CN1262726A - 电致动器和包括这种致动器的制动钳 - Google Patents

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Abstract

一个电致动器(13)包括容纳有螺杆机构(11)和电动机(5)的壳体(7),该电动机(5)可驱动地连接到螺杆机构(11)上,该螺杆机构响应电动机(5)的旋转运动以提供一个直线运行,所述螺杆机构(11)包括一个螺杆(12)和一个螺母(13),它们其中的一个借助于一个角形接触球轴承相对于壳体(17)被可旋转地支撑,所述角形接触球轴承(31)包括两对接触点,它们的工作线相互相交。一对接触点具有一个工作线(41),它的相对于轴承(31)轴线(42)的接触角度比相应的其它相对工作线(40)的接触角度小。

Description

电致动器和包括这种致动器的制动钳
本发明涉及一个电致动器，包括一个螺杆机构和一个可驱动地连接到螺杆机构上的电动机，该螺杆机构响应电动机的旋转运动以提供一个线性运动，所述螺杆机构包括一个螺杆和一个螺母，它们中的一个借助于一个角形接触球轴承被可旋转地相对于壳体支撑，所述角形接触球轴承包括两对接触点，它们的工作线彼此之间相交。
这样的致动器可由WO-A-9603301得知。其螺杆元件从壳体伸出，在这个壳体中所述螺杆元件借助于一对支撑件被可滑动地导向。在大多数应用中，所述已知的致动器对于提供一个直线运动表现满意。可是只有在所述运动和载荷被限定在螺杆元件的轴线的直线上的情况下，才能保证正确的表现。对于这样的应用，其中由于通过一个外部的致动组件所施加的外部影响，螺杆元件被横截加载，和/或被横截移动，致动器将被阻碍及最终被破坏。
本发明的目的是提供这种致动器，其提供较好螺母支撑，和借此螺杆元件可以承受横截负载和/或移动。可以通过一对具有工作线的接触点实现这个目的，该工作线相对于轴承的轴线的接触角小于相应的另外的工作线的接触角。
在根据本发明的致动器中，螺母相对于在一个方向的轴线负载被特别好地支撑，即在力的方向上，其在该对接触点上施加一个负载，该接触点具有相对于轴线带有较小的接触角的工作线。在另外的方向，还可能具有一个限定的负载。相对于弯矩的轴承的稳定性被较大程度地保持，并还相对于这样的弯矩组合及相对于轴向和径向的负载。
角形接触球轴承的外部环或内部环分别是一个包括两个轴向两半的分开的外部环或分开的内部环，其在轴向力的作用下被压向另一个以提供所需的轴承间隙(正或负)。
此外，轴向半环具有面向径向的邻接表面。
轴向半环借助于夹紧装置彼此连接，可以在轴向方向预加载。
根据第一可能性，螺母被可旋转支撑和可驱动地连接到电动机，及螺杆机构包括一个中间钻孔的中空螺杆，该钻孔在螺杆的一端开口及容纳一个致动元件，该致动元件从开口末端伸出并连接到螺杆的钻孔的与所述开口末端有一个距离的地方。
根据这个实施例的致动元件可以连接到外部部件，这意味着任何施加到这个外部部件的横截力和/或位移将对螺杆元件没有直接的影响。这样所述元件将主要承受轴向负载，保证了它的正常功能。
优选的是，在中空螺杆之内的致动元件将接收径向作用。这个径向作用相对于所希望的横截移动可以被调谐。
可以用几种方法将致动器连接到中空螺杆上。例如，致动器的末端能够被连接到封闭螺杆中空空间的底的内端壁上。特别是，借助于安装在所述元件和螺杆之间的套筒，致动元件能够被连接到螺杆上，这个套筒位于距离开口一段距离处并且比所述元件和钻孔短。
根据第二可能性，螺杆被可旋转支撑和可驱动地连接到电动机上，和螺母被连接到制动摩擦衬块支撑。
特别是，螺杆被连接到同心安装套筒，这个安装套筒至少部分地环绕螺杆和其被连接到角形接触球轴承的内部环，螺母被至少部分地容纳在安装套筒和螺杆之间。
螺杆机构可包括一个辊子心轴或球心轴。在心轴的螺母形成一个轴向止推轴承的内部轴承环的整体部分的情况下，可获得一个特别优选的实施例，它要求很小的空间。
角形接触球轴承可以是一个单排四点接触球轴承或一个双排角形接触球轴承。
根据本发明的致动器能够用于各种领域。可是特别是，所述致动器适合用于制动钳，包括根据任一前述的权利要求的一个带有两个相对的制动摩擦衬块的卡爪件和电致动器，所述致动器包括电动机和螺杆机构，该螺杆机构可驱动地连接到电动机上以响应电动机的旋转运动而提供一个直线运行，所述螺杆机构包括一个螺杆和一个螺母，该螺母借助于一个全补充四点接触球轴承相对于壳体被可旋转地支撑，所述四点接触球轴承包括两对接触点，它们的工作线相互相交。这样的制动钳由WO-A-9603301可知。
在制动钳中，致动器主要在一个和相同的方向上被加载，例如将制动摩擦衬块压向制动盘的方向。根据本发明，由前述致动器所构成的优越的使用在于，一对接触点具有一个工作线，该工作线相对于轴承的轴线的接触角度比其它工作线的相应的接触角小。
特别是，该对接触点所带有的工作线具有比另外工作线的相应角小的相对于轴承的轴线的接触角，该对接触点通过施加在制动摩擦衬块上的制动力被加载。
优选的是，四点接触球轴承的外部环包括两个轴向半环，它们在轴向力下被压向彼此以提供一个所需的轴承间隙。
该对接触点的工作线可以相对于轴承的轴线具有小于45°的接触角，该接触点由施加在制动摩擦衬块上的制动力所加载。
在优选的实施例中，螺杆机构包括一个具有中间钻孔的中空螺杆，该钻孔在螺杆的一端开口及容纳一个致动元件，该致动元件从开口末端伸出并连接到螺杆的钻孔的与所述开口末端有一个距离的地方，其中致动元件与制动摩擦衬块的一个配合并且螺杆机构与相对的制动摩擦衬块配合。
如通常在盘式制动中的，其摩擦衬块在卡爪件之内具有一些横截作用，在所述摩擦衬块被压到旋转盘上进行制动的同时，这个作用就会显现本身。根据这个实施例的致动器的致动元件优选适合于接受这样的作用，这样可防止螺杆机构被阻挡。
电动机的定子被连接到卡爪件上，以及所述电动机的可旋转部件被连接到螺杆机构上。此外，电动机被容纳在一个可旋转地支撑在卡爪件上的支撑件上，并且其与辊子心轴或球心轴的螺母相配合。
优选的是，制动钳的螺杆机构是一个辊子心轴或球心轴。心轴的螺母形成一个轴向止推轴承的内部轴承环的整体部分。
随后，将进一步参考图中所示的制动钳的实施例，描述本发明。
图1显示了第一实施例。
图2显示了第二实施例。
图3显示了第三实施例。
图4和5显示了这些实施例的可替换轴承布置。
图1所示的制动钳具有一个卡爪件1，其在通常的方式中包括两个制动摩擦衬块2，3。制动摩擦衬块2、3被连接到卡爪件1的凸缘4上；借助于支撑22，制动摩擦衬块3被连接到一个电致动器上，它的总体用13标出。
电致动器13包括一个电动机5，它的定子6被连接到卡爪件1的壳体部分7。
电动机5的旋转部分8被连接到轴件9上，其借助于轴承10被可旋转地支撑在卡爪件1的壳体部分7上。
致动器4还进一步包括一个螺杆机构11，其特别包括一个中空螺杆12和一个螺母元件33。该螺母元件33和螺杆元件12借助于滚子14互相配合，和构成一个滚轮轴，其本身是已知。
电动机5的旋转部分8被可驱动地连接到螺母元件33上，这样当螺杆元件旋转时，它通过滚子14沿着轴向移动。
中空的螺杆元件12包括一个致动元件16，其中空的空间由15标出，该致动元件16从中空螺杆元件12的封闭的底端17延伸，和从它的打开的端部伸出。
借助于夹紧套筒18，致动元件16被连接到螺杆元件12上，靠近它的底端17。
在它伸出的末端，致动元件包括一个致动头19，该致动头19紧靠在制动摩擦衬块3的支撑22上。借助于波形膜20，这个致动头相对于卡爪件1的壳体件7被密封，该波形膜本身是已知的。如上所述，在制动摩擦衬块3和致动头19之间，具有一个支撑元件22，该支撑元件22借助于销21被可旋转地相对于所述致动头19固定。
通常，对于螺杆元件12的接近，制动摩擦衬块2、3在横截方向具有一些运动。这样当将制动摩擦衬块2、3压向制动盘(未示出)时，所述摩擦衬块相对于螺杆元件12将显示出一些横截运动。由于这样的事实，即致动元件16没有与螺杆元件12刚性连接，后者将不会显示出横截运动和负载。可替换的是，致动元件16在中空的螺杆元件12的中空的空间将有一定程度的弯曲，由于在致动元件16和中空空间15的内壁之间存在径向作用，这个弯曲运动是可能的。
根据本发明，一个四点接触的球轴承31已经被应用。所述轴承可具有一个分开的内环和一个分开的外环。这个四点接触球轴承包括一系列的滚珠32，内环33和外环34，内环33与螺杆机构11的螺母元件形成一个整体，外环34包括两个外部的半环35、36。这些外部半环35、36一起限定一个滚道37、38；内环33限定滚道39。
滚道37-39这样形成，即得到四个接触点，包括各自限定工作线40、41的两对点。
根据本发明，滚道37-39已经被这样形成，即工作线40-41以相互不同的角度下相交于轴承31的轴线。工作线40与轴线42相交所具有角度大于工作线41与轴线相交所具有的角度。这样根据本发明的四点接触球轴承特别适合于承受当制动摩擦衬块2、3被压向制动盘(未示出)时它们所施加的轴向负载。
通过滚道37-39的倾斜定位，可获得工作线40、41的特别定位。可以通过内表面相对大的直径或外部轴承半环35的环岸43，和内表面的较小的内部直径或外部半环36的环岸44导致这个定位。
另外，内环34的环岸45或外表面具有一个比它的环岸46或外表面大的直径。
四点接触球轴承31还包括一个传感器50，它的一部分被连接到外部半环36上和内环33上。这个传感器起到这样的基本功能，例如关于给出磨损补偿的信息，维持指示、制动力反馈(ABS)、牵引控制和车辆动态功能。
在图2中显示的实施例很大程度上与图1中实施例相同。它具有一个类似的制动钳1，制动摩擦衬块2、3，支撑轴承装置，凸缘4和电致动器13。
电致动器被连接到电动机5上，其具有一个旋转部分8和连接到壳体7上的定子6。
旋转部分8被可驱动地连接到中空支撑件51上，借助于针状轴承52和轴端53，该中空支撑件51相对于壳体7被可旋转地支撑。在它的另外的端部，支撑件51具有一个带有向外伸出的齿的环形齿轮54。行星齿轮55被容纳在内部环58的凸缘上，并与环形齿轮56配合，它的外表面被连接到壳体7上。此外，行星齿轮55与环形齿轮57相配合。
轴承31的内部环58通过辊子60与螺杆元件59相配合。内部轴承环58、螺杆59、辊子60和罩61一起形成了一个本身已知的螺纹心轴，并不会进一步详细描述。
内部环58和外部环的一半36还包括与传感器一起的环以测量内部环58旋转的量。
图3中的实施例在很大程度上与图1中的实施例相同。可是，螺杆机构现具有一个螺杆62，其被可旋转地支撑和连接到电动机5，尽管螺母63被非旋转地支撑和连接到制动支撑上。
螺杆被连接到同心的安装套筒65上，其围绕着螺杆并被连接到四点接触球轴承31的内部环33上。螺母60被容纳在安装套筒65和螺杆62之间和借助于辊子60与螺杆62相配合。
此外，电动机5的可旋转部分1通过行星齿轮系统55与安装套筒相配合，该行星齿轮系统55包括环形齿轮57。所述环形齿轮与连接到内部环58的凸缘上的行星齿轮55啮合，这个齿轮55依次又与连接到壳体7上的环形齿轮56啮合。
此外，借助于自对中的球形联接器67，安装套筒65被连接到手动制动轴71上。
为了密封和减振，在安装套筒66和螺母60之间设置有密封环66。
此外，安装套筒65带有一个具有外部齿69的减振环68，其是前面描述的行星齿轮系统的一部分。
图4的实施例显示了四点接触轴承的内部环的一部分，这个内部环与支撑件73形成一体，该支撑件与电动机的可旋转部分8相连接。
图5的实施例显示了一个包括一个整体外部环75和具有两个轴向半环76、77的内部环74的四点接触轴承。
轴向半环77具有内螺纹78，作为前述齿轮系统的一部分的外部齿79和连接一个密封的波形膜的连接槽80。借助于焊接81，半环76、77相互连接。

Claims (50)

1.电致动器，包括容纳有螺杆机构(11)和电动机(5)的壳体，该电动机(5)可驱动地连接到螺杆机构(11)上，该螺杆机构响应电动机(5)的旋转运动以提供一个直线运行，所述螺杆机构(11)包括一个螺杆(12)和一个螺母(13)，它们其中的一个借助于一个角形接触球轴承相对于壳体被可旋转地支撑，所述角形接触球轴承(31)包括两对接触点，它们的工作线相互相交，其特征在于，一对接触点具有一个工作线(41)，它的相对于轴承(31)轴线(42)的接触角度比相应的其它相对工作线(40)的接触角小。
2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，该对接触点被定位以接收主要的制动力，该对接触点具有相对于轴线较小的接触角的工作线(41)。
3.如权利要求2所述的致动器，其特征在于，外部环(34)或角形接触球轴承的内部环分别是包括两个轴向的半环(35、36)的一个分开的外部环或分开的内部环。
4.如权利要求3所述的致动器，其特征在于，轴向半环(35、36)具有面向径向的邻接表面。
5.如权利要求4所述的致动器，其特征在于，轴向半环具有彼此相背朝向的径向外表面，所述径向外表面是为了接收轴向压缩力，以致于确保径向邻接的表面。
6.如权利要求5所述的致动器，其特征在于，轴向半环(35、36)彼此连接，和在轴向限定正或负的间隙，借助于夹住、粘接、焊接，例如激光焊接或钎焊。
7.如权利要求3-6中任一项所述的致动器，其特征在于，外部环(34)具有两个轴向的半环(35、36)。
8.如权利要求3-6中任一项所述的致动器，其特征在于，内部环(33)具有两个轴向半环。
9.如权利要求7或8所述的致动器，其特征在于，一个或两个半环被设置有一个编码器传感器以带有电动机的闭环配置进行监测和控制制动力反馈、磨损补偿、维持指示、防盗功能等。
10.如权利要求1-9中任一项所述的致动器，其特征在于，螺母(13)被可旋转支撑和可驱动地连接到电动机(5)，及螺杆机构(11)包括一个中间钻孔(15)的中空螺杆(12)，该钻孔(15)在螺杆(12)的一端开口及容纳一个致动元件(16)，该致动元件(16)从开口末端伸出并连接到螺杆(12)的钻孔(15)的与所述开口末端有一个距离的地方。
11.如权利要求10所述的致动器，其特征在于，致动元件(16)被容纳在中空的螺杆(12)中具有径向的作用。
12.如权利要求11所述的致动器，其特征在于，借助于安装在所述元件(16)和螺杆(12)之间的套筒，致动元件(16)连接到螺杆(12)，该套筒(18)位于离开口末端一段距离的位置且其比所述元件(16)和钻孔(15)短。
13.如前述权利要求中任一项所述的致动器，其特征在于，螺母(13)形成角形接触球轴承(31)的内部轴承环的整体部分。
14.如权利要求1-8中任一项所述的致动器，其特征在于，螺杆(62)被可旋转支撑和可驱动地连接到电动机(5)上，和螺母(63)被连接到制动摩擦衬块支撑(64)。
15.如权利要求14所述的致动器，其特征在于，螺母(62)被连接到同心安装套筒(65)，这个安装套筒(65)至少部分地环绕螺杆(62)和其被连接到角形接触球轴承(31)的内部环(33)，螺母(60)被至少部分地容纳在安装套筒(65)和螺杆(62)之间。
16.如权利要求15所述的致动器，其特征在于，环元件(66)被设置在安装套筒(65)和螺母(63)之间以用于密封和/或减振的用途。
17.如权利要求15或16所述的致动器，其特征在于，电动机(5)与安装套筒(65)啮合。
18.如权利要求14、16或17所述的致动器，其特征在于，借助于行星齿轮系统(55-57)安装套筒(65)与螺杆(62)相接合。
19.如权利要求14、16、17或18所述的致动器，其特征在于，安装套筒(65)借助于自对中球形联接器(67)连接到轴(71)上。
20.如权利要求1-19中任一项所述的致动器，其特征在于，螺杆机构(11)是一个带有旋转螺母或带有旋转螺纹的辊子心轴或球心轴。
21.如前述权利要求中任一项所述的致动器，其特征在于，设置一个编码器传感器用于以一个带有电动机的密闭的配置探测和控制螺杆机构(11)的旋转运动，例如制动力反馈、维持指示、ABS、防盗功能等。
22.如前述权利要求中任一项所述的致动器，其特征在于，角形接触球轴承是一个单排的四点全补充接触球轴承。
23.如前述权利要求中任一项所述的致动器，其特征在于，电动机(5)具有借助于齿轮减速装置连接到螺杆机构的可旋转部分(8)，例如一个与斜齿轮系统相结合的行星齿轮系统(55-57)。
24.可电致动的盘形制动器的制动钳，包括根据任一前述的权利要求的一个带有两个相对的制动摩擦衬块(2、3)的卡爪件(1)和电致动器(5、11)，所述致动器包括电动机(5)和螺杆机构(11)，该螺杆机构(11)可驱动地连接到电动机(5)上，该螺杆机构响应电动机(5)的旋转运动以提供一个直线运行，所述螺杆机构(11)包括一个螺杆(12)和一个螺母(13)，它们其中的一个借助于一个角形接触球轴承相对于壳体被可旋转地支撑，所述角形接触球轴承(31)包括两对接触点，它们的工作线相互相交，其特征在于，一对接触点具有一个工作线(41)，它的相对于轴承(31)的轴线(42)的接触角度比其它工作线(40)的相应的接触角小。
25.如权利要求24所述的制动钳，其特征在于，具有工作线(41)的该对接触点所具有的相对于轴承的轴线的接触角比另外工作线(40)的相应角小，该对接触点通过施加在制动摩擦衬块(2、3)上的制动力被加载。
26.如权利要求25所述的制动钳，其特征在于，角形接触球轴承的外部环(34)包括两个轴向的半环(35、36)，其在轴向力下压靠在另外一个上以提供所需要的间隙。
27.如权利要求26所述的制动钳，其特征在于，一个或两个半环被设置有一个编码器传感器以带有电动机的闭环配置进行监测和控制制动力反馈、磨损补偿、维持指示、防盗功能等。
28.如权利要求26或27所述的制动钳，其特征在于，轴向半环(35、36)具有面向径向的邻接表面。
29.如权利要求28所述的制动钳，其特征在于，轴向半环具有彼此相背朝向的径向外表面，所述径向外表面是为了接收轴向压缩力，以致于确保径向邻接的表面。
30.如权利要求29所述的制动钳，其特征在于，轴向半环(35、36)借助于夹紧装置彼此连接。
31.如权利要求30所述的制动钳，其特征在于，轴承间隙是正、零或负的。
32.如权利要求30所述的制动钳，其特征在于，外部环(34)具有两个带有和不带有凸缘的轴向半环(35、36)。
33.如权利要求31所述的制动钳，其特征在于，内部环(33)具有两个带有和不带有凸缘的轴向半环。
34.如权利要求26-33中任一项所述的制动钳，其特征在于，相对于该对接触点的轴承的轴线，接触角在45°-70°角度之间，该接触点由施加在制动摩擦衬块(2、3)上的制动力所加载。
35.如权利要求24-34中任一项所述的制动钳，其特征在于，电动机(5)的定子(6)被连接到卡爪件(1、7)上，以及所述电动机的可旋转部件(8)被连接到螺杆机构上。
36.如权利要求24-25中任一项所述的制动钳，其特征在于，螺杆机构包括一个具有中间钻孔(15)的中空螺杆(12)，该钻孔(15)在螺杆(12)的一端开口及容纳一个致动元件(16)，该致动元件(16)从开口末端伸出并连接到螺杆(12)的钻孔(15)的与所述开口末端有一个距离的地方，其中致动元件(16)与制动摩擦衬块(2)的一个配合并且螺杆机构(11)与相对的制动摩擦衬块(2)配合。
37.如权利要求36所述的制动钳，其特征在于，电动机(5)的可旋转部分(8)被容纳在一个可旋转地支撑在卡爪件上的支撑件上，并且其与辊子心轴或球心轴的螺母相配合。
38.如权利要求24-35中任一项所述的制动钳，其特征在于，螺杆(62)被可旋转支撑和可驱动地连接到电动机(5)上，并且螺母(63)被连接到制动摩擦衬块支撑(64)上。
39.如权利要求38所述的制动钳，其特征在于，螺杆(62)被连接到一个同心安装套筒上，这个安装套筒(65)至少部分地环绕螺杆(62)和其被连接到角形接触球轴承(31)的内部环(33)，螺母(60)被至少部分地容纳在安装套筒(65)和螺杆(62)之间。
40.如权利要求39所述的制动钳，其特征在于，环元件(66)被设置在安装套筒(65)和螺母(63)之间以用于密封和/或减振的用途。
41.如权利要求39或40所述的制动钳，其特征在于，电动机(5)与所述安装套筒(65)啮合。
42.如权利要求39、40或41所述的制动钳，其特征在于，借助于行星齿轮系统(55-57)安装套筒(65)与螺杆(62)相接合。
43.如权利要求24-42中任一项所述的制动钳，其特征在于，安装套筒(65)借助于自对中球形联接器(67)连接到轴(71)上。
44.如权利要求24-42中任一项所述的制动钳，其特征在于，旋转致动器部分被连接到手制动驱动上，其例如是手动或电致动的。
45.如权利要求24-43中任一项所述的制动钳，其特征在于，电动机(5)具有借助于齿轮减速装置，例如一个与斜齿轮系统相结合的行星齿轮系统(55-57)，连接到螺杆机构的可旋转部分(8)。
46.如权利要求24-45中任一项所述的制动钳，其特征在于，螺杆机构(11)是一个带有旋转螺母或带有旋转螺纹的辊子心轴或球心轴。
47.如权利要求46所述的制动钳，其特征在于，心轴的螺母(13)形成一个角形接触球轴承(31)和/或行星齿轮系统的内部轴承环的整体部分。
48.如权利要求24-47中任一项所述的制动钳，其特征在于，设置传感器或一个带有传感器的轴承以在一个带有电动机的闭环配置中探测螺杆机构(11)的旋转运动
49.如权利要求26所述的制动钳，其特征在于，借助于夹住、粘接、焊接，例如激光焊接或钎焊，轴向半环(35、36)彼此连接。
50.如权利要求24-29中任一项所述的制动钳，其特征在于，螺杆机构部件中的至少一个，轴承或齿轮系统是借助于难于旋转的操作获得的。
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