CN1523238A - 旋转流体压力装置和改进的集成制动器组件 - Google Patents

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Abstract

一种包括一个制动器部件的齿轮转子式马达和一种用于设置该制动器部件的载荷保持转矩的方法。端盖组件(21)限定一组与一个制动器部件活塞元件(75)相邻设置的内螺纹(85)。一个封闭元件(87)限定一个用于一组膜片式弹簧垫圈(105)的弹簧座(115)，并限定一组与所述内螺纹(85)接合的外螺纹(88)。在装配所述马达和制动器部件时，向一输出轴(43)施加一个对应于一个希望的载荷保持转矩的阻力载荷。向马达施加足以抵抗所述阻力载荷旋转输出轴的压力。旋转封闭元件(87)以使其沿轴向朝增加所述膜片式弹簧垫圈(105)的偏压预载荷的方向移动，直至所述输出轴(43)不再转动。

Description

旋转流体压力装置和改进的集成制动器组件
技术领域
本发明涉及旋转流体压力装置，更为具体地，涉及包括一种适于制动输入一个旋转流体移动机构(displacement mechanism)的或由该机构输出的运动的集成制动器组件的装置。本发明还涉及一种设置一个与一个液压马达相互作用的制动器组件的载荷保持(load holding，制动载荷)转矩能力/容量的改进的方法。
背景技术
尽管本发明可以应用在旋转流体压力装置中，其中旋转流体移动机构包括多个不同机构类型中的任一种，但如果本发明应用于一种其中所述移动机构包括一个齿轮转子式齿轮组(gerotor gear set)的装置中，则是特别有利的，并将结合该装置对本发明进行说明。在本说明和后附的权利要求中使用的术语“齿轮转子(gerotor)”理解为表示并包括一个其中环形元件包括一体地形成的内齿的通用齿轮转子装置和多个其中环形元件的内齿包括圆柱形的滚子元件的滚子式齿轮转子。
此外，本发明还特别适合应用于一种齿轮转子式装置中，该装置包括一个低速大转矩(“LSHT”)齿轮转子式液压马达，且将结合该装置对本发明进行说明。
在许多使用LSHT齿轮转子式马达的车辆应用场合，希望该马达具有某种驻车制动装置或驻车锁止装置，术语“锁止装置”优选地在一些实例中使用，这是因为车辆制造厂家意在只在车辆停之后才使驻车锁止装置接合作用。换句话说，这种驻车锁止装置不是用作在车辆运动时进行接合作用以使车辆停止的动力制动装置。但是，在后面的说明中通常使用术语“制动装置”来同时表示和包括制动装置和锁止装置，在某种程度上术语“制动装置”优先用来将本发明的装置与只能工作于完全接合或完全脱离接合状态的(制动)装置区分开。
目前，本发明的受让人已经开发出了一种包括一个集成的制动器部件的齿轮转子式马达并已经开始将其投放市场，在许多车辆应用场合中所述制动器部件在性能上非常令人满意、非常简单廉价且非常紧凑。在转让与本发明的受让人的美国专利No.6132194中对上述齿轮转子式马达和制动器部件进行了说明和描述，并作为参考文献在本说明书中使用。
通常，与液压马达一起使用的制动器部件，特别是那些作为集成制动器部件与LSHT齿轮转子式马达一起使用的制动器部件是广为本领域技术人员所知的“弹力/簧加载，压力解除”的类型。换句话说，通过某种弹性/簧装置将制动元件(例如摩擦盘等)向制动接合的方向偏压，并用液压力将其朝向一制动解除状态移动。广为本领域技术人员所知的是，用于解除制动的液压力可以是壳室内部压力或来自一系统加载泵或其它任何适当的压力源的外部“控制”压力，其详细情况不是本发明的本质性特征。
同样广为本领域技术人员所知的是，本发明涉及的制动器部件的一个主要性能标准是制动器组件的“载荷保持能力”。在一个常见的弹簧加载、压力解除型制动器组件中，载荷保持能力(或载荷保持转矩)直接取决于将制动器组件偏压至制动接合位置的弹簧。
因此，尽管上述结合在本发明中的专利的制动器组件以非常令人满意的方式工作，但随着商业上应用的广泛性不断提高，发现了该设计的一种缺点。随着所述马达和制动器组件在车辆上的应用范围变得更为广泛，本发明的受让人被要求提供具有较宽载荷保持转矩范围的马达和制动器组件。但是，为数个不同的用户或车辆应用场合提供具有不同载荷保持转矩的基本的马达和制动器组件要求马达生产厂家例如为每个希望的载荷保持转矩提供一种不同的端盖(具有一不同的制动室长度)。但是，广为本领域技术人员所知的是，对于同样的基本的马达部件，零件数量的增加会大大增加马达的整体制造成本。
可选地，对于每一希望的载荷保持转矩可以使用不同尺寸的弹簧垫片(即具有不同的轴向长度)，以提供作用在制动器部件可轴向移动元件上的不同的弹簧预载荷。但是，对于每一个可能的希望的载荷保持转矩确定并贮存一个不同的垫片也会大大增加马达装配的复杂程度和制造成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于，提供一种改进的旋转流体压力装置和克服现有技术的制动器组件的上述缺点的制动器组件。
本发明更为具体的目的在于，提供一种齿轮转子式马达和用于其中的可以与马达集成的、但可以提供任何一个希望的较宽载荷保持能力范围的制动器组件，而不需要从大量的不同尺寸的一种通用组件中进行选择。
本发明的另一个目的在于提供一种齿轮转子式马达和制动器组件，该组件可以实现上述目的，且当制造和装配该组件时，它使得这样的可能性增加了，即每个马达都可以提供用户对一具体马达所希望的载荷保持能力，而不需要在马达装配厂或用户的车辆装配厂进行任何进一步的改动或调整。
本发明的一个相关目的在于提供一种设置一个液压马达的制动器组件的载荷保持转矩能力的改进方法，其中该改进方法不要求使用专门用于每一可能的希望的载荷保持转矩的部件。
通过提供一种包括一个限定一个流体入口和一个流体出口的壳体的类型的旋转流体压力装置来实现本发明的上述和其它目的。一个旋转流体移动机构包括一个具有轨道运动或旋转运动的输出元件，该机构包括一个由输出元件沿轴向向后延伸的制动部，该制动部可操作地与所述输出元件相互作用，这样制动部的制动运动就使得输出元件制动。所述壳体限定一个总体上为圆柱形的制动室，且在该制动室中设置一个活塞元件，该活塞元件可以在一个在制动室内的流体压力作用下的第一收回位置和一个在设置为与活塞元件的后侧相接合的偏压弹簧作用下的第二接合位置之间移动。
改进的旋转流体压力装置的特征在于，壳体限定一组与活塞元件相邻设置的内螺纹。一个封闭元件具有一个包括一个用于偏压弹簧的弹簧座的前表面。该封闭元件限定了一组与所述一组内螺纹螺纹接合的外螺纹，由此封闭元件和弹簧座的轴向位置可以相应于封闭元件的旋转而调整，以改变制动部的载荷保持转矩。
根据本发明的另一个更具限制性的方面，改进的旋转流体压力装置的特征在于，偏压弹簧沿向后的方向在封闭元件上施加一个轴向力，该轴向力基本上只具有使封闭元件保持在由壳体限定的所述一组内螺纹内的作用。
根据本发明的另一个方面，提供了一种改进的设置可操作地与一个液压马达相互作用的制动器部件的载荷保持转矩的方法。所述马达是这样一种类型，它包括一个限定一个流体入口的壳体和一个包括一个输出元件和一个输出轴和从输出元件向输出轴传递转矩的装置的旋转流体移动机构。所述制动器部件为弹簧加载类型，并包括一个可操作地与输出元件相互作用的制动部，和一个可在一个第一收回位置和一个在一个偏压弹簧作用下的第二接合位置之间移动的活塞元件。与活塞元件相邻设置有一个元件，该元件具有一个包括一个用于所述偏压弹簧的弹簧座的前表面。
所述改进的方法的特征在于：
向所述输出轴施加一个对应于一个希望的载荷保持转矩的阻力载荷，当活塞元件处于第一收回位置时，该阻力载荷使得输出轴旋转；和
沿轴向朝增加所述偏压弹簧的偏压预载荷的方向移动所述元件，直至所述输出轴不再转动。
附图的简要说明
图1示出一个包括一个本发明涉及的通用类型的驻车制动装置的齿轮转子式马达的轴向剖视图，其中包含相对于本发明的“现有技术”；
图2示出一个根据本发明制造的制动器组件的放大的局部轴向剖视图。
具体实施形式
参考不是意在限制本发明的附图，图1为一个可以包括一个本发明涉及的种类的制动器组件的类型的低速大转矩(“LSHT”)齿轮转子式马达的轴向剖视图。更为具体地，图1示出一个包括上述结合在本发明中的美国专利No.6132194说明和描述的类型的一种制动器组件的齿轮转子式马达。
图1中的齿轮转子式马达包括一个阀壳体部11，一个阀口板件13和一个整体以15表示的流体能量转换移动机构，该机构在本实施例中为一个滚子型齿轮转子式齿轮组。马达包括一个通过多个螺栓19与阀壳体部11牢固密封地接合的前部端盖17，和一个通过多个螺栓23与阀壳体部11牢固密封地接合的后部端盖21。阀壳体部11包括在图1中仅以虚线示出的一个流体入口25和一个流体出口27。本领域的普通技术人员可以理解，入口25和出口27可以颠倒布置，因此马达的运转方向也可以颠倒。
还是参考图1，齿轮转子式齿轮组15包括一个螺栓23穿过(图1中只示出了一个螺栓23)的带有内齿的环形件(ring member)29，和一个带有外齿的星形件/轮31。如本领域广为人知的那样，环形件29的内齿包括多个圆柱滚子(或“齿”)33。如本领域广为人知的那样，环形件29的齿33和星形件31的外齿相互啮合而限定了多个膨胀容积室35和多个压缩容积室37。
阀壳体部11限定一个滑阀孔39，一个滑阀41可旋转地设置在该孔中。一个在图1中只局部地示出的输出轴43与滑阀41一体地形成。由阀口板件13限定了一个与各容积室35和37流体连通的开口45，在阀壳体部11中形成一个有(分别)与各开口45流体连通的轴向通道47。各轴向通道47(分别)通过一个开口49与滑阀孔39连通。壳体部11还限定了分别在滑阀孔39与入口25和出口27之间提供流体连通的流体通道25p和27p。
在中空的圆柱形滑阀41内部设置有一个主驱动轴51，通常称为“犬骨”轴。滑阀41限定了一组直的内花键53，星形件31限定了一组直的内花键55。驱动轴51包括一组与内花键53啮合的凸顶(crown)外花键57和一组与内花键55啮合的凸顶外花键59。因此，如本领域中广为人知的那样，可以借助犬骨轴51将星形件31的轨道(orbital)运动和旋转运动转换为输出轴43的单纯的旋转运动。
滑阀41限定一个通过通道25p与入口25保持连续流体连通的环形槽61。类似地，滑阀41具有一个通过通道27p与出口27保持连续流体连通的环形槽63。滑阀41还限定多个与环形槽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通常也被称为输送槽或正时槽(timing slot)。通常广为本领域的技术人员所知的是，在齿轮转子式齿轮组15偏心线一侧轴向槽65在环形槽61和开口49之间提供流体连通，而在偏心线另一侧轴向槽67在环形槽63与开口49之间提供流体连通。当滑阀41转动时，由此产生的轴向槽65和67与开口49之间的“交变阀(commutating valve)”动作，在本领域中是广为人知的，在本说明书中将不作进一步说明。
到此为止所说明的马达的部分为通常常用的并为本领域技术人员所知的。下面将主要参考图1，但同时也参考图2对本发明的驻车制动装置组件进行说明。后端盖组件21限定了一个较大的室71和一个较小的前部室73。在本实施例中，室71和73通常都为圆柱形的，尽管应该理解的是，对于室71来说这并不是本发明的一个本质特征。但是从实用性上考虑，室73必须是圆柱形的(为了用于本实施例，而不是为了在其更广泛的方面上用于本发明)。在室71的内部设置有一个包括一个围绕其外周边设置的并与室71的内表面密封接合的O形环密封件77的总体上为圆柱形的锁止活塞75。锁止活塞75包括一个前部的总体上为环形的接合表面79，接下来将对其功能进行详细说明。
端盖组件21限定了一个设置在活塞75后面的最靠后的环形室81，在本实施例中该室实际上包括两个不同的室部分：一个O形密封件83靠在其上的较大的圆柱形部分和一个正好在O形密封件83前面的内螺纹部85。由于组装和安装锁止活塞75的原因，内螺纹部85的直径要略大于制动室71的直径。在环形室81内设置有一个整体以标号87表示的封闭件，该封闭件限定了一个接纳O形密封件83的环形槽，下面将对该密封件进行详细说明。封闭件87限定了一组与内螺纹部85配合旋入的外螺纹88。因此如下面将进一步说明的那样，封闭件87的旋转使其相对于端盖组件21作轴向运动。
再次参考图1并结合图2，可以注意到，在齿轮转子式齿轮组15和后端盖组件21之间设置有一个耐磨片(wear plate)89。在一些应用场合，可以认为耐磨片89对于马达的正常工作不是必需的，并因此可以省去，这样端盖组件21就直接与齿轮转子式齿轮组15相邻。因此，此后以及在后附的权利要求中提及的与流体移动机构(即齿轮转子式齿轮组15)的摩擦接合，应理解为是指和包括与齿轮转子式齿轮组本身的一个元件如星形件31的直接摩擦接合，或只是借助于与相邻的耐磨片89的直接摩擦接合而与齿轮转子式齿轮组的间接摩擦接合。
在本实施例中，只是以示例的方式，在室73内设置了一个总体上为圆柱形的制动元件91，该元件包括一个圆柱形的外表面93(见图2)，该外表面以接近的分开距离与室73的圆柱形内表面或如本实施例中所示与一个滚针轴承组95(或一些其它形式的对于本发明不是本质性的轴承或轴颈结构)滑动接合。
还是参考图1和2，制动元件91限定了一个室97，且在室97内设置有一个旋转元件(spinner member)99(只在图1中示出)，如本领域技术人员所公知的并在上面结合在本发明的专利中所述，该元件可以响应主驱动轴51的轨道运动和旋转运动在室97内作轻微的运动。
下面主要参考图2，制动元件91限定了一个后部的总体上为环形的部分101并以该部分与一个整体以103表示的制动块组件花键啮合，该制动块组件的详细情况不是本发明的本质性特征。对于本领域的技术人员已知的是，制动块组件103包括至少一个固定的从而相对于端盖组件21不会发生旋转的元件，和至少一个固定的从而相对于制动元件91的环形部分101不会发生旋转的元件。因此通过锁止活塞75的环形接合表面79对制动块组件103施加的轴向载荷决定了制动器组件的整体载荷保持能力。轴向施加载荷是借助在一组膜片式弹簧垫圈105的作用下被向图2左侧朝向接合位置偏压的锁止活塞75实现的。在本实施例中，只是以示例的方式，膜片式弹簧垫圈105设置在由锁止活塞75限定的一个环形室107内。
在本实施例中，并只是以示例的方式，端盖组件21限定了一个横向的环状表面109，锁止活塞75的环形接合表面79在膜片式弹簧垫圈105的作用下将制动块组件103偏压贴靠在该表面109上。到此为止所说明的包括制动器部件的基本的“弹簧加载”的方面。端盖组件21限定了一个环形压力室111，如前面所述，压力流体可以例如借助一个可以与外部加载压力或控制压力源相连的流体口113被引入该室中。当希望解除制动器部件的接合以允许马达正常运行时，使压力流体流进入口113，然后进入室111，压力这时向图2中右侧朝向其收回(解除接合)的位置偏压锁止活塞75。在解除接合的位置，制动块组件103解除接合，以使制动元件91可以自由转动，而不对“制动部分”施加任何大的制动力(转矩)，在本实施例中，所述制动部分包括旋转元件99、主驱动轴51的后端部和制动元件91。
封闭元件87包括一个也用作膜片式弹簧垫圈105的一个弹簧座的前部表面115，因此后面当提及“弹簧座”时也使用参考标号“115”。对于制动器部件领域的普通技术人员可以理解的是，本发明的制动器部件的载荷保持能力(或转矩)取决于由膜片式弹簧垫圈105在锁止活塞75上施加的初始载荷，而该初始载荷本身又决定了由锁止弹簧75施加在制动块组件103上的接合力。从图2中可以更好地看到，在锁止活塞75的后表面和由封闭元件87限定的弹簧座115之间有一个轴向空隙。轴向空隙的存在允许封闭元件87的轴向运动(调整)以改变由膜片式弹簧垫圈105施加在锁止活塞75上的偏压预载荷。
根据本发明，由于封闭元件87具有借助于由端盖组件21限定的内螺纹部85和由封闭元件87限定的配合的外螺纹部88而与端盖组件21进行的螺纹结合，可以实现这种偏压预载荷的调整。因此，如图2所示，即如下面将要说明的那样，当将本发明的制动器部件组装成常见的组装条件且没有压力流体通入流体口113时，可以调整该制动器部件，即可以设定或调整该制动器部件的载荷保持转矩能力。
通常为了“设定”(建立)或调整制动器部件的载荷保持转矩容量或能力，在马达的输出轴43上施加一个等于希望的载荷保持转矩的转矩阻力或“载荷”。这可以用几种方式实现，其中之一是利用另一个液压马达(不是目前装配的那个)，并向其入口通入足够的压力流体以在目前装配的马达的输出轴43上产生一个等于希望的载荷保持转矩的“输出转矩”。可选地，向输出轴43施加一个单独的阻力载荷并以恰好足够以一个很低的速度(例如约每分钟一转)转动(或驱动)马达的输出轴43的流率向(目前装配的马达的)入口25通入压力流体。只是以示例性的方式假设，在初始装配时封闭元件87没有向内(在图2中向左)旋入足够的量以得到希望的载荷保持转矩，通入加载马达的压力流体会造成马达较容易地转动当前装配的马达的输出轴43，或在可选方案中，通入当前装配马达的压力流体会很容易地造成输出轴43的转动。
在所述各种向当前装配的马达施加一个载荷的方案中，接着组件操作者旋转封闭元件87，使其沿轴向进一步移动到端盖组件21内部。当在图2中封闭元件87(和弹簧座115)进一步向左移动时，作用在膜片式弹簧垫圈105上的偏压预载荷增加，由此施加在“制动部分”上的转矩增加且由此载荷保持转矩逐渐增加。装配操作者可以继续旋转封闭元件87直至其达到输出轴43不再旋转的一点，由此表明制动器部件现在可以“保持”希望的转矩载荷，即由压力加载马达或由当前装配的马达的加压驱动的单独载荷而施加在输出轴43上的转矩载荷。
根据本发明的一个重要方面，采用具有螺纹的封闭元件87以改变作用在膜片式弹簧垫圈105上的预载荷的一个重要的有利之处就在于，当封闭元件87达到其正确位置时，不需要采取进一步的操作(或结构或花费)来将封闭元件87保持在其“希望”的位置上(即达到希望的载荷保持转矩的位置)。一旦封闭元件87处于希望的位置，膜片式弹簧垫圈105施加在弹簧座115上的轴向力通常为约700到约1700磅·力(3113到7562牛顿)。此后，一直有至少前面所述的轴向力的量，该力的作用是使封闭元件87保持就位，并抵抗其任何可能的具有改变施加在制动块组件103上的偏压预载荷设置的效果的旋转运动。
尽管是结合一个在其中元件87被描述成一个“封闭”元件即该元件在一定程度上起到后端盖的作用的实施例对本发明进行说明的，本领域的技术人员可以理解本发明不是仅限于此的。本发明的全部本质性特征在于，存在一个可以方便地轴向调节的、起用于弹性偏压锁止活塞75且可以简单方便地制造的弹簧座115的作用的元件，优选的是一个具有可以插入一组相配的由端盖限定的内螺纹的外螺纹的元件。
在上述说明中对本发明进行了非常详细的说明，可以确信通过阅读并理解本说明，本发明的各种可选方案和改进方案对于本领域的技术人员是显而易见的。这里试图说明的是，所有这些可选方案和改进方案只要其落于后附的权利要求的范围之内，它们就都包括在本发明中。

Claims (7)

1.一种旋转流体装置，包括一个限定一个流体入口(25)和一个流体出口(27)的壳体(11)；一个包括一个具有轨道或旋转运动的输出元件(31)的旋转流体移动机构(15)，所述机构包括一个由所述输出元件(31)沿轴向向后延伸的制动部(99)；制动部(99)可操作地与所述输出元件(31)相互作用，从而所述制动部(99)的制动运动就使得所述输出元件(31)制动；所述壳体(11、21)限定一个总体上为圆柱形的制动室(71)，且在所述制动室(71)中设置一个活塞元件(75)，所述活塞元件(75)可以在一个在所述制动室(71)内的流体压力作用下的第一收缩位置和一个在设置为与所述活塞元件(75)的后侧(107)相接合的偏压弹簧(105)作用下的第二接合位置之间移动；其特征在于：
(a)所述壳体(11、21)限定一组与所述活塞元件(75)相邻设置的内螺纹(85)；
(b)一个具有一个包括用于所述偏压弹簧(105)的弹簧座(115)的前表面的封闭元件(87)；和
(c)所述封闭元件(87)限定了一组与所述一组内螺纹(85)螺纹接合的外螺纹(88)，由此所述封闭元件(87)和所述弹簧座(115)的轴向位置可以相应于所述封闭元件(87)的旋转而调整，以改变所述制动部(91)的载荷保持转矩。
2.一种根据权利要求1的旋转流体压力装置，其特征在于，所述旋转流体移动机构包括一个齿轮转子式齿轮组(15)，所述齿轮转子式齿轮组包括一个带有内齿的元件(29)和一个偏心地设置在所述带有内齿的元件(29)内以在其中作相对的轨道和旋转运动的带有外齿的元件(31)，所述带有外齿的元件(31)包括所述输出元件。
3.一种根据权利要求1的旋转流体压力装置，其特征在于，所述偏压弹簧包括一个至少部分地设置在由所述活塞元件(75)和所述封闭元件(87)中的一个所限定的一个环形弹簧室(107)中的膜片式弹簧垫圈(105)。
4.一种根据权利要求1的旋转流体压力装置，其特征在于，所述一组内螺纹(85)直接设置在所述活塞元件(75)的后面并限定一个略大于所述制动室(71)和所述活塞元件(75)的直径的直径。
5.一种根据权利要求1的旋转流体压力装置，其特征在于，所述偏压弹簧(105)沿朝后的方向在所述封闭元件(87)上施加一个轴向力，所述轴向力基本上只具有使所述封闭元件(87)保持在所述一组内螺纹(85)内的作用。
6.一种用于设置一个可操作地与一个液压马达相互作用的制动器部件的载荷保持转矩的方法，所述马达是这样一种类型，它包括一个限定一个流体入口(25)的壳体(11)和一个包括一个输出元件(31)和一个输出轴(43)和从所述输出元件向所述输出轴传递转矩的装置(51)的旋转流体移动机构(15)；所述制动器部件为弹簧加载类型，并包括一个可操作地与所述输出元件(31)相互作用的制动部(99)，和一个可在一个第一收回位置和一个在一个偏压弹簧(105)作用下的第二接合位置之间移动的活塞元件(75)，一个与所述活塞元件(75)相邻设置并具有一个包括一个用于所述偏压弹簧(105)的弹簧座(115)的前表面的元件(87)，所述方法的特征在于：
(a)向所述输出轴(43)施加一个对应于一个希望的载荷保持转矩的阻力载荷，当所述活塞元件(75)处于所述第一收回位置时，该阻力载荷使得所述输出轴旋转；和
(b)沿轴向朝增加所述偏压弹簧(105)的偏压预载荷的方向移动所述元件(87)，直至所述输出轴(43)不再转动。
7.一种根据权利要求6的用于设置一制动器部件(21)的载荷保持转矩的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括，向所述流体入口(25)通入足以驱动所述流体移动机构(15)并抵抗所述阻力载荷旋转所述输出轴(43)的压力流体。
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