CN1216346A - 齿轮转子马达动态制动器 - Google Patents
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Abstract
液压马达,包括转子齿轮组15和安置在转子前面的阀41。转子的后面安置一个形成室71的端盖件21,室内安置制动盘组件89。外制动盘91相对于端盖件固定而不能转动,内制动盘93用花键接合在插入件54的盘安装部分97上。插入件包括一个插入部分109,装在转子的作轨道运动和转动的星形件31内,使得内制动盘相对于外制动盘作轨道运动和转动。本发明的动态制动器不需重新设计端盖件前面的马达,而其位置使制动盘组件仅承担马达全输出转矩的一部分。
Description
本发明涉及一种转动的流体压力装置,更具体地说,涉及包括由齿轮转子齿轮组组成的流体移动机构的那种类型的装置。
虽然本发明可能被包括在一种用作泵的齿轮转子型装置中,但它特别适用于一种低速高转矩的齿轮转子马达中,并将与该马达相联系地描述。
数年来,本发明的受让人及其他人制造和销售了许多齿轮转子马达,使马达的阀门设置在齿轮转子齿轮组的“前面”(即向着马达的输出轴端部),因此除了一个端盖外在齿轮转子齿轮组的“后面”没有安置什么。本发明不限于此种类型的齿轮转子马达,虽然它特别适用于此类齿轮转子马达,并将与其相联系地例示和描述。
在低速高转矩齿轮转子马达的许多车辆应用中,希望马达具有某种停车制动器或停车锁定器,而在某些车辆应用中,希望马达具有某种动态制动器,它能用于当车辆仍然运动时将车辆带到止动。应当理解,此处使用的术语“动态”制动器指一种具有动态能力的制动器,即一种当车辆仍然这动时就能够开始被应用的制动器,但“动态”一词并不指一种当车辆以其正常操作速度行驶时应用的真正常用型(脚踏型)的制动器。
许多年来,该技术的专业人员一直试图将制动器和锁定装置合并到齿轮转子马达中。此种装置的例子例示和描述于美国专利No.3,616,882和No.4,981,423中。在No.3,616,882的装置中,一个制动部件安置在紧邻齿轮转子星形件的前端,并被流体压力偏压成与其摩擦啮合。由于游隙的变化等等,这样一种配置涉及一定程度的性能不可预测性。这样一种配置同时需要明显地重新设计马达的摩擦片和前轴承箱。
在No.4,981,423的装置中,有一种多盘制动装置,为“弹簧施加、压力释放”型。No.4,981,423的装置也需要几乎完全重新设计前轴承箱,同时形成一种大得多的轴承箱。此外,盘组件与输出轴成花键啮合,因此必须能够制动或止住马达的全部输出转矩,从而要求盘、弹簧和施加/释放活塞全部比希望的要更大。一个有关的问题是,这样一种制动装置可以减小马达的某些额定性能,如输出轴的侧面负载能力,这被OEM客户通常认为是非常不如人意的。
因此,本发明的一个目的是提供一种包括一个动态制动器的齿轮转子马达,它能克服先有技术的上述缺点。
本发明的一个更具体的目的是提供一种供齿轮转子马达用的动态制动器,它不需要对齿轮转子齿轮组或在其前面安置的马达的部分进行任何重要的重新设计。
本发明的另一目的是提供这样一种动力制动装置,它这样安置,使得它不需要制动或止住马达的全部输出转矩。
本发明的又一目的是提供这样一种动力制动装置,它不涉及通过一个锁定件或制动件对齿轮转子星形件的轮廓进行啮合。
本发明的上述和其它目的是通过提供一种这种类型的旋转流体压力装置来完成的,该装置包括形成一个流体入口和一个流体出口的壳体机构。该装置包括一个旋转的流体移动机构,该机构包括一个内齿环形件和一个外齿星形件,该外齿星形件偏心地安置在环形件内以便相对于它进行轨道运动。或环形件或是星形件进行转动,而环形件和星形件的齿相互啮合,以形成响应于轨道运动和转动运动的膨胀和收缩(压缩)流体体积室。一个阀机构与壳体机构配合,形成从入口到膨胀体积室的流体连通和从收缩体积室到出口的流体连通。该装置包括输出机构和可以操作以便从具有转动运动的部件将转矩传送到输出机构的机构。一个端盖安置在流体移动机构的后面。
该改进的旋转流体压力装置的特征在于形成内室的端盖。一个第一机构形成至少一个第一制动表面,相对于端盖不可转动地固定。一个第二机构形成至少一个第二制动表面,相对于星形件和环形件之一不可转动地固定。一个锁定活塞安置在内室中,并可以在一个退回位置和一个施加位置之间活动,在该施加位置中该锁定活塞导致第一和第二制动表面的啮合,从而阻滞星形件和环形件之一的运动。
附图简述如下:
图1是本发明的包括动力制动机构的齿轮转子马达处于啮合位置的轴向截面。
图2是沿图1的线2-2截取的横截面,例示本发明的一个方面。
图3是沿图1的线3-3截取的横截面,例示本发明的另一方面。
图4是类似于图1的轴向局部截面图,例示本发明的另一实施例。
现在参照附图对优选实施例进行详述,这些附图不限制本发明,图1是低速高转矩齿轮转子马达的轴向截面图,本发明的动力制动机构对该类型的马达特别有利。图1中所示的齿轮转子马达可以是美国专利No.4,592,704中例示和描述的通用型,该专利已转让给本发明的受让人并参考合并于此。
图1的齿轮转子马达包括一个阀壳部11和一个总的用15表示的能量变换位移机构,该机构在本实施例中是一个滚柱齿轮转子齿轮组。该马达包括端盖组件17,利用多个螺栓19与阀壳部11保持紧密密封啮合,端盖组件17包括端盖件21和端盖件23,端盖件21安置在齿轮转子齿轮组15的紧邻处,端盖件23利用多个螺栓19与端盖件21保持流体密封啮合。端盖组件17将在后面更详细地描述。
阀壳部11包括一个流体入口25和一个流体出口27,仅仅示意地示于图1中,本领域的专业人员可以理解,两个口25和27可以倒换,从而倒换马达的操作方向。
现在结合图1参照图2,齿轮转子齿轮组15包括一个内齿环形件29和一个外齿星形件31,螺栓19通过内齿环形件29(图1中仅示出一个螺栓19)。环形件29的内齿包括多个圆柱形滚柱33,如本技术领域中熟悉知的。环形件29的齿33和星形件31的外齿互相啮合,形成多个膨胀体积室35和多个收缩体积室37,如本技术领域中也熟知的。
阀壳部11限定一个阀芯孔(滑阀孔)39,其中可以转动地安置一个滑阀41。输出轴43与滑阀41整体形成,在图1中仅局部示出。一个在阀壳部11中形成的轴向通道45与每个体积室35和37流体连通。每个轴向通道45通过开孔49与阀芯孔39连通。阀壳部11还限定流体通道25p和27p,分别形成阀芯孔39与入口孔25和出口孔27之间的流体连通。
在空心的圆筒形滑阀41中安置一个主驱动轴51,通常称为“狗骨”(dog bone)轴。滑阀41形成一组直的内花键53,而星形件31装入一个插入件54,该插入件54将在后面更详细地描述,但它形成一组直的内花键55。驱动轴51包括一组与内花键53啮合的外凸花键57和一组与内花键55啮合的外凸花键59。因此,星形件31的轨道运动和转动运动利用狗骨轴51转换为输出轴43的纯粹转动运动,如本技术领域中熟知的。
阀壳部11形成一个环形槽61和一个环形槽63,环形槽61通过通道25p与入口孔25成连续流体连通,而环形槽63通过通道27p与出口孔27成连续流体连通。滑阀41形成多个与环形槽61连通的轴向槽65和多个与环形槽63连通的轴向槽67。轴向槽65和67也常常称为进给槽或定时槽。如该技术中专业人员通常熟知的,轴向槽65在设置于齿轮转子组15的偏心线一侧上的环形槽61和开孔49之间形成流体连通,而轴向槽67在偏心线另一侧上的环形槽63和开孔49之间形成流体连通。当滑阀41旋转时在轴向槽65和67与开孔49之间形成的换向阀作用在该技术中是熟知的,在此处不再描述。
迄今为止描述的马达的那些部分,除了插入件54外,基本上都是常规的。仍然主要参照图1,现在将描述本发明的动力制动机构。端盖件21和23相互作用,形成一个相对较大的后内室71和一个相对较小的前内室73。在本实施例中,两个室71和73基本上为圆筒形。室71内安置基本上圆筒形的锁定活塞75,它包括安置在其外周边周围的O形环密封件77,该密封件77与室71的内表面密封啮合。锁定活塞75包括一个向前的横向表面79和一个中心设置的基本上圆筒形的凹槽81。
在活塞75的后端处形成一个环形槽83,槽83中安置一对膜片式弹簧垫圈(碟形垫圈)85和87,它们沿向前方向(向图1中左方)向着一啮合位置偏压活塞75,准备以后描述。在锁定活塞75的紧前方安置一个制动盘组件,总的用89表示,该组件包括一组外制动盘91和一组内制动盘93。在图3中至少部分可见每组中的一个盘。外制动盘91利用多个柄脚95与端盖件21啮合,这些柄脚95安装在端盖件21中的配合的铣削的轴向槽内。因此,盘91相对于端盖件21不可转动,但能够以制动器和离合器技术中通常的方式相对于它沿轴向移动。同样,内制动盘93利用一组花键99与插入件54的基本上圆筒形的盘安装部分97啮合。因此,盘93相对于插入件54不可转动,但能够相对于它沿轴向移动。
最好是,每一个外制动盘91由一个冲压的钢盘制成,其中盘的每个侧面用作摩擦或制动面101。每个内盘93最好包括一个冲压的钢盘作为衬底,每一侧面上结合一层摩擦材料103如纸或热解碳,用作制动面。
端盖件21包括一个前壁部分105,该前壁部分紧邻齿轮转子齿轮组15安置,从而密封体积室35和37的后侧。壁部分105形成前内室73,也形成一个扩大的前凹槽107,其功用将在后面叙述。显然壁部分105的一个目的是作为反作用部件,无论何时负载施加在制动盘组件89上,都能与其啮合。
插入件54包括一个插入部分109,如图2中最清楚地看到的,该插入部分109被装入星形件31中,并利用一组花键111与其一起固定旋转。插入部分109围绕其内周面形成一组直的内花键55,它们通常通过星形件限定在一个常规的齿轮转子马达中。因此,插入件54随星形件31作轨道运动和转动,结果,盘安装部分97和内制动盘103也随星形件31而作轨道运动和转动,并且始终相对于端盖部件21和外盘91偏心地安置。插入件54包括一个沿轴向安置在插入部分109和盘安装部分97之间的台肩部分。该台肩部分安置在凹槽107中,使得整个插入件54由此沿轴向受到止动。
在齿轮转子马达的操作中,如该技术的专业人员熟知的,一定量流体聚集在被称作马达的“外壳排放区”。在本实施例中,该外壳排放区基本上是滑阀41内的体积。根据本发明的一个方面,盘安装部分97形成一个轴向流体通道113,该通道使流体连通从外壳排放区通过通道113进入凹槽81。凹槽81的面积相对于马达的典型外壳排放压力这样选定,使得当马达操作和外壳压力存在时,锁定活塞75与膜片式弹簧垫圈85和87的力对置地向后偏置。由于垫圈85和87向后偏置,外制动盘91和内制动盘93被“卸载”或脱开啮合,由此使插入件54和星形件31能够以正常方式沿轨道运动和转动。最好是,锁定活塞75有足够的轴向行程,因此,当其处于脱开啮合位置时,外盘91和内盘93确实脱开啮合,也就是其间很少接触,由固定的外盘91施加在沿轨道运动并转动的内盘93上的制动转矩极小。
在本实施例中,仅作为例子,制动盘组件89的脱开啮合受外壳压力控制,后者转过来决定于控制返回压力,在口25或27的任何一个的下游是返回口。如可在图1中看到的,滑阀41设有一对止回阀115和117,它们分别使流体从外壳排放区连通到环形槽61和63。因此,假定口25为入口而口27为返回口,那么返回线中在口27下游的增大压力将产生增大的外壳压力,它将通过轴向通道113连通到凹槽81中,聚集一个力,此力倾向于将活塞75偏压到图1中右边,与膜片式弹簧垫圈85和87施加的力对置。当操作者希望应用制动器时,返回压力减小(这可以手动完成,或响应于某些车辆指标如速度等来“自动”完成),而后外壳压力减小,直到凹槽81中的压力被膜片式弹簧垫圈85和87的力克服。当锁定活塞75受到向前偏压(向图中左边),它开始加载或压紧盘组件89,从而阻滞星形件31的轨道运动或转动。最好是,使制动盘组件89解脱啮合所需的外壳压力应当小于“起动转矩”,即汽车中起动星形件31的轨道运动和转动运动及输出轴43的转动所需的工作压力。
或者是,不使用外壳压力来控制锁定活塞75的脱开啮合或释放,马达可以设置一个独立的信号线,例如设置一个位于端盖部件21或端盖部件23中并与凹槽81连通的口。然后,操作者通过控制外部信号的压力以更直接的方式来控制凹槽81中的释放压力。该技术的专业人员应当理解,控制释放压力的专门方法不是本发明的实质性特点。所有实质的是具有某些用于释放制动盘组件89的方法。使用相当低的外壳压力来使制动盘组件89脱开啮合的一个优点是在内室71中存在外壳压力,当马达操作时,这偏压前壁部分105与相邻的星形件31更紧密地密封啮合。结果是减小从膨胀体积室55沿星形件31表面的泄漏,从而增大马达的容积效率。
在本实施例中,仅作为例子,有7个外制动盘91和6个内制动盘93,从而提供一个已知的可以预测的制动转矩量。本发明的一个重要方面是,对于需要较小制动转矩的马达,可以省去每组盘91和93中的一组或更多,使轴向空间用某种隔离件填充。以这种方式,将仅仅提供实际需要的制动转矩量,由于减少了摩擦盘的数目,将节省费用,但不需要完全改变设计。
现在主要参照图4,其中例示本发明的一个替换实施例,其中相同的部件采用相同的标号,放型的部件采用同一标号加一撇,而新的部件采用大于“120”的标号。图4实施例的主要差别在于,它包括的齿轮转子齿轮组15’包括一个内齿环形件29’、一个外齿星形件31’和多个滚柱33’,它们全都比图1中的实施例沿轴向更长。结果,不需要安置在插入件内的狗骨轴51的外花键59。取而代之的是,在图4的实施例中,星形件31’以常规方式形成直的内花键55’,并在其沿轴向邻近处安置一个插入件121。插入件121包括一个设有外花键的插入部分123(与内花键55’成花键啮合)和一个设有外花键的盘安装部分125。在图4的实施例中,部分123和125仍然形成轴向流体通道113(图4中仅示出其一部分)。因此,可以看出,插入件121将仍然以图1实施例中同一方式与星形件31’一起进行轨道运动和转动,使内制动盘93相对于外制动盘91进行轨道运动和转动。为了防止插入件121沿轴向移动,最好将部分123的花键压入内花键55’,或者在插入件121的外周边周围设置一个快速卡扣环或其它合适的止动器。
在某些情况下,甚至可以希望仅仅使盘安装部分与星形件整体形成,例如,如果该星形件包括一个粉末金属部件。对本发明的关键的是,各组制动盘中的一组被固定而与齿轮转子齿轮组中沿轨道运动和转动的那个部件一同沿轨道运动和转动。
本技术领域的专业人员应当理解,虽然本实施例包括滑阀,但本发明并不限制于这一点,而本发明可以使用具有各种盘(碟)阀的齿轮转子马达,只要盘阀或者置于齿轮转子齿轮组15的前面,或者置于齿轮转子组的后面,但阀的作用沿径向向外足够远,因而阀不会干扰制动盘组件89。
因此,可以看出,本发明提供一种动态制动器,它不是这样安置,使得要求动态制动器止住马达的全部输出转矩。在本实施例中,其中齿轮转子是一种6/7齿轮转子,阻止星形件31的轨道运动和转动运动所需的转矩仅是阻止输出轴43的转动运动所需的转矩的六分之一。其中道理对于齿轮转子齿轮组技术领域的专业人员来说是能充分理解的。
另外,本发明提供一种动态制动器,它并不啮合星形件31的外形轮廓,从而消除了对外形轮廓的潜在损害,并且不需要显著地重新设计安置在端盖21前面的马达的任何部分。换句话说,本发明的动态制动器对一台标准马达可以是一种任意选择的部件,其中唯一的改变是用此处表示的端盖组件17来替换常规端盖并提供插入件54。
相信在本技术领域的专业人员的能力范围内能很好地选择膜片式弹簧垫圈85和87、锁定活塞75的尺寸、凹槽81的压力等,来相对于马达的标定(额定)转矩获得所需的负载保持能力,而同时仍然能够在负载下脱开锁定活塞75的啮合。
本发明已用上述说明书非常详细地说明,相信本技术领域的专业人员显然能够从该说明书的阅读和理解对本发明进行各种变化和修改。因此预定,只要这些变化和修改落入所附权利要求的范围,那么它们就都包括在本发明之内。
Claims (11)
1.一种旋转的流体压力装置,包括:限定一流体入口(25)和一流体出口(27)的壳体机构(11);一个包括内齿环形件(29)和外齿星形件(31)的旋转流体移动机构(15),该外齿星形件(31)偏心地设置在所述环形件(29)内,以便相对于后者进行轨道运动,所述环形件(29)和所述星形件(31)之一具有转动运动,所述环形件和所述星形件的齿互相啮合,以便响应于所述轨道运动和转动运动而形成膨胀和收缩流体体积室(35,37);与所述壳体机构(11)配合的阀机构(41),提供从所述入口(25)到所述膨胀体积室(35)和从所述收缩体积室(37)到所述出口(27)的流体连通;输出机构(43)和可以操作而将转矩从所述具有转动运动的部件传送到所述输出机构(43)的机构(51);以及一个安置在所述流体移动机构(15)后面的端盖;其特征在于:
(a)所述端盖(17,21,23)形成一个内室(71);
(b)第一机构(91),形成至少一个相对于所述端盖(17,21,23)固定而不可转动的第一制动表面(101);
(c)第二机构(93),形成至少一个相对于所述星形件(31)和所述环形件(29)之一固定而不可转动的第二制动表面(103);
(d)一个锁定活塞(75),安置在所述内室(71)中并可以在一退回位置和一施加位置(图1)之间移动,在该施加位置中,所述锁定活塞形成所述第一(101)和第二(103)制动表面的啮合,以阻滞所述星形件(31)和所述环形件(29)之一的运动。
2.一种如权利要求1中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述第二机构(93)形成所述第二制动表面(103),相对于所述星形件(31)是固定的而不能转动。
3.一种如权利要求2中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述第一机构包括一个形成所述第一制动表面(101)的第一制动盘(91),而所述第二机构包括一个形成所述第二制动表面(103)的第二制动盘(93)。
4.一种如权利要求3中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述第一(91)和第二(93)制动盘被安置在所述内室(71)中,沿轴向在所述流体移动机构(15)和所述锁定活塞(75)之间。
5.一种如权利要求4中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述端盖(17,21,23)包括一个前壁部分(105),安置在所述流体移动机构(15)的紧邻处,并沿轴向在所述流体移动机构(15)与所述第一(91)和第二(93)制动盘之间。
6.一种如权利要求3中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述第一制动盘(91)和所述端盖(17,21,23)配合,以形成机构(95),可以操作来防止所述第一制动盘(91)相对于所述端盖(17,21,23)的基本转动,同时允许所述第一制动盘(91)相对于所述端盖沿轴向移动。
7.一种如权利要求3中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述星形件(31)包括沿轴向从其伸出的机构(54,97),与所述第二制动盘(93)配合以形成机构(99),可以操作来防止所述第二制动盘(93)相对于所述星形件(31)的基本转动,同时允许所述第二制动盘(93)相对于所述星形件(31)沿轴向移动。
8.一种如权利要求7中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述从星形件(31)沿轴向伸出的机构包括一个基本上圆筒形的部件(54),该部件(54)包括一个部分安置在所述星形件(31)内的插入部分(109),还包括一个从所述插入部分(109)沿轴向伸出的盘安装部分(97)。
9.一种如权利要求8中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述盘安装部分(97)和所述第二制动盘(93)配合,以形成啮合的花键组(99)。
10.一种如权利要求3中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述第一制动盘(91)相对于所述内齿环形件(29)同心地安置,而所述第二制动盘(93)相对于所述外齿星形件(31)同心地安置,由此所述第二制动盘(93)相对于所述第一制动盘(91)偏心地安置,并相对于它进行轨道运动和转动。
11.一种如权利要求1中所述的旋转流体压力装置,其特征在于,所述锁定活塞(75)具有将该锁定活塞(75)向所述施加位置偏压的机构(85,87),所述锁定活塞(75)形成一个与流体压力源成流体连通的流体压力(81),足以克服所述偏压机构(85,87)的力,并使所述锁定活塞移向所述退回位置。
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