CN1521421A - 扭矩控制制动器 - Google Patents
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Abstract
一种设在主动轴(4；4a’)和从动轴(7；7’)之间的扭矩控制制动器，该制动器包括：设在所述轴之间并包括第一盘(9)和第二盘(10)的制动盘/离合器盘部件(9，10)；与制动盘/离合器盘部件相互作用的第一组(12)和第二组(14)摩擦表面部件；利用所述盘部件和摩擦表面部件提供制动接合的弹簧部件(15，16)；以及第一凸轮部件(5)和第二凸轮部件(6)，它们通过主动轴的扭矩和转动以及可能的从动轴的反扭矩的作用，使所述盘和摩擦表面部件之间的相对轴向位置改变，以抵抗弹簧部件产生的力而至少部分地分开所述制动接合。本发明的实质在于：第二盘(10)相对于第二凸轮部件(6)可轴向运动地设置，和第三组摩擦表面部件(19)设在第二凸轮部件(6)和第一盘(9)之间，以将主动轴的扭矩传给从动轴。
Description
技术领域
本发明涉及一种设置在主动轴(驱动轴)和从动轴之间的扭矩控制制动器。
技术背景
上述扭矩制动器包括：设置在主动轴和从动轴之间并包括第一盘和第二盘的制动盘/离合器盘部件，该第一盘可轴向运动但不可转动地设置在从动轴上，该第二盘可轴向运动地设置在第一盘和主动轴之间；设置在第一盘和第二盘之间的第一组摩擦表面部件；设置在第二盘和制动器的本体之间的第二组摩擦表面部件；设置成可轴向压紧彼此相互作用以实现制动接合的所述盘和摩擦表面部件的弹簧部件(弹簧装置)；和设置在主动轴和制动盘/离合器盘部件之间的凸轮部件(凸轮装置)，该凸轮部件包括不可转动地固定在主动轴上的第一凸轮部件和不可转动地设置在第二盘上的第二凸轮部件，该凸轮部件利用主动轴的扭矩和转动以及可能的从动轴的反扭矩的作用使所述盘和摩擦表面部件之间的相对轴向位置改变，以抵抗由弹簧部件产生的力而至少部件地分开所述制动接合。
芬兰专利申请20010714中公开了这种制动器。它的一个特殊目的在于更好地控制来自于加载方向的负载以避免安全风险。本申请还试图避免由负载的波动引起的马达超过同步速度的加速。该申请的另一个目的是扩大制动器的应用。此先有技术解决方案的一个基本特征在于使用了两个制动轮，因而可以不同地调整利用这两个轮获得的扭矩。这可以定制用于各种目的的制动器并提供具有附加特性的制动器，而这些以前都需要特定的结构部件才能获得。
发明内容
本发明的一个目的是例如通过以下方式进一步改进上述制动器：在不减小制动力的情况下能最有效地消除施加在负载承载部件上的动力应力，和总是绝对肯定地分开制动器。此外，该结构将允许以更多种方式结合不同的功能。
利用一种根据本发明的制动器可以实现这些目的，该制动器的特征在于，第二盘相对于第二凸轮部件可轴向运动地设置，第三组摩擦表面部件设置在第二凸轮部件和第一盘之间，以将扭矩从主动轴传递到从动轴。
本发明基于一个比以前更自由地运动的第二制动盘/离合器盘，其运动行程可以调整(调节)，以使制动器总是能够利用附加的摩擦表面抵抗制动扭矩而被分开(脱开)，从而确保制动器总能在应该分开的时候分开(凸轮部件工作)，其中，所述附加的摩擦表面是为了抵抗制动扭矩使制动器分开而设置的。
因为例如利用一分立的联接轮还在第二盘处设有适当量的飞轮质量，该联接轮上设有第二盘并且优选地还设有第三组摩擦表面部件，所以当驱动起重(提升)绞车的驱动力终止，例如当电动机的电流被切断时，例如一影响提升绞车的输入轴的负载扭矩迫使从动轮首先给飞轮质量然后给致动器例如电动机的转子加速。该结构的合适的尺寸允许提供这种在(已传递给)飞轮质量之后的不能分开制动器的剩余扭矩。在起重装置中，例如如果致动器发生故障或失灵时可以避免负载下降或突然落下是非常重要的特性。在这种意外的情况下和正常的提升过程结束的时候，由于这种结构，制动是平稳的，并且可以避免作用于制动系统的突然的重动载。
如果有需要，根据本发明的制动器还可以容易地设置有一个在吊链起重机(绞车，提升机)中所需的滑动离合器。这样，该制动器的本体包括两个可彼此相对轴向调整的部件，从而利用第二本体部件可以调整和限制第二组摩擦表面部件的作用位置或作用点。
利用弹簧部件的同一弹簧力提供离合器和制动器的扭矩，并通过选择与离合器扭矩和制动扭矩之间的比率相同的相应摩擦表面的比率来控制离合器扭矩和制动扭矩之间的比率。这种结构提供了这样的优点，即当调整滑动离合器的扭矩时，制动器扭矩与离合器扭矩正确相关地同时变化。在本发明的结构中，因为在调整过程中只使用了动摩擦系数，所以可以在致动器转动的同时通过使制动器的第二本体部件转动而以最简单的方式调整离合器扭矩，从而对离合器进行精确的调整。
所述弹簧部件优选地包括将第一盘压向第二凸轮部件的第一弹簧组，和将第一凸轮部件压向第二凸轮部件的第二弹簧组，并且第一弹簧组的弹簧力比第二弹簧组的弹簧力大得多。第二弹簧组使所述凸轮部件相对于彼此集中，并且选择这样的第二弹簧组的力，使得该力不会过度地减少提供制动扭矩的第一弹簧组的实际弹簧力。第一弹簧组中的活动间隙还补偿了摩擦表面的磨损。
在下文对本发明的详细说明中将较详细地说明本发明的优点。
附图说明
现在将参考附图通过两个示意性实施方式更详细地说明本发明，其中：
图1示出位于吊链起重机和手动起重机之间的根据本发明的制动器的纵向截面视图，该制动器处于其上带有负载的状态；
图2示出图1所示的制动盘/离合器盘部件的放大局部；
图3示出在负载被提升的状态下的图1所示的制动器；
图4示出图1所示的第二弹簧组的放大局部；
图5示出前图中所示制动器的凸轮部件的一实施例；和
图6示出与吊链起重机和一电动机连接的根据本发明的制动器的纵向截面视图，其中，该电动机使用该制动器，该制动器处于其上带有负载的状态。
具体实施方式
参考图1至图4，示出设置在吊链起重机2和手动起重机3之间的根据本发明的扭矩控制制动器1。手动起重机3的一个转子4作为系统的主动轴而工作。
制动器1首先包括凸轮部件5和6，其中，以参考标号5表示的第一凸轮部件不可转动地固定在转子4上，而第二凸轮部件6可转动且可轴向运动地设置在吊链起重机2的输入轴7上，该输入轴用作系统的从动轴，换句话说，用作驱动吊链起重机2并具有来自于手动起重机3的转子4的驱动力的轴。联接轮8不可转动且不可轴向运动地固定在第二凸轮部件6上以给所述系统提供飞轮质量。
一个制动盘/离合器盘部件(装置)设置在凸轮部件5和6之间，即转子4和吊链起重机2的输入轴7之间，该部件包括一可轴向运动但不可转动地设置在输入轴7上的第一盘9，和一利用固定在联接轮8的周边上的销11可轴向运动但不可转动地设置在联接轮8上的第二盘10，因而第二盘10同时通过联接轮8固定到第二凸轮部件6上。
第一组摩擦表面部件(装置)12设置在盘9和10之间，例如，固定在第一盘9上(参考图2)；而第二组摩擦表面部件14设置在第二盘10和制动器的本体(主体)13之间，例如，固定在第二盘10上。在此示例中，所述摩擦表面部件12和14的有效直径和摩擦表面面积的大小基本相同，但是也可以不同。
为了提供在盘9、10和与盘相互作用的摩擦表面部件12、14之间的制动接合，设置了将所述部件9、10、12和14彼此压紧的弹簧部件15、16。该弹簧部件包括设置在输入轴7的轴承17和第一盘9之间以将第一盘9压向第二凸轮部件6的第一弹簧组15，和设置在制动器的本体13和第一凸轮部件5的轴承18之间以将第一凸轮部件5压向第二凸轮部件6的第二弹簧组16。第一弹簧组15的弹簧力比第二弹簧组16的弹簧力大得多。应该这样选择第二弹簧组的弹簧力，使得该力不会过度地减少由提供制动扭矩的第一弹簧组15所提供的实际弹簧力。第二弹簧组16的活动间隙(活动量)形成了摩擦表面部件12、14和19的磨损容限。
此外，第三组摩擦表面部件19通过联接轮8安装在第二凸轮部件6上，该部件相对于联接轮8和第二凸轮部件6不可移动地放置，并被设置成与第一盘相互作用，以将扭矩从主动轴或转子4传递到从动轴或传递到吊链起重机2的输入轴7。这里应该注意到，第三组摩擦表面部件19自然也可以固定到第一盘9上，而不会使该部件的用意或工作产生任何变化。除了第一和第二组摩擦表面部件12和14以外，第三组摩擦表面部件19也可以工作以提供制动接合。在此示例中，第三组摩擦表面部件的有效直径比第一和第二组摩擦表面部件12和14的相应尺寸小。虽然这一条件不是必须的，但第三组摩擦表面部件19的位置限制了其尺寸。
至于凸轮部件5和6的结构，凸轮部件5和6的横截面都是圆形的，并优选地沿圆周方向包括肾形槽20，在该槽的中部相对于周围接触区域21设置有一深部22，并在该槽的端部设置有浅部23，在这种情况下，相对的凸轮部件5和6通过相对的槽20和放置在各相对槽对之间的球24彼此连接。
简而言之，当使用手动起重机3时，通过转子4的扭矩和转动以及输入轴7的(制动扭矩的)反扭矩的作用，凸轮部件5和6使所述盘9、10和摩擦表面部件12、14及19之间的轴向位置改变，以抵抗弹簧部件15、16产生的弹簧力而至少部件地分开制动接合，并且同时利用第三组摩擦表面部件19提供在第一盘9和联接轮8之间传递扭矩的接合，下文将对此进行详细说明。
制动器的本体13包括两个可相对于彼此轴向调整的部件25、26，因而该调整可以利用部件25和26之间的螺纹结构27进行，以将固定在第二盘10上的第二组摩擦表面部件14压靠在利用沿圆周设置的销29可轴向运动但不可转动地设置在第一本体部件25上的第三盘28上，并且可以利用支承第一凸轮部件5的第二本体部件26(制动器的“罩盖部件”)限制和调整盘10、第二组摩擦表面部件14和第三盘28沿制动力方向或朝本体部件26的轴向运动。当然，如果在结构上有利，也可以将第三盘28可轴向运动地安装到第二本体部件26上。但是，在本发明的所有应用中，起到可滑动的离合器作用的本体部件25、26之间的调整并不是必须的。下面将详细说明所述调整和所述调整对制动器工作的作用。
为了清楚起见，图1和图3示出裸露形式的起重设备2，但在实际应用中，该设备自然被放置在一合适的壳体中(参考例如图6中的结构)，在该壳体上可支承该设备的部件且在该壳体内可放有所需的润滑剂。
本发明最主要的特征在于：制动盘/离合器盘部件的可轴向运动的第二盘10；由输入轴7和凸轮部件5、6之间的联接轮8提供的飞轮质量；以及利用第三组摩擦表面部件19获得的用于将来自转子4的驱动力传递给输入轴7的扭矩。鉴于所述滑动离合器的作用，第二组摩擦表面部件14的轴向调整也是主要的特征。
由手动起重机3、制动器1和吊链起重机2形成的所述系统如下工作。
图1示出了吊链起重机2所悬挂的负载30停在制动器1上时的状态。这种状态发生在例如手动起重机3停止转动(或者假如由于某种原因被损坏)时，在这种情况下，第一弹簧组15将第一盘9和其第一组摩擦表面部件12压靠在第二盘10上，第二盘10则沿销11滑动并通过其第二组摩擦表面部件14而压向第三盘28，而第二本体部件26限制和阻止了第三盘28的运动。因为第二盘10和联接轮8共同确保系统的飞轮质量(飞轮体)在制动期间也能减速，所以制动迅速产生，但仍然较平稳。如果制动器不用于使飞轮质量减速，负载将依靠全部制动扭矩而减速。这样，制动将发生得太迅速，并且将有非常高的动力应力作用在承载负载的部件上。
在图3中，制动器处于负载30被提升的状态。此时，转子4的扭矩被传递到第一凸轮部件5上，因此随着引入系统的扭矩增加，第一和第二凸轮部件5和6彼此相对转动并同时彼此相对后退。因为第二弹簧组16提供的弹簧力比第一弹簧组15提供的弹簧力小，所以第二弹簧组16首先被挤压在一起，然后第一弹簧组15也被挤压在一起，从而，其轴向运动量与第二凸轮部件6相同的联接轮8同时将第一盘9推离开与第二盘10的制动接合，但仍通过摩擦表面的第三组摩擦表面部件19与第一盘9共同保持提供扭矩的接合。因此，可以在没有拖曳制动的情况下进行提升运动。
当引入系统的扭矩消失时(图1所示状态)，负载30的扭矩开始使系统沿与提升期间相反的方向转动。从系统的功能性和安全性考虑，这种状态是很危险的。在本发明中，可以通过适当地确定由凸轮部件5、6的槽及联接轮8的飞轮质量所形成的凸轮轨迹(凸轮运动)的几何形状(槽20的间距、有效直径和摩擦系数)和转子4来处理这种情况。这种适配性意味着首先如上所述将联接轮8安置在起重设备2的输入轴7和凸轮轨迹组5、6、20、24之间，使负载扭矩首先给联接轮8的飞轮质量加速，从而剩余扭矩可以给转子4加速。通过正确地选择上述条件使通过凸轮轨迹组5、6、20、24给转子4加速的扭矩为这样的扭矩：使来自于负载30方向的扭矩不能如前文中所述的那样分开制动器。
当负载30下降时，转子4的扭矩允许将制动器仅分开到负载扭矩刚刚超过制动扭矩的程度。这样，负载的势能转化为热量这样的摩擦功传递给摩擦表面部件12和14。也可以将该能量传递给例如放在由制动器的本体13所形成的壳体中的油。该油可以同时是如下面说明的图5中的实施例所示的起重设备的油。因此，当使负载30下降时，必须向下“推动”该负载。一旦该“推动”结束，制动器将马上“抓住”(保持住)该负载。
在图1至图4所示的结构中，吊链起重机中所需的滑动离合器被联接到制动器上，该滑动离合器的结构和该结构实现的优点已经在上文中进行了说明。换句话说，利用弹簧组15、16的同一弹簧力提供离合器和制动器的扭矩，并通过选择与离合器扭矩和制动器扭矩之间比率相同的相应摩擦表面即摩擦表面部件12、14和19之间的比率来控制离合器扭矩和制动器扭矩之间的比率。这种布置(结构)提供了这种优点，即当调整滑动离合器的扭矩时，制动器扭矩同时根据离合器扭矩以正确的比率变化。在本发明的结构中，因为在调整过程中只使用了动摩擦系数，所以可以在转子4转动时通过使第二本体部件26旋转并在找到正确的调整(位置)后例如利用螺钉将其锁定就位而调整离合器扭矩，这样就提供了对离合器的准确调整。图1示出第二本体部件26上的第二弹簧组16的支承表面31和联接轮8之间的距离在调整期间保持恒定，因此在调整滑动离合器时只有第一弹簧组15和离合器和制动器的扭矩变化。
与电动机驱动的吊链起重机2’结合在一起的制动器1’的结构和操作与人工操作系统完全相同，除了：电动机转子4’的轴4a’和其延伸部件4b’形成一主动轴；和第二凸轮部件6、制动盘/离合器盘部件9、10、8，起重设备2’的从动输入轴7’以及起重设备2’自身以这样的方式设置在电动机3’和位于主动轴4b’上的第一凸轮部件5之间——使其上固定有部件8、9的第二凸轮部件6可以在其中转动及轴向运动，并且从动起重设备2’的输入轴7’可以转动，这是因为与图1至图4中所示的人工操作系统相比转子4’安置在系统的相对侧(相反侧)，以使得转子4’的轴4a’的延伸部件4b’必须穿过输入轴7’。制动器的本体13’的部件25’和26’的形状也不同，但它们的操作类似。
总之，根据本发明的制动器用作一个起重设备中的负载制动器。与传统的所谓Weston型负载制动器相比，重要的不同之处在于，在根据本发明的制动器中，负载的势能被转化成热量仅一次，而在Weston型制动器中，比负载的势能多得多的能量被转化成热量。因为负载的势能被转化成热量仅一次，所以在该发明中可测量出制动扭矩是负载扭矩的两倍，在这种情况下，这种制动器足以作为唯一的制动器。
如上所述，从以下意义来说，在本发明中已将滑动离合器、制动器和负载制动功能结合到了一起，即当可转动的机构的扭矩终止时，可以自动致动制动器而不需要任何附加的引导(操控)。可以省略上述滑动离合器功能，从而进一步简化结构。
制动器的分开机构沿两个方向工作。如果制动器应用于例如不同的输送机，这是一个很有用的特性。
本发明的上述说明仅要描述本发明的基本思想。然而，本领域的技术人员可以在权利要求书的范围内以各种方式实施本发明的具体构成。因此，例如凸轮部件和凸轮轨迹可以与上述不同并可以参考上面提到的芬兰专利申请公开。不同部件的结构应该保证上述系统的工作。
Claims (10)
1.一种设置在主动轴(4；4a’)和从动轴(7；7’)之间的扭矩控制制动器，所述制动器包括：
-设置在主动轴(4；4a’)和从动轴(7；7’)之间并包括一个第一盘(9)和一个第二盘(10)的制动盘/离合器盘部件(9，10)，该第一盘可轴向运动但不可转动地设置在从动轴(7；7’)上，该第二盘可轴向运动地设置在第一盘(9)和主动轴(4；4a’)之间；
-设置在第一盘(9)和第二盘(10)之间的第一组摩擦表面部件(12)；
-设置在第二盘(10)和制动器的本体(13)之间的第二组摩擦表面部件(14)；
-设置成可轴向压紧相互作用以实现制动接合的所述盘(9，10)和摩擦表面部件(12，14)的弹簧部件(15，16)；以及
-设置在主动轴(4；4a’)和制动盘/离合器盘部件(9，10)之间的凸轮部件(5，6)，该凸轮部件包括一不可转动地固定在主动轴(4；4a’)上的第一凸轮部件(5)和一不可转动地设置在第二盘(10)上的第二凸轮部件(6)，该凸轮部件(5，6)通过主动轴(4；4a’)的扭矩和转动以及可能的从动轴(7；7’)的反扭矩的作用，使所述盘(9，10)和摩擦表面部件(12，14)之间的相对轴向位置改变，以抵抗由弹簧部件(15，16)产生的力而至少部件地分开所述制动接合；
其特征在于：
-第二盘(10)相对于第二凸轮部件(6)可轴向运动地设置；
-第三组摩擦表面部件(19)设置在第二凸轮部件(6)和第一盘(9)之间，以将扭矩从主动轴(4；4a’)传递到从动轴(7；7’)。
2.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，第三组摩擦表面部件(19)设置在第二凸轮部件(6)上。
3.根据权利要求1或2所述的制动器，其特征在于，第二盘(10)和第三组摩擦表面部件(19)利用一分立的联接轮(8)设置在第二凸轮部件(6)上。
4.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，第三组摩擦表面部件(19)安装在第一盘(9)上。
5.根据上述权利要求中任一项所述的制动器，其特征在于，制动器的本体(13)包括两个可彼此相对轴向调整的部件(25，26)，从而可以利用第二本体部件(26)调整和限制第二组摩擦表面部件(14)的作用位置或作用点。
6.根据权利要求5所述的制动器，其特征在于，螺纹(27)设置在本体部件(25，26)之间。
7.根据上述权利要求中任一项所述的制动器，其特征在于，弹簧部件(15，16)包括将第一盘(9)压向第二凸轮部件(6)的第一弹簧组(15)和将第一凸轮部件(5)压向第二凸轮部件(6)的第二弹簧组(16)，并且第一弹簧组(15)的弹簧力比第二弹簧组(16)的弹簧力大得多。
8.根据上述权利要求中任一项所述的制动器，其特征在于，两凸轮部件(5，6)的横截面呈圆形，并包括沿圆周方向的肾形槽(20)，在该槽的中部设有深部(22)，而在该槽的端部设有浅部(23)，凸轮部件(5，6)通过相对的槽(20)和放置在各相对槽(20)对之间的球(24)彼此连接。
9.根据上述权利要求中任一项所述的制动器，其特征在于，制动器设置在一电动机驱动的吊链起重机(2’)中，从而电动机(3’)的转子(4’)的轴(4a’)和与其结合的延伸部件(4b’)形成所述主动轴，并且第二凸轮部件(6)、制动盘/离合器盘部件(9，10，8)、起重设备的从动轴(7’)和起重设备(2’)自身以这样的方式设置在电动机(3’)和位于主动轴(4b’)上的第一凸轮部件(5)之间，即：使其上固定有部件(8，10，19)的第二凸轮部件(6)可以在其中转动和轴向运动，并且起重设备的从动轴(7’)可以在其中转动。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的制动器，其特征在于，制动器优选地设置在一人工操作的吊链起重机(2)中，这时，制动器安置在手动起重机(3)或类似物和起重设备(2)之间。
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