CN1317076A - 制动传动装置 - Google Patents

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威廉·舒斯特
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Abstract

本发明涉及一种制动传动装置，它有至少一个基本上防止旋转的制动鼓轮(1)，在其内腔有至少一个在安装前直径较大的胀环(2)，以及在安装后通过其扩张力在摩擦面(5)的所有点有防止旋转的第一固有扩张摩擦力，当在从动轴(3)上出现回动扭矩时，通过从动轴的随动销(4)和它的在胀环(2)两个端面之一上的环形推力，第一固有扩张摩擦力又得到附加的扩张和制动的增强，直至可能的完全制动，由于在输入侧旋转一次手轮(6)或一次去扩张摇杆(6a)，借助两个固定安装在它上面的去扩张销(6＇和6″)，通过在胀环相对位置处的端面上作用一个环形拉力重新收缩胀环，其结果是重新取消摩擦制动或甚至锁止，以及随时可以重新在输入侧和输出侧沿两个旋转方向调整和固定整个制动传动装置。

Description

制动传动装置
本发明涉及制动传动装置(回行制动装置)，它们可用于许多工程领域，例如作为调整和固定装置用于机器、医疗仪器和设备、运动和家用器械、控制机构、座椅和其他家具、汽车、飞机、自动座椅等。这些制动传动装置的操纵可以通过手轮6，也可以通过操纵杆(图5中6a)，或通过图中未表示的电动、气动、液压或其他任意的开关或控制元件。
迄今的制动传动装置尤其有多头圆柱形螺旋弹簧作为制动体，这些沿静止鼓轮圆柱体的弹簧由于在两个弹簧端之一上受环形压力在静止的鼓轮圆柱体内(例如逆时针方向)从一个弹簧圈到另一个弹簧圈逐步扩张，直至所有的弹簧圈逐步卡紧在静止的鼓轮上，并锁止沿此方向继续旋转。通过在此制动弹簧的另一端作用一圆形的亦即环形的拉力(可理解为只是在另一个弹簧端相对于先前的环形压力滑动)，各弹簧圈重新逐步卷绕成弹簧较小的圆柱形外径，以及逐步地只有不希望的滑动距离地取消防止弹簧旋转并因而防止可能的从动轴旋转的卡紧或锁止。
迄今的回行制动器的这种在松开、旋转和锁止之间空的旋转打滑，与本发明的“制动传动装置”相比有严重的缺点。
这些多头弹簧的另一个缺点是，只有一个极细的、圆形的、各螺旋弹簧圈的外线，也就是只有一个很小的面贴靠在外壳的内圆柱体上，因此必须采用高强度的材料如钢等制作弹簧和制动鼓轮(因为必须由弹簧极小的摩擦面在圆柱体摩擦面上施加一个大的单位面积压力)。
另一个严重缺点是，在每个螺旋弹簧圈贴靠在制动圆柱体上极细的切向螺旋形摩擦面之间有“大量”未利用的空间和外壳未利用的圆柱体摩擦面，换句话说在真正的细小的弹簧摩擦面之间未利用的制动鼓轮表面被浪费了。
迄今传统的滚柱或滚珠倒轮闸有类似的空间浪费和不必要地要求最大的材料强度(因此通常用钢制造并因而昂贵、有最高的精度)，尽管要求最大的制动或锁止力，但它们的工作全都只是以材料点接触为基础。
闸瓦制动器的主要缺点是，它们的在直径和在具有外壳内圆柱体曲率的曲率方面固定不变的圆柱形摩擦面，不能达到或不能在较长时间内保证在整个制动圆周上施加确实紧密地均匀贴靠的单位面积压力。由于这一原因，几乎所有的闸瓦制动器都必须在闸瓦制动面与鼓轮内圆柱体制动面之间有一种附加的可压缩材料(闸材片)，在较长时间使用后它们必须更换。
本发明的目的是创造一种制动传动装置，它的结构简单和经济并有最佳的制动压力分布，可以设计为塑料、锌或铝压铸件，也就是用强度较低的材料(部分1至6a)制造，既可通过手轮(6)也可通过操纵杆(图5中6a)或通过图中未表示的电动、气动、液压、磁性或其他任意开关或控制元件，从一次侧或主动侧那里，“在带动从动侧，例如轴3的情况下”，向两个方向，亦即还包括逆锁止力或制动力方向，以在一次的旋转运动(调整或操纵)与例如在主动或从动轴3处的二次回行制动或回行运动之间有最小的打滑地调整和固定。主动和从动轴每个旋转运动的前行或回行，可随时根据结构和调整，任意快速和强力地制动或完全锁止和重新释放。按当前先有技术的制动传动装置和倒轮闸的缺点或弱点采用本发明均可避免。
此目的通过具有权利要求1特征的制动传动装置达到。
在从属权利要求中说明本发明的有利的设计。采用本发明获得如下主要优点：
1．两个“有效的”制动圆柱面5大了许多倍，因为它们没有未利用的空隙互相“全面”贴靠并因而100％充分利用。
2．其结果是单位面积压力(每mm2)小，所以可以使用塑料、铝、锌或其他压铸材料或强度较低的材料，以及可以采用更有利的工作元件制造方法。
3．胀环2在制动与松开之间没有空程(打滑)，因为它不必(如螺旋弹簧那样)通过多个弹簧圈卷紧或松卷，当它一旦在胀环的一个制动圆柱体端部受一环形推力时立即沿径向增大直径或制动力，以及反之当它一旦在制动圆柱体另一个节圆端受到环形拉力时立即减小胀环直径并因而解除制动，以便使制动传动装置有调整的可能性。
4．完全一体的胀环(见图1)也可以如图3所示设计为有或没有附加扩张弹簧(9、9′、9″，见图2)的双重环，也可以设计为多层的叠片，尽管如此仍保留此新型制动传动装置的全部优点。
5．具有较大的外圆柱体直径的胀环2在装配时被压入制动鼓轮1较小的内圆柱体内，因此与刚性的闸瓦相比，胀环2在其圆柱体摩擦圆周的所有点，除了正常的压紧力外还有通过其固有的使之从较小的半径转变为较大的半径的倾向及其存储的力活化的扩张压力(膨胀压力)。
仅仅由于上面已提及的优点，按本发明的制动传动装置在控制和锁止或制动之间便几乎不再有不希望的打滑，而且不仅在一次侧而且在二次侧亦即在输入侧和在输出侧都是如此。
6．通过附加地增加制动传动装置的制动力可以获得其他一些优点，为此例如主要采取下列措施：
a)在胀环与外壳之间设楔槽状内表面和外表面(横向于圆柱面，见图4的制动面5)，因此如在三角皮带中那样，在整个圆周上通过楔形环插入相对的楔形槽内产生附加的扩张和制动作用或锁止。
b)通过将沿圆形制动面的纵向或旋转方向一个或两个摩擦面设计为对称或非对称的微型或正常的波纹(见图3圆形图a和b)，用最小的扩张达到在鼓轮1与胀环2之间完全静止地防止转动，以及在轻微压缩胀环时便重新获得运动能力。
c)通过一个或两个摩擦表面的这一种或按其他方式延伸的对称或非对称微型或巨型波纹，可以例如以这样的方式达到针对许多目的的理想状态，即制动传动装置本身(换句话说已经没有但也可以有“反扭矩”)例如在左旋(或右旋)时有比沿另一个旋转方向大的制动力矩。其结果是，例如用于起吊负载的扭矩就可以设计得比为了回绕牵引绳索或其他传动装置的小。回行本来就比例如牵引绳索或其他传动装置的提升或张紧过程更迟缓。这例如可以通过非对称的正弦曲线等达到，它沿一个旋转方向比较柔和，亦即比较平缓，而沿反方向较陡并因而有更大的制动力。
d)若制动传动装置应制动或锁止的那个旋转方向是已知的，那么可以在胀环摩擦面的那个端部，亦即与随动销4在环2环形端面上的加压部位处于相对位置以及未被随动销4本身推移的地方，借助起动制动辅助装置(见图3，部分12和12a)，提供在解除过程后为了开始制动的起动辅助，亦即用于从胀环松开位置过渡到扩张、制动或锁止位置的制动辅助装置(类似于在船、飞机等中的配平舵)。
部分12是从胀环2制动圆柱体略向外突出的肋，它们在解除制动后，当需要重新制动或锁止时，通过它们提前与制动鼓轮内圆柱体5接触(以及还通过它们附加的倾斜)，作为胀环2的第一部分开始制动。因此，如同在连锁反应中那样，其余的圆弧和制动面更迅速地和更强烈地紧密贴靠以及使整个环扩张或使整个环锁止。
制动起动辅助装置12a有类似的作用。它们是一个或多个附加置入的或硫化上的、粘结的、轧压的材料层，这些材料略微凸出和有较大的摩擦系数。
7．用略有弹性的材料制造的以及同样有直径裕量地压入制动鼓轮1内和只能沿“一个”旋转方向承受反扭矩的扩张体(见图6b)，当通过操纵杠杆或套盖上的手轮等时它可以通过摇杆6a沿两个方向(也就是说也包括要克服制动)转动，使压缩环13直径减小到直至具有其切槽14的弹性扩张体2b被注入的或放在槽内的压缩环13将直径减小到直至松开或解除锁止，从而使摇杆6a可与扩张体2b一起在静止的制动鼓轮1内旋转，鼓轮本身则带动从动轴3。
8．为了增加胀环2的扩张力可采用扩张力增强装置(在图5、5a和5b中的部分10)，它们通过从动轴3的反扭矩增强胀环的制动力或锁止力。借助例如去扩张元件，例如两个去扩张销6′和6″，它们例如与去扩张摇杆6a固定连接或与之成一体，可以转回胀环2和扩张力增强杆10或扩张力增强凸轮10′以及轴3，造成去扩张间隙11(在制动器内和外圆柱体之间的间隙)，然后也可以借助于同一根摇杆6a或代之以借助套盖上的回转手轮(有相同的去扩张销6′和6″)通过轴3的随动销4向两个旋转方向调整轴3的旋转位置并重新固定。
9．二次回行扭矩通过轴3及其随动销4环形地只压在胀环2的内端面上，它只能沿径向在胀环端部的端面上滑移地或加压地将扭矩作用在胀环上。通过一个或多个操纵元件，此力臂杆既可用于调整主动轴，也可用于保持环形力，亦即用于制动或锁止轴的扭矩或旋转。
下面参见附图借助实施例进一步说明本发明。其中：
图1沿图1a的剖切线A-A表示制动传动装置的一种实施例；
图1a沿图1的剖切线B-B表示按图1的实施例；
图2沿图2的剖切线A-A表示制动传动装置的另一种实施例；
图2a沿图2的剖切线B-B表示按图2的实施例；
图3沿图4的剖切线A-A表示制动传动装置的第三种实施例；
图3a、b图3中的局部放大详图；
图4沿图3中的剖切图B-B表示按图3的实施例；
图5a、b、c制动传动装置的第四种实施例和不同工作状态的放大详图；
图6沿图6a中剖切线A-A表示制动传动装置的第五种实施例；以及
图6a沿图6中剖切线B-B表示按图6的实施例。
作为实施例，制动传动装置在图1至4中安装在一个通常的空心手轮(部分6)的自由内腔中，手轮例如也可安装用于操纵或调整汽车或办公室座椅或任意机器或任意的设备，或用手轮可控制自动制动或锁止的旋转力，以防回行或回绕。
这样一种手轮(部分6)或这样一种调整杆(部分6a，见图5)或仅仅是制动传动装置本身(有或没有其他的操纵元件)，可以在不附加地解脱制动器或倒轮闸或其他制动器或锁定装置的情况下，向两个旋转方向通过带动轴(部分3)调整。当放开用于制动传动装置的手轮、杆或操纵元件时，制动传动装置自动制动或锁止；也就是说，取决于调整和/或结构、预紧度、使用的材料等，在一次调整(通过手轮、杠杆等)后放开调整力，从传动轴3那里制动传动装置不能或只能困难地在受制动的情况下按二次反作用的方式转回调整好的旋转运动。但是此制动传动装置也可以在任意结构内部安装在主动轴或从动轴的任意位置(借助周围结构或牵引绳索、辐条或其他固定装置支承以对抗外部扭矩)，使一次旋转调整力例如通过第二根(套在第一根轴3延伸段上的)图中未表示的在同一根轴线上工作的空心轴或与主轴线成一角度铰接地向外延伸的调整轴，但也可例如通过绳卷、软轴、齿轮或其他传动机构，作用在仪器、设备、家具、汽车等内部(一次也就是说正在调整中)，在这种情况下从动或被传动的输出轴3可随着一次调整被一起调整。反之，亦即二次的，此轴3不能(或取决于调整状况只能或多或少困难地)旋转此制动传动装置。
图1在通过图1a的剖面A-A中表示一个有圆柱形内表面的外壳1，内表面起摩擦(或制动)面5的作用并装入开口的简单胀环2，它在外侧有它的圆柱形摩擦面5。胀环2预先规定的外径在未安装状态有一个比外壳1的圆柱形内摩擦面5大的外径。在胀环2通过压缩(预紧)置入外壳1安装后，两个构件1和2的摩擦面5互相紧压，由此造成防止胀环2在静止的外壳1内旋转的制动作用。但是一个例如来自可借助轴3调整的机构(图中未表示)的起反作用的持续的扭矩，在胀环2的任何位置附加地通过随动销4制动直至停止。随动销4以其支承部分4′圆形(环形)和力封闭地压在开口的胀环2径向端面上，并因而进一步增强了预先规定的存在于胀环2内的制动扭矩或在胀环2与外壳1之间的制动作用。然而，通过旋转手轮6(借助它的去扩张销6′、6″，它们与手轮设计成一体或安装在手轮内)可以减弱或取消此制动力或锁止。这些销子在胀环2另一个开口端施加一个环形拉力，它减小或取消胀环2的扩张力或制动力。于是手轮可按相反的顺序通过胀环2、支承部分4′、随动销4和轴3，取消锁止或制动作用，并允许整个机构，亦即制动传动装置，沿两个旋转方向旋转和调整(也要克服锁止)。
图1a表示通过按图1的实施例中心的剖面B-B。此环形拉力手轮6覆套在外壳1上并通过成形在上面的卡锁7防止拔出。
图2和图2a表示了一个如图1和图1a中说明的那种制动传动装置，但在这里胀环2的固有扩张力通过附加的扩张元件，例如所表示的弹簧9、9′、9″增强，它们同时还加强了制动作用。作为扩张元件的例子表示了三种方案：
1．两个螺旋弹簧9装在胀环2开口的两个径向端面之间。
2．一个双头螺旋弹簧9′，它绕轴3卷绕，它的端部加长，以这些端部同样压靠在胀环2的两个端面上。
3．弹簧片9″，它有预紧力地弯卷并贴靠在胀环2内侧。
一种没有表示的设计例如是一种扩张性材料，如橡胶、泡沫材料、塑料、气垫、气体弹簧等，它可以置入胀环内以提高扩张力。
图2a表示整个制动传动装置通过外壳1底部用埋头螺钉8的固定方式的举例，其中的轴3被断开地表示。
图3表示有双重胀环2的另一种制动传动装置，胀环的内环在摩擦面5上附加地施加扩张力。在局部放大图a和b中表示了摩擦或制动面5造型的两种作为举例的方案。在外壳1和胀环2上的两个摩擦面5的例如波纹可以有相同或不同的结构以及是微细的或粗大的和不同深度的。两种举例的差别是，在方案a中波纹线是均匀对称的，所以在制动和在调整时沿两个旋转方向遇到相同的阻力，在方案b中波纹线上坡比下坡陡，所以在制动和在调整时沿一个方向遇到较大的阻力，而沿另一个方向遇到较小的阻力。因此持续或脉冲式在制动传动装置上沿一个方向反作用的扭矩能更好地承受、减弱、均衡，或消耗的调整力部分至全部转向，或在较小的扩张力时就已经完全停止。采用摩擦面的这种设计，除了增加摩擦力和扩张力外还增强了制动作用，因为为了克服坡度必须用更大的力，以及在越过每一个波纹时胀环2总是按两个波纹高度预紧。增强效果还由于分别“卡锁”在每个波谷中所以将滑动摩擦部分至全部改变为静摩擦，并因而增大了防止开始转回的摩擦系数。
图3还表示制动器起动辅助装置12和12a，它们只是逐个安置，当它们作用在另一个没有被推移(由于从制动器圆柱体略有突出或由于特殊的制动器材料)的胀环端面旁时，在解除过程后它们使胀环只是沿一个旋转方向开始扩张(如船上的配平舵)。
图4表示在外壳1和胀环2上两个摩擦面5楔槽状互相啮合的设计。这一方面在总体上增大了摩擦面，另一方面通过各槽与对应的楔互相啮合(楔入)增强制动作用。环形的楔槽也可以设计为螺旋线，用于将胀环2(扩张体)旋入螺母状外壳1内。
图5表示有双重胀环2和去扩张摇杆6a的制动传动装置，去扩张摇杆有两个与之成一体或固定连接的去扩张销6′、6″。轴3有一个(与之连接成一体或与之可拆地插接的)随动件4，它的端部插入胀环2的开口内并将一个通过轴反作用的扭矩传给扩张杆10。
除了胀环2已存在的固有扩张力外(或甚至缺少此扩张力或此扩张力已松弛)，它通过胀环2的两个例如沿径向的端面使胀环2在外壳1内部扩张，因此可以加强制动效果直至锁止。通过回转摇杆6a(沿哪个旋转方向都一样)，双重胀环2被两个互相隔开距离并相对于摇杆6a例如通过所有三个元件的整体设计因而固定的、随摇杆6a一起回转的去扩张销6′和6″压缩成较小的外径，其结果是取消或减小了扩张力和制动作用。摇杆始终以处于摇杆同一个回转方向上的那个去扩张销6′或6″为支点回转。
图5a表示摇杆绕销子6″的中点和支点的回转。它带着处于相对位置的去扩张销6′绕同一个中点6″一起运动。其结果是整个胀环2由于此圆形的偏心运动和在两个销子6′和6″之间的楔紧作用，通过摇杆6a以大的传动比“克服固有的和外加的扩张力”重新压缩(或去扩张)成较小的直径(见空气间隙11)。扩张增强杆10也被重新压缩的胀环2的两个自己的端面(借助于从动轴3的随动件4与从动轴3一起)转回。现在，整个制动传动装置连同轴3可克服或借助从动侧存在的反扭矩向两侧方向旋转或调整。当放开摇杆6a时胀环2立即重新扩张，有例如通过扩张增强杆10增强或没有增强地制动或锁止(取决于结构、设计、目的、所使用的材料等)通过从动轴3或反扭矩的转回。
摇杆6a也可以设计为一个套盖在整个制动传动装置上的没有杆的手轮6，如图1和1a、2和2a以及3和4中所示，只要在手轮6的内圆柱面与外壳1的外圆柱面之间有可用于轻易地绕两个销子6′或6″之一回转(取代绕中央的中点旋转)的足够的间隙。
图5b和5c各表示扩张增强杆10′，当从轴3那里通过其随动销4作用一个从动侧反扭矩时，它可与其旋转销部分一起绕其支点M旋转。因此，在图5b中的扩张增强杆例如已经旋转了的扩张增强装置10′，以及它的凸轮节圆面在切向接触点T附加地将此同一个胀环2的相对表面彼此撑开，并借助此传动杆10′附加地使胀环2的这一端还将其摩擦面压靠在外壳圆柱面上。图5c表示当胀环2(如图5所示)通过传动摇杆6a去扩张时，亦即重新压缩成较小的直径时，扩张增强装置10′重新按相反的顺序绕支点M往回转。
图6和图6a表示用一种略有弹性的材料制的弹性胀环2b，它的外圆柱体的直径，与前面的胀环2和2a一样，在装配前大于外壳1圆柱体的内径。在装配后，亦即在将此弹性胀环挤压入外壳内后，同样已经形成“固有扩张力或固有制动力”，它沿一个旋转方向较小，沿另一个旋转方向大得多。通过倾斜的切槽14，当位于切槽之间的分段在朝切槽14的反扭矩作用下绕其根部回转(翻转)时，除了固有的扩张力和制动力之外，又提供了许多单个的“翻转扩张制动力”直至完全锁止。一个或多个设在弹性胀环2b制动圆柱体圆周上或就在此圆周下面的圆形压缩环13，在例如借助于图中所表示的摇杆6a收紧和缩短其圆周长度时，可以减小它自己的直径和弹性胀环的直径。由此也减小了弹性胀环2b的制动或锁止力，以及可以使整个制动传动装置连同固定在胀环(2b)内的从动轴(3)沿两个旋转方向和还克服切槽之间的分段和锁止力调整。
此制动传动装置可以用或不用一个或多个胀环沿两个旋转方向制动和/或锁止，甚至在过载时只有回滑但没有损坏地重新开始。
此制动传动装置或仅仅主动轴可以直接或间接地借助作用元件提升、夹紧、拉、压、弯曲、调整其他部分和全部重新固定或锁止或制动。

Claims (11)

1．制动传动装置，其特征为：至少一个基本上防止旋转的制动鼓轮(1)在其内腔有至少一个在安装前直径较大的胀环(2)，在安装后通过其扩张力在摩擦面(5)的所有点有防止旋转的第一固有扩张摩擦力，当在从动轴(3)上出现回动扭矩时，通过其随动销(4)和在胀环(2)两个端面之一上它的环形推力，第一固有扩张摩擦力又得到附加的扩张和制动增强，直至可能的完全制动，由于在输入侧旋转一次手轮(6)或一次去扩张摇杆(6a)，借助于两个固定安装在它上面的去扩张销(6′和6″)，通过在胀环相对位置处的端面上作用一个环形拉力重新收缩胀环，其结果是重新取消摩擦制动或甚至锁止，以及随时可以重新在输入侧和输出侧沿两个方向调整和固定整个制动传动装置。
2．按照权利要求1所述的制动传动装置，其特征为：一个或多个胀环(2)的扩张力通过可压缩的扩张装置(9、9′、9″)增强。
3．按照权利要求1或2所述的制动传动装置，其特征为：胀环(2)由两个彼此套叠的胀环(2、2a)组成。
4．按照权利要求1至3之一所述的制动传动装置，其特征为：摩擦面(5)设计为圆柱形或锥形。
5．按照权利要求1至4之一所述的制动传动装置，其特征为：在制动鼓轮(1)内和在胀环(2)外圆柱体上的制动面(5)有一种对称的或不对称的微细波纹形或大波纹形的摩擦表面，为的是沿旋转方向同步获得大小相同的或取决于旋转方向获得不同大小的制动或摩擦阻力。
6．按照权利要求1至5之一所述的制动传动装置，其特征为：为了增大制动力，制动面(5)有环形的楔形槽和楔形凸块与楔形槽和环形的楔形肋。
7．按照权利要求1至6之一所述的制动传动装置，其特征为：胀环(2b)至少部分用略有弹性有大摩擦阻力的材料制造，和/或设有通过切槽(14)和通过楔入留下的区段用于附加地制动或锁定。
8．按照权利要求1至7之一所述的制动传动装置，其特征为：胀环摩擦面(5)的一个或多个部分通过切槽(12)或凸块相对于其余圆柱摩擦面突出并首先起制动作用。
9．按照前列诸权利要求1至8之一所述的制动传动装置，其特征为：为了即使在扩张力较小时也能达到完全的回行制动，内或外圆柱摩擦面全部或部分用一种摩擦阻力更大的材料涂层、粘贴、敷层或采用其他方式施加。
10．按照权利要求1至9之一所述的制动传动装置，其特征为：两个销子(6′和6″)与手轮(6)或摇杆(6a)连接，在操纵设置为相对于制动鼓轮(1)有大间隙的手轮时或操纵摇杆(6a)时，它们取决于旋转方向绕两个销子(6′或6″)之一按这样的方式旋转或回转，即，由于两个销子距离不变迫使胀环(2)合拢，并因而由于胀环直径减小减少了或取消了作用在摩擦面(5)上的扩张力和摩擦力。
11．按照权利要求1至10之一所述的制动传动装置，其特征为：设附加的扩张增强杆(10或10′)，用于在通过轴(3)出现转回力时增大胀环的扩张力，以及用于根据此制动传动装置的设计和调整回行制动，直至回行锁止。
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