CN1301331A - 丝杠致动器及包括这种致动器的卡钳式制动器 - Google Patents

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Abstract

一个丝杠致动器,包括一个壳体(17)、一个马达(7)、一个致动部件(10)、一个丝杠机构(5)和一个减速齿轮装置(6),该丝杠机构(5)随着马达的转动使该致动部件相对于壳体作线性运动,该丝杠机构包括通过滚动元件(13)相互接合的一个丝杠(11)和螺母(14),所述丝杠和螺母中的一个相对壳体可转动地被支撑。螺母相对壳体被固定,而丝杠通过滚动元件相对壳体可转动地被支撑。

Description

丝杠致动器及包括这种致动器的卡钳式制动器
本发明涉及一种丝杠致动器，该丝杠致动器包括一个致动部件、一个丝杠机构和一个减速齿轮装置，该丝杠机构具有一个丝杠、螺母和滚动元件，丝杠和螺母中的一个相对壳体可转动地被支撑，并且该丝杠机构随着马达的转动使致动部件相对于壳体作线性运动。
这种丝杠致动器可从WO-A-9603301中了解得到。所述已知的丝杠致动器包括一个丝杠机构，该丝杠机构是通过一种能承受轴向和/或径向负载的轴承，例如一种承受施加在制动垫上的轴向力的轴向推力轴承支撑在壳体上。
这种丝杠机构是所谓的一种滚柱丝杠机构。可根据应用条件的限制即可利用的空间和负载，来选择滚柱丝杠型或滚珠丝杠型致动器。滚柱丝杠型的特定应用条件使得滚柱丝杠机构提供一个高功率系数，也就是说，在特定的尺寸限制范围内，可提供相对高的负载承载能力。不过，所述承载能力主要与轴向负载有关。就径向负载来说，滚柱丝杠型的承载能力与滚珠丝杠型的相比没有什么优势。滚柱丝杠机构一般对于径向负载和未对准要更敏感一些。
滚柱丝杠机构中的另一特定组件是隔开滚柱所必要的隔圈。在高速应用情况下，隔圈质量将导致更高的起动力矩。
本发明的目的在于提供一种改进的致动器。该目的是这样实现的，即螺母相对于壳体被固定，而丝杠通过滚动元件相对壳体可转动地被支撑。所述滚动元件可包括滚柱或滚珠。
为了获得与滚柱丝杠机构中大致相同的负载承载能力，滚动滚珠的装配节圆直径、滚珠直径、滚珠与丝杠和螺母所成的接触角、以及转动圈数都应被设计，使得具有合适的尺寸和所需的负载承载能力。不过，因为丝杠机构的滚动元件也可起到支撑转动丝杠的轴承元件的作用，所以没有必要设置承担轴向负载的单独轴承。因此，滚珠丝杠机构的总体尺寸可以保持被限制以满足应用的需要。
滚珠丝杠机构对于径向负载不怎么敏感，这使得它不易受不对准的影响。而且，滚珠的再循环不需要隔圈。相反，滚珠的再循环可通过第一和最末滚珠行之间或每一滚珠圈的再循环管或孔塞来获得。
根据本发明制造的轴向移动和转动丝杠可通过允许轴向移动的连接装置由减速齿轮装置来驱动。所述连接装置可包括一根容纳在丝杠内中心孔中的驱动轴，驱动轴的表面和中心孔具有轴向槽，它们通过滚珠或花键相接合。
丝杠可通过一个轴承与致动部件接合，该轴承能承担径向和轴向负载，以停止与移动的致动部件相关的转动运动。
减速齿轮装置优选包含在一个减速齿轮组件中，而丝杠机构包含在一个丝杠机构组件中。
致动部件可制成一个活塞，该活塞可滑动地安装在壳体的一个圆柱空间中。所述活塞可通过一个槽和销组件不可转动地被固定。马达驱动组件可与致动器成一直线地安装或处于成角度的位置。
为使马达组件位于直角位置，减速齿轮装置可包括一个或多个减速级并具有至少部分行星齿轮系统，行星齿轮系统具有一个齿轮齿朝内的外环形齿轮。特别地，减速齿轮装置可包括行星齿轮，行星齿轮与环形齿轮啮合并支撑在一个托架上，托架连接到与丝杠机构接合的转动轴上，而且行星齿轮系统的中心齿轮可支撑在驱动组件的驱动轴上。这一系统提供了其应用的最佳轴向紧凑性。
减速齿轮装置的中心齿轮与一个倾斜或正交轴减速齿轮，例如一个与马达驱动的伞齿轮啮合的锥齿轮相连。所述中心齿轮和锥齿轮制作成一个整体齿轮，整体齿轮通过一个滚动元件轴承相对丝杠机构的螺母被支撑。为了实现合适的减速，锥齿轮的节圆直径大于中心齿轮的节圆直径。
而且，可设置一个固定在轴承上或邻近马达轴的传感器，用来检测丝杠机构的转动和/或平移运动或者其它运行参数。而且，可设置控制装置，所述控制装置具有一个例如来自于制动踏板的控制信号的输入端并与传感器连接，以便根据控制信号和来自传感器的信号控制电马达。该传感器尤其适合用来获得力反馈、磨损补偿和/或维护显示。
根据本发明制造的致动器可应用于不同的目的。特别地，该致动器适合用在电动盘式制动装置的卡钳式制动器中，所述卡钳式制动器包括一个前述的致动器和一个带有两个相对的制动垫的爪形件，所述致动器包括一个丝杠和一个螺母以及一个减速齿轮装置，其中丝杠和螺母中的一个通过一个径向推力轴承相对壳体可转动地被支撑。
下面参照图1和2的实施例，对本发明作进一步的描述。
图1为显示了一个卡钳式制动器的分解图，该卡钳式制动器包括一个根据本发明制造的致动器。
图2显示了处于组装状态的图1的卡钳式制动器。
图3显示了一个详细图。
图4显示了滚珠丝杠的详细图。
图5显示了又一实施例。
图1和2中所示的卡钳式制动器包括一个爪形件1，该爪形件1装有一个固定的制动垫2和一个可移动的制动垫3。所述制动垫2、3可与制动盘4相协调动作。
可移动的制动垫3与一个滚珠丝杠机构5接合在一起，该滚珠丝杠机构5通过减速齿轮装置6由马达7驱动。所述马达7可以设置一个与马达轴相连的传感器40。
更具体地说，可移动的制动垫3通过螺栓8和螺纹孔9与一个致动部件10相连。所述致动部件10通过一个能承担轴向负载的轴承12与丝杠11接合。所述致动部件制作成一个活塞10，活塞10可滑动但不能转动地安装在壳体17内的圆柱空间38中。
通过滚珠13，丝杠11与螺母14接合在一起。所述螺母14具有一个外螺纹15，螺母14通过外螺纹15与壳体17相连。而且，一个再循环管18延伸穿过螺母，再循环管18用于在丝杠11相对于所述螺母14转动时使滚珠13再循环。
丝杠11具有一个带有内槽19的中心孔37，该内槽19与滚珠20接合。所述滚珠20也与驱动轴22的外槽21接合。
通过由减速齿轮装置6和马达7使驱动轴22转动，丝杠11也同时转动。因此，通过滚珠15，丝杠11的螺旋型槽23与螺母14的螺旋型槽24相协调操作可使丝杠11前后移动。
驱动轴23与托架25相连，该托架25载有行星齿轮26。所述行星齿轮26中的每一个与一个环形齿轮27啮合，同时也与一个中心齿轮28啮合。
中心齿轮28与锥齿轮29形成一体，它们一起形成一个整体齿轮30。所述整体齿轮30通过轴承31相对于螺母14被支撑。
锥齿轮29与伞齿轮31啮合，该伞齿轮32由马达7驱动。
相对螺母14支撑整体齿轮的轴承31包括一个传感器33，该传感器33用于检测丝杠机构的转动，从而检测可移动的制动垫3的移动。
壳体17包括一个孔34，通过孔34可将一根金属丝从所述传感器33引到外部。
托架25通过轴承35支撑在壳体17上；马达7通过螺栓36与所述壳体17相连。
根据图3的详细图所示，制动垫3和活塞10之间的连接可替代地通过边缘43来实现，边缘可滑动地安装在活塞10的槽43中。
为了在制动垫2、3上施加制动力时承受施加在滚珠丝杠机构上的轴向力，根据图4所示的实施例，丝杠11的螺纹23与螺母14的螺纹24应相对应。在剖面图中，螺纹23具有隆起部分51，而螺纹24也具有隆起部分52。
由于具有这些形状，工作线50处于一个更倾斜的位置，该工作线是由接触角和滚珠与滚道的一致性确定，而工作线确定在力转移中起作用的负载路径。接触角在45-70°之间，以便形成与所施加负载规格相关的滚珠丝杠的最佳负载承载能力。
图5的实施例包括一个马达61，该马达61具有一个定子53和一个与轴套55相连的转子54。该轴套55通过中间件56与驱动轴22相连。或者，该轴套55可通过一个减速齿轮与驱动轴22相连。
通过分别在驱动轴22和丝杠11中的槽21、19以及通过容纳在所述槽21、19中的滚珠20，驱动轴22驱动丝杠机构5的丝杠11。
通过推力轴承69，在爪形件中有致动器的情况下，丝杠11可与例如一个制动垫相连。该推力轴承69包括两个座圈67、68和滚珠12。其中一个座圈67可与丝杠11形成一体。另外一个座圈68可包括一个用来锁定制动垫(未示出)的锁槽66。
丝杠11可转动并可平移地固定在一个圆柱空间59中，该圆柱空间由嵌入丝杠机构5的螺母14中的镶嵌座圈58限定。丝杠机构5的螺母14和丝杠11通过滚珠13相互接合，该滚珠13容纳在螺母14和丝杠11相对应的螺纹中。
与马达61的转子54相连的轴套55通过轴承63可转动地支撑在固定的螺母14上。这些轴承具有一个容纳在轴套55中的外圈，同时还有一个具有合适滚道的内圈57。内圈57通过锁环65被锁定。而且，这些轴承63具有滚珠64。
或者，可采用两个独立的标准滚珠或滚柱轴承。
致动器的壳体用标号62表示。

Claims (37)

1．一种丝杠致动器，其包括一个壳体(17)、一个马达(7)、一个致动部件(10)、一个丝杠机构(5)和一个减速齿轮装置(6)，丝杠机构(5)随着马达(7)的转动使致动部件相对于壳体作线性运动，并且该丝杠机构(5)包括通过滚动元件(13)相互接合的一个丝杠(11)和一个螺母(14)，所述丝杠(11)和螺母(14)中的一个相对壳体(17)可转动地被支撑，其特征在于，螺母(14)相对壳体(17)被固定，而丝杠(11)通过滚动元件(13)相对壳体可转动地被支撑。
2．根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，丝杠(11)通过一个允许轴向移动的连接装置(19-22)由减速齿轮装置(6)转动地驱动。
3．根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，该连接装置包括一根容纳在丝杠(11)的中心孔(37)中的轴(22)，轴(22)的表面和中心孔具有轴向槽(19,21)，它们通过滚珠(20)相互接合。
4．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，减速齿轮装置(6)包含在一个减速齿轮组件中，而丝杠机构(5)包含在一个丝杠机构组件中。
5．根据权利要求4所述的致动器，其特征在于，减速齿轮装置(6)包括至少两个齿轮减速级。
6．根据权利要求6所述的致动器，其特征在于，减速齿轮装置包括不同类型的齿轮减速级，例如行星齿轮减速级(25-28)和正交轴齿轮减速级(28-31)。
7．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，丝杠(11)通过能承担轴向和/或径向负载的轴承(12)与致动部件(10)接合。
8．根据权利要求1-6任一所述的致动器，其特征在于，丝杠(11)刚性地与致动部件(10)相连。
9．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，致动部件是一个活塞(10)，活塞(10)可滑动地安装在壳体(17)的圆柱空间(38,59)中。
10．根据权利要求7至9任一所述的致动器，其特征在于，活塞(10)通过一个槽和销组件、或通过一个滚珠/槽组件不可转动地被固定。
11．根据权利要求8或9所述的致动器，其特征在于，活塞(10)可转动地安装在圆柱空间(38)中。
12．根据权利要求9所述的致动器，其特征在于，圆柱空间(59)形成在螺母(14)中。
13．根据权利要求4所述的致动器，其特征在于，这些组件沿轴向对准。
14．根据权利要求4所述的致动器，其特征在于，这些组件处于横向偏移的位置。
15．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，设置有一个或两个横向偏移的马达。
16．根据上述权利要求4-15任一所述的致动器，其特征在于，减速齿轮装置(6)包括至少部分行星齿轮系统，行星齿轮系统具有一个齿轮齿朝内的静止外环形齿轮(27)。
17．根据权利要求16所述的致动器，其特征在于，减速齿轮装置包括行星齿轮(26)，行星齿轮(26)与环形齿轮(27)啮合，并且支撑在一个托架(25)上，托架(25)连接到与丝杠机构(15)接合的轴(22)上。
18．根据权利要求17所述的致动器，其特征在于，减速齿轮装置(6)的中心齿轮(28)连接到一个锥齿轮(29)上，该锥齿轮与一个马达齿轮，例如一个倾斜或正交轴齿轮传动装置(32)啮合。
19．根据权利要求18所述的致动器，其特征在于，中心齿轮(28)和锥齿轮(29)制作成一个整体齿轮(30)，整体齿轮(30)通过一个滚动元件轴承(31)相对于丝杠机构(5)的螺母(14)被支撑。
20．根据权利要求18或19所述的致动器，其特征在于，锥齿轮(29)的节圆直径大于中心齿轮(28)的节圆直径。
21．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，设置一个传感器(33)，用来检测丝杠机构(5)的转动和/或平移运动。
22．根据权利要求21所述的致动器，其特征在于，设置控制装置，所述控制装置具有一个例如来自制动踏板的控制信号的输入端并与传感器(33)相连接，以便根据控制信号和来自传感器(33)的信号控制电马达(7)。
23．根据权利要求22所述的致动器，其特征在于，布置有用于提供维护显示信号的控制设备。
24．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，丝杠机构(5)的滚珠或滚柱(13)镀有涂层，以便在干燥运转条件下维持丝杠(11)的合适功能，例如一种类金刚石碳涂层。
25．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，马达(7)是电马达。
26．根据权利要求1-24任一所述的致动器，其特征在于，马达(7)是液压马达。
27．根据权利要求1-24任一所述的致动器，其特征在于，马达(7)是气动马达。
28．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，丝杠、螺母、滚动元件和/或减速齿轮组件中的至少一个是通过硬车削加工来获得的。
29．根据上述权利要求任一所述的致动器，其特征在于，丝杠机构包括滚动滚珠，并且在丝杠和螺母中设置有槽，以便由于提高的轴向负载承载能力而获得相适应的接触角。
30．用于根据权利要求2-27任一所述的致动器中的减速齿轮组件。
31．用于根据权利要求2-27任一所述的致动器中的丝杠机构组件。
32．用于根据权利要求2-29任一所述的致动器中的驱动组件。
33．用于电动盘式制动装置的卡钳式制动器，所述卡钳式制动器包括一个根据上述权利要求1-29任一所述的致动器和一个带有两个相对的制动垫(2、3)的爪形件(1)，所述致动器包括一个丝杠机构(5)、一个减速齿轮装置(6)和一个马达(7)，其中丝杠机构(5)的丝杠(11)通过丝杠机构(5)的滚珠(23)相对壳体(17)可转动地被支撑。
34．一种连续变速传动装置，包括两个皮带轮，每一个皮带轮都具有两个围起一个V形槽的盘，同时一根皮带与所述槽接合，每个皮带轮的盘可以相互移向或移离以便连续改变皮带的运转半径，其特征在于，每个皮带轮的盘都通过根据权利要求1-29任一所述的致动器来移动。
35．根据权利要求34所述的连续变速传动装置，其特征在于，盘的驱动装置包括液压装置。
36．根据权利要求34所述的连续变速传动装置，其特征在于，盘的驱动装置包括机械装置。
37．一种离合器，包括两个离合器片，离合器片可以摩擦接合以便传递驱动力矩，所述离合器片与轴相连，该离合器包括一个根据权利要求1-29任一所述的致动器，所述致动器具有容纳一根轴的中空丝杠。
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