面与螺母之间安装有密封罩。

电机及减速机构的正转和反转动作，经过行星滚柱丝杠组件将旋转运动转化为制动片的平移运动，实现制动钳的夹紧和释放动作。正常的工作循环：

夹紧阶段，包含：

空行程阶段：该阶段需要行星滚柱丝杠工作，推动制动片，从而消除制动片和制动盘的间隙。所述滚柱与螺母之间的间隙小于滚柱与丝杠之间的间隙，因而在该过程中，丝杠和滚柱之间的摩擦力矩小于扭簧提供的力矩，则滚柱和螺母之间没有相对动作，丝杠在滚柱上做滑动运动。这样的好处是：同样负载条件下，相对于空行程做滚动运动，减小了螺母的工作行程，可将螺母长度缩短，从而降低了螺母的成本。值得说明的这个阶段由于轴向力为零，无论是滑动摩擦还是滚动摩擦，摩擦力都很小，差别很小。

负载阶段：轴向间隙被消除后，制动片和卡钳的钳体开始变形，变形的反作用力到行星滚柱丝杠上，丝杠和滚柱之间的摩擦力矩逐渐大于扭簧的弹性力，这时滚柱在丝杠和螺母之间做滚动运动，工作原理和循环式行星滚柱丝杠一致，同时具备很高的传动效率，和很高的承载能力，不仅如此，因为去掉螺母上的凹槽和凸轮，运动更具有连贯性，可以适应高转速，满足制动系统的响应时间的要求。

在负载阶段，在制动系统中行程有限的，只要扭簧能够被压缩的行程大于制动系统的行程就可以满足要求。

释放阶段，包含：

卸载阶段：由于滚柱与丝杠在轴向载荷下，摩擦力矩大于扭簧产生的力矩，行星滚柱丝杠由于是滚动摩擦，逆效率高，可以做到快速的卸载。

当轴向载荷消除后， 摩擦力矩小于扭簧产生的力矩，这时在扭簧弹力的作用下，滚柱和保持架回到初始位置。如果丝杠继续向释放方向旋转，摩擦力矩远远小于防转机构产生的力矩，依然做滑动摩擦，相当于滑动丝杠。

本发明的有益效果：该电控机械干式制动钳具有如下特点：

一、对行星滚柱丝杠组件的加工要求降低，从而降低成本：

对于循环式行星滚柱丝杠，丝杠与螺母之间通过多个具有环槽的滚柱配合，滚柱每转一圈，会脱离丝杠的螺纹，落入螺母内槽中，再通过螺母两端的凸轮将滚柱推到转动之前的轴向初始位置，然后滚柱再次进入滚道。在进入滚道的过程中，需要滚柱环槽与螺母的多个齿同时对准后，才能进入滚道，在高转速工作环境下，滚柱将更难进入滚道，这就对凸轮和螺母的加工和装配要求非常高，导致成本非常高。本发明的方案去掉了螺母两端的凸轮和螺母侧边的凹槽，不再需要滚柱的与螺母的多个齿同时对准后，才能进入滚道。取而代之的方案使用扭簧回位，由防转凸台配合确定初始位置，扭簧和凸台的制造技术成熟，成本低，从而保证了成本大幅度降低。

其次，本发明中的行星滚柱丝杠同样继承了循环式行星滚柱丝杠的优点，可做到导程很小，例如导程为1mm，这样能够减少需要输入的扭矩，从而减轻了对齿轮机构强度的要求，有利于减少电机和减速机构的体积，从而减少了整体的体积和成本。

二、能够兼顾系统的高承载能力和高传动效率：

本发明虽然在空行程是滑动摩擦，理论上传动效率低，但由于空行程时，只用于消除间隙或输出的轴向力很小，输出功率等于输出的轴向力与轴向移动距离的乘积，因此可以认为输出的功率是无限小，在计算整体传动效率时，该部分占比很小，也不影响响应速度。只有在负载阶段，才需要输出大量的输出功率，而这时本发明的工作方式是滚动体传动，传动效率与行星滚柱丝杠一致，所以在空行程采用滑动摩擦并不影响整体的传动效率，从而做到了整体的高传动效率。另外本发明与循环式行星滚柱丝杠工作方式一样，具备滚珠丝杠无法超越的承载能力。

三、滚柱环槽能够自行调整至与滚道配合的位置：

本发明中，滚柱由环形槽、及环形槽两侧的圆柱端组成，滚柱被装配在保持架上，保持架由两个圆环部，及连接两个圆环部的连接部组成，圆环部具有通孔，滚柱的圆柱端与保持架圆环部的通孔为轴孔间隙配合。特别的，滚柱环形槽的长度小于保持架的两个圆环部之间的最短距离，即滚柱在保持架内具有轴向窜动的空间。同时在滚柱环形槽的端面与保持架圆环部之间安装波形的小弹簧，使得滚柱与保持架在无外力干涉下，能够保持相对固定的位置。在行星滚柱丝杠装配时，由于滚柱在保持架内具有一定的轴向移动距离，使得滚柱的环槽能够调整至与丝杠或螺母的螺纹槽配合的位置。

附图说明

图1为本发明电控机械干式制动钳的结构示意图。

图2为本发明行星滚柱丝杠组件的结构示意图。

图3为本发明行星滚柱丝杠组件的展开示意图。

图中：1-丝杠，2-螺母，2a-螺纹部，2b-回位部，3-滚柱，3a-圆柱端，3b-环形槽，4-防转机构，4a-第一防转凸台，4b-第二防转凸台，5-保持架，5a-第一圆环部，5b-连接部，5c-第二圆环部，6-小弹簧，7-导向部，8-扭簧，9-底座，10-行星滚柱丝杠组件，11-制动钳组件，12-导向螺钉，13-密封圈，14-密封罩。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1所示，本实施例提供一种电控机械干式制动钳，包括电机及减速机构、行星滚柱丝杠组件10和制动钳组件11。行星滚柱丝杠组件10安装在制动钳组件11的缸孔内。电机的输出端与行星滚柱丝杠组件10的输入端直接连接；或通过减速增扭机构间接的连接，将电机及减速机构输出的动力传递至行星滚柱丝杠组件10，行星滚柱丝杠组件10的输入端可以为丝杠或螺母，本案例以丝杠为输入端，螺母为输出端。行星滚柱丝杠组件10的螺母2与制动钳组件11的输出部件配合，输出部件为制动片，即，行星滚柱丝杠10的螺母2直接与制动钳组件的制动片配合，取消了传统液压制动系统的活塞设计。制动钳组件11和电机及减速机构均为现有技术。

如图2和图3所示，图2和图3为本实施案例中行星滚柱丝杠组件的结构示意图。

行星滚柱丝杠组件包括丝杠1、螺母2及安装在丝杠1与螺母2的螺纹部2a之间的滚柱3，滚柱3的环形槽3b与螺母2的螺纹部2a之间的间隙小于滚柱3的环形槽3b与丝杠1螺纹之间的间隙，使得空载条件下，丝杠1与滚柱2的摩擦力相对于螺母2与滚柱3的摩擦力更小，这样如果出现滑动，必然是丝杠1与滚柱3之间的滑动。滚柱3两端为圆柱端3a，圆柱端为光轴，滚柱3中间为环形槽3b，环形槽3b由多个环形闭合凹槽组成，相邻环形闭合凹槽之间的距离与丝杠1和螺母2的螺纹螺距匹配。

滚柱3安装在保持架5上，保持架5由第一圆环部5a、第二圆环部5c及连接第一圆环部5a和第二圆环部5c的连接部5b组成，保持架5为一体制成或由零件装配形成。本案例中，保持架5的第一圆环部5a和第二圆环部5c外壁面设置有环槽，连接部5b可卷制在第一圆环部5a和第二圆环部5c的外壁面环槽中，再用激光焊接固定。第一圆环部5a和第二圆环部5c具有多个均匀分布的通孔，通孔数量与滚柱3数量一致，滚柱3的圆柱端3a与保持架5圆环部的通孔为轴孔间隙配合，滚柱3在保持架5内能够绕滚柱3的轴线自由旋转。滚柱3环形槽3b的长度小于第一圆环部5a和第二圆环部5c之间的最短距离，即滚柱3在保持架5内具有轴向窜动的空间，同时在滚柱3环形槽3b的端面与保持架5圆环部之间安装小弹簧6，该小弹簧可以为波形弹簧，作用是使得滚柱3与保持架5能够保持相对位置，该波形弹簧提供的阻尼作用足够小，并不影响到滚柱3的旋转运动。

行星滚柱丝杠组件10内设置有防转机构4，防转机构4为一对相互配合的第一防转凸台4a和第二防转凸台4b，其中第一防转凸台4a设置在螺母2的内壁面与其一体成型，第二防转凸台4b设置在保持架5的端面与其一体成型，第一防转凸台4a与第二防转凸台4b相互接触配合的位置，即为保持架5与滚柱3的初始位置。

螺母2包括具有内螺纹的螺纹部2a和具有内腔的回位部2b组成，回位部2b位于螺母2的第一防转凸台4a的相对另一端，回位部2b与底座9通过螺纹连接，底座9的端面设计为圆形，底座9作为行星滚柱丝杠组件10的输出端与制动片配合。回位部2b的内腔中安装有扭簧8，扭簧8的两个端部均设置有凸台，其中一个凸台朝向扭簧8旋转中心的方向延伸，并与保持架5通过焊接方式固定，另一个凸台朝远离扭簧8旋转中心方向延伸，并与螺母2通过焊接方式固定。扭簧8截面为圆柱型，数量为一个。当保持架5与滚柱3处于初始位置时，扭簧8也处于无弹性形变或小弹性形变的状态，即，扭簧8的状态是趋向于将保持架5推回与螺母2的初始位置的状态。

螺母2外壁设置导向部7，导向部7为凹槽或凸台，导向部7与制动钳组件11的缸孔配合，本案例中，导向部7为螺母2外侧的凹槽，同时制动钳组件11的缸孔内壁设置有螺纹孔，防转螺钉穿过该螺纹通孔，伸入螺母2的导向凹槽内，螺母2在圆周方向上的转动被防转螺钉限定，只能进行直线运动。

螺母2至少包含一段圆柱部分或圆滑过渡部分，该部分与制动钳组件的橡胶的密封圈13配合，具有密封作用，制动钳组件11的缸孔端部与螺母2之间设置有密封罩14，防止异物进入。

工作过程：

电控机械干式制动钳的制动力产生过程：电机及减速机构运转，电机及减速机构的旋转运动传递至行星滚柱丝杠组件10，丝杠1沿第一方向旋转，丝杠1的螺纹面与滚柱3的环形槽3b面接触，若干个滚柱3分担从丝杠1传递来的负载。由于滚柱3与丝杠1之间的间隙要大于滚柱3与螺母之2间的间隙，丝杠1与滚柱3的摩擦力相对于螺母2与滚柱3的摩擦力更小，这时滚柱3与丝杠1之间的摩擦力足够小，此时扭簧8提供给保持架5的抵抗旋转的力，会大于丝杠1与滚柱3之间的摩擦力，因此滚柱3和保持架5相对于螺母2的位置不会发生改变，滚柱3、保持架5及螺母2会整体朝着制动片方向移动，滚柱3与丝杠1之间相当于滑动丝杠副。

当制动片接触到制动盘之后，系统开始产生制动力，制动力的反作用力传递回行星滚柱丝杠组件10。当螺母2受到的轴向力开始增加，丝杠1与滚柱3之间的轴向力同样增加，当达到预定轴向力后，滚柱3和保持架5会克服扭簧8提供的抵抗旋转的力，滚柱3开始一边绕丝杠1轴线转动，一边在保持架5内自转，扭簧8被压缩并发生弹性形变，此时丝杠1传递的扭矩将通过丝杠1螺纹与滚柱3的环形槽3b，以及滚柱3的环形槽3b与螺母2螺纹，转化为螺母2、保持架5及滚柱3各自的纵向移动，相当于行星滚柱丝杠，螺母2继续推动底座9和制动片，从而夹紧制动盘以获得制动力，由于是滚动摩擦，摩擦系数低，传动效率高，同样条件下，可以得到更快的直线驱动的速度和更高的输出力。

电控机械干式制动钳的制动力释放过程：丝杠1沿第二方向旋转，第二方向与第一方向相反。在释放过程初期，滚柱3依旧受丝杠1和螺母2的挤压，丝杠1与螺母2的相对运动是通过滚柱3的滚动产生的，由于是滚动摩擦，摩擦系数低，传动效率高，同样条件下，可以更短的时间消除夹紧力，做到了快速释放。扭簧8始终处于被压缩状态，制动力消失后，扭簧依然具有自行回位的弹性力，在扭簧8的弹性力作用下，保持架5及滚柱3会自行在滚道中运动，直至回到初始位置，即保持架5的第二防转凸台4b与螺母2的第一防转凸台4a相互接触配合的位置，如果继续向释放方向旋转，丝杠2和滚柱3之间的摩擦力矩小于两个凸台配合产生的力矩，依然是滑动。至此完成一次工作循环，并为下一次工作循环做好准备。

以上案例仅针对于从丝杠输入扭矩和转速，由螺母输出压力的情况，若从螺母输入扭矩和转速，由丝杠输出压力，其设计与上述案例相反。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电控机械干式制动钳，包括电机及减速机构、行星滚柱丝杠组件（10）和制动钳组件（11），所述行星滚柱丝杠组件（10）安装在制动钳组件（11）的缸孔内，所述电机及减速机构与行星滚柱丝杠组件（10）直接或间接的连接；其特征在于：

所述行星滚柱丝杠组件（10）包括丝杠（1）、螺母（2）及安装在丝杠（1）与螺母（2）之间的滚柱（3），滚柱（3）安装在位于丝杠（1）与螺母（2）之间的保持架（5）上，保持架（5）与螺母（2）之间安装有扭簧（8）；

所述保持架（5）上和螺母（2）上均设置有相互匹配的防转凸台，通过扭簧（8）的弹力使保持架（5）上的防转凸台与螺母（2）上的防转凸台的各有一个侧边贴合在一起，该贴合位置为滚柱（3）和保持架（5）的初始位置；

在任意工作循环后，在非负载条件下，滚柱（3）和保持架（5）都处于初始位置。

2.如权利要求1所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述滚柱（3）为环形槽螺纹滚柱；所述滚柱（3）安装在保持架（5）上，所述保持架（5）对滚柱（3）的周向位置进行限位，并且允许滚柱（3）在保持架（5）内绕滚柱自身轴线旋转；

单次工作循环内，螺母（2）相对于丝杠（1）的初始位置、所述保持架（5）相对于螺母（2）的初始位置在预定时间后均发生移动。

3.如权利要求2所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述保持架（5）由两个圆环部，及连接两个圆环部的连接部（5b）组成；圆环部具有均布的通孔；

所述滚柱（3）由环形槽（3b）、及环形槽（3b）两侧的圆柱端（3a）组成，圆柱端（3a）与保持架（5）圆环部的通孔为轴孔间隙配合，环形槽（3b）的长度小于保持架（5）的两个圆环部之间的最短距离，（5）的端面与保持架圆（5）环部之间安装有小弹簧（6）。

4.如权利要求1所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述螺母（2）包括有内侧的螺纹部（2a）以及底端的回位部（2b），所述扭簧（8）安装在螺母的回位部（2b）内腔中，所述扭簧的数量至少为一个，扭簧（8）为提供扭力的弹簧，其形状为平面型或圆柱型或锥型。

5.如权利要求4所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述螺母（2）的回位部（2b）与底座（9）固定连接；所述底座（9）的端面为圆形或椭圆形；回位部（2b）与底座（9）通过螺纹连接或焊接过铆接进行连接；所述底座（9）抵靠在制动钳组件的制动片（11）端面。

6.如权利要求1所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述防转凸台的数量至少为一对，每对为两个通过装配或一体式成型的方式固定在保持架（5）端部和螺母（2）端部的内壁上。

7.如权利要求3所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述滚柱（3）与螺母（2）之间的间隙小于滚柱（3）与丝杠（1）之间的间隙，使得空载条件下，丝杠（1）与滚柱（3）的摩擦力相对于螺母（2）与滚柱（3）的摩擦力更小。

8.如权利要求1所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述螺母（2）外壁面设置导向部（7），导向部（7）为凹槽或凸台，导向部（7）与制动钳组件（11）的缸孔配合，螺母（2）在圆周方向被导向部（7）限定，从而保证在工作过程中，螺母（2）只能进行直线运动。

9.如权利要求1所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述螺母（2）至少包含一段圆柱部分或圆滑过渡部分，该部分与制动钳组件（11）的橡胶的密封圈（13）配合进行密封防止异物进入。

10.如权利要求1所述电控机械干式制动钳，其特征在于：所述制动钳组件（11）的缸孔端面与螺母之间安装有密封罩（14）。