CN209800678U - 齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构，属于齿形结构电磁制动器技术领域。本实用新型包括花键套和转子，花键套用于与电机轴连接；花键套外周设置有外齿，转子上设置有内齿，外齿与内齿形成啮合配合，外齿与内齿的啮合配合面之间具有间隙，外齿与内齿之间的间隙设置有齿圈套，齿圈套为工程塑料制作的环形结构件，齿圈套内壁与花键套上的外齿咬合，齿圈套外壁与转子上的内齿咬合。本实用新型在外齿与内齿之间的间隙设置有齿圈套，相当于在外齿和内齿的相互碰撞之间添加了减震材料，避免齿形之间的硬摩擦及冲击情况，降低了产品正常运转中的噪声，并减少了齿轮磨损，结构简单可靠，成本低。

Description

齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构

技术领域

本实用新型涉及一种齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构，属于齿形结构电磁制动器技术领域。

背景技术

目前，大部分机械装置均有静止状态保持(锁死)的要求。例如升降机、叉车、伺服电机等机器设备在停止运动时，就需要防止机器突然运转、溜坡等现象，从而保证机器设备稳定、位置精度可控及操作人员的人身安全，这时制动器起到了关键性作用。其中齿形结构的电磁制动器主要的工作原理是，当设备停止工作时，与电机轴内、外齿形连接的转子被制动器里的其他部件压紧，并通过压紧带来的静摩擦力保证与转子咬合的电机轴无法旋转，从而控制机器设备停止工作。当设备需正常工作时，压紧转子的其他部件与转子脱离，转子跟随电机轴一同运转，从而实现机器的正常运转。

现有技术中的齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构为，包括花键套和转子，花键套用于与电机轴连接；花键套外周设置有外齿，转子上设置有内齿，外齿与内齿形成啮合配合，外齿与内齿的啮合配合面之间具有间隙。由于齿形结构电磁制动器是通过内齿和外齿相互啮合来传递扭矩，因此可以传递大扭矩，在大扭矩制动器上大规模采用。随着伺服电机对动作的响应速度要求越来越高，电机轴各种加减速动作频繁、电机运转过程中的转速波动大等原因，也要求电磁制动器的响应能力提高。但是因为内齿和外齿是刚性连接，相互之间无啮合运动，同时齿与齿之间有间隙，特别是在运转过程中，随着伺服电机轴的快速加减速运动、轴旋转方向的改变，齿轮与齿轮之间的接触状态发生较大变化，齿间接触多为凸峰式的点/线接触，造成齿轮与齿轮之间的冲击碰撞及磨损破坏，从而加大了产品正常运转中的噪声及不规律冲击异响。

为克服上述缺陷，现有技术中有以下几种常见实施方式：

(1)提高齿轮制造精度的硬连接方式：不断缩小齿轮与齿轮配合的间隙，并不断提高齿轮的制造精度，有的已经提到国标的5、6级别，但生产效果并不理想。由于大大加大了制造的难度，提高了精度，显著增加了成本，同时降低了齿轮之间的间隙，造成容错率很低，微小的振动，都容易导致外齿和内齿互相卡死。其优点为：结构简单、紧凑；缺点为：提高了制造难度，互换性差，减噪效果不理想，装配或运行中易出现外齿和内齿卡死现象。

(2)采用齿形表面镀层/涂覆工艺等方式：从设计需求、原材料成本、可制造性及加工成本等因素综合考量，电磁制动器中齿轮传动结构的转子部件基体及花键套，多采用SUS304或45#等钢材作为齿轮的原材料。由于上述钢材的硬度相差不大，在齿轮传动中，对啮合的两齿轮面，极易产生冲击噪声。因此，常见的花键套可采用齿面镀铜工艺进行齿面性能优化，改善耐磨性，并减小摩擦系数，降低磨损，不易咬死。同时，由于铜合金材料质软，塑性适中，耐冲击性能好。可减小制动器在正常运转过程的传动噪音。但缺点是制程工艺复杂，对非镀铜面还需做涂层防护，对镀铜面也得二次加工，增加了加工成本及制造难度。另外，镀铜工艺在我国属禁/限用工艺，对环境不友好，现在逐渐要被替换并淘汰。另外，国外已研制出一种减磨性好的特殊尼龙覆盖层，使用这种减磨覆盖层可使振动受到阻尼，使工作面上载荷更加均匀，因而降低花键齿间联接的工作应力，改善了磨损情况，降低噪音。但是，由于工艺复杂，国外技术垄断等缘故，也并未推广使用。

该方式优点为：结构紧凑，传动噪音小；缺点为：成本偏高，技术要求复杂，制程繁琐，加工难度较大，环境污染大，价格昂贵。

(3)设计铝合金等类软材齿轮方式：采用较软的铝合金材料在一定程度上可降低噪音，但铝合金本身的强度不足，而齿形制动器一般需传递大扭矩，因此需要增加外齿和内齿之间的配合长度。同时，在确保工作强度的条件下，花键长度应该尽可能的取最小值，花键长度过长会由于齿向误差增大而使载荷沿着齿长分布的不均匀程度增大，实际上不采用比值l/d>1.2的花键联接，造成设计时可采用的工况相对较少，无法大规模使用。其缺点为：虽然采用了较为软的铝合金材料，金属间的打击噪音降低了一些，但在相同的扭矩规格下，必须加长外齿和内齿的啮合长度以及本身内花键这个零件的长度。这在一定程度上使得的制动器结构尺寸变厚。比同规格的齿形制动器，采用铝合金凸台结构，转子厚度需达到10mm。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构，采用一种简单可靠、成本低的方式来降低噪音，并减少齿轮磨损。

为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是：齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构，包括花键套和转子，花键套用于与电机轴连接；花键套外周设置有外齿，转子上设置有内齿，外齿与内齿形成啮合配合，外齿与内齿的啮合配合面之间具有间隙，外齿与内齿之间的间隙设置有齿圈套，齿圈套为工程塑料制作的环形结构件，齿圈套内壁与花键套上的外齿咬合，齿圈套外壁与转子上的内齿咬合。

进一步的是：齿圈套的材质为尼龙pa66或以尼龙pa66为基体的改性材料。

进一步的是：齿圈套为注塑成型的整体结构。

本实用新型的有益效果是：外齿与内齿之间的间隙设置有齿圈套，相当于在外齿和内齿的相互碰撞之间添加了减震材料，类似增加了一个缓冲区带，避免齿形之间的硬摩擦及冲击情况，降低了产品正常运转中的噪声，解决了齿间的冲击异响，还显著的减薄了转子的厚度，从而使得制动器的整体厚度减薄。

本实用新型通过设计具有较好塑性及弹性的齿圈套，从而改变齿间传动的硬接触状态，在齿轮之间增加了一个有效的过渡区，使得齿轮在传动扭矩时变得更加平滑、顺畅，具有以下优点：

1、相对于齿间直接硬接触的方法，本实用新型由于在齿间增加了一层柔性缓冲带，大大降低了齿间噪音。

2、防止齿轮之间硬接触状态，有效降低齿形上应力集中或局部过载现象。同时，使其传动平稳，寿命更长。

3、相比齿型面镀层/涂覆工艺，结构简单，制造成本低。

4、相比镀层/涂覆工艺，转子及花键套的制造工艺简单，有效缩短对加工制造周期，减少对环境污染。

5、相对铝合金材料的花键套，装置的结构更轻，有效缩小产品空间结构。

6、更换安装方便，互换性强，产品维护容易；相比于之前的齿轮之间硬接触传动情况，本实用新型只需更换齿形套即可有效降低噪音。

7、实用面广，可用在更高转速的工况条件下。

综上所述，本实用新型可解决现有采用内外齿型硬连接、齿形表面镀层/涂覆工艺以及铝合金类材料等技术方案的噪音大、磨损率高、制程复杂、制造成本高、空间大、寿命低等技术问题，有效降低了制动器产品正常运转中的噪声及不规律冲击异响，提高制动器工作状态的稳定性，为齿形结构的电磁制动器行业创造更好的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的装配结构示意图。

图2为本实用新型中外齿与内齿配合的局部放大示意图。

图3为齿圈套的结构示意图。

图4为图3的A-A视图。

图中零部件标记：1-花键套、2-转子、3-外齿、4-内齿、5-齿圈套。

具体实施方式

为便于理解和实施本实用新型，选本实用新型的实施例结合附图作进一步说明。

如图1至图4所示，本实用新型包括花键套1和转子2，花键套1用于与电机轴连接；花键套1外周设置有外齿3，转子2上设置有内齿4，外齿3与内齿4形成啮合配合，外齿3与内齿4的啮合配合面之间具有间隙，外齿3与内齿4之间的间隙设置有齿圈套5，齿圈套5为工程塑料制作的环形结构件，齿圈套5内壁与花键套1上的外齿3咬合，齿圈套5外壁与转子2上的内齿4咬合。具体实施时，在外齿3与内齿4之间留出一段均匀间隙，利用工程塑料制作的齿圈套5作为缓冲材料来填充齿间的间隙，相当于在外齿3和内齿4的相互碰撞之间添加了减震材料，类似增加了一个缓冲区带，避免齿形之间的硬摩擦及冲击情况，降低了产品正常运转中的噪声，解决了齿间的冲击异响，还显著的减薄了转子2的厚度，从而使得制动器的整体厚度减薄。

为满足较高的热稳定性、耐冲击性能、韧性、耐磨性、抗酸碱腐蚀能力，齿圈套5的材质优选为尼龙pa66或以尼龙pa66为基体的改性材料。经生产实际验证，该齿圈套5有如下性能特点：(1)能承载较强抗冲击性和高强度，冲击强度可达60KJ/m^2以上，满足电磁制动器花键副齿间传动扭矩要求。(2)具有优良的耐磨性、自润滑性，有效降低花键套及转子齿型面的磨损量，防止齿间咬合卡死现象，增加寿命及产品可靠性。(3)持续耐温可达150°，满足电磁制动器工作的环境稳定。(4)具有一定的塑性和韧性，可有效抵挡齿轮齿面的冲击载荷，增加缓冲面积，使得更受力均匀。

齿圈套5优选为注塑成型的整体结构。采用批量的注塑成型加工，成本低，产量大，效率高。

Claims (3)

1.齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构，包括花键套(1)和转子(2)，花键套(1)用于与电机轴连接；花键套(1)外周设置有外齿(3)，转子(2)上设置有内齿(4)，外齿(3)与内齿(4)形成啮合配合，外齿(3)与内齿(4)的啮合配合面之间具有间隙，其特征在于：外齿(3)与内齿(4)之间的间隙设置有齿圈套(5)，齿圈套(5)为工程塑料制作的环形结构件，齿圈套(5)内壁与花键套(1)上的外齿(3)咬合，齿圈套(5)外壁与转子(2)上的内齿(4)咬合。

2.如权利要求1所述的齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构，其特征在于：齿圈套(5)的材质为尼龙pa66或以尼龙pa66为基体的改性材料。

3.如权利要求1或2所述的齿形结构电磁制动器中的扭矩传动结构，其特征在于：齿圈套(5)为注塑成型的整体结构。