CN212744798U - 一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆制动控制系统或其部件技术领域，特别涉及一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，包括壳体、与所述壳体连接的电机、缸体、传动机构以及滑动设置于所述壳体内部的活塞组件，传动机构包括：第一螺杆副，其设置于壳体内部，第一螺杆副包括与电机联接的第一螺杆以及与第一螺杆啮合并仅可沿轴向平动设置的第一螺母；包括第二螺杆副，其包括套接于第一螺母外周的第二螺杆，以及与第二螺杆啮合并仅可沿轴向平动设置的第二螺母；还包括行星齿轮机构，其设置用于第一螺杆以及第二螺杆的传动。本实用新型的有益效果在于：可实现驻车制动，结构简单、成本低、布置方便；采用行星齿轮结构，增大了传动比，增大螺母行程，产生更大制动压力。

Description

一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置

技术领域

本实用新型涉及车辆制动控制系统或其部件技术领域，特别涉及一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸。

背景技术

汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。传统汽车的液压制动系统都由驾驶人通过踩下制动踏板施加制动压力于各车轮制动器的轮缸，从而实现制动并使车辆减速。高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统要求制动系统能够对车辆实施自主制动，即在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮施加制动。

目前可实施自主制动的制动系统大多采用电动助力，并保留了制动踏板等制动操纵装置。而对于无人物流配送车的发展，由于不再需要制动操纵装置，此方式不适用。且除行车制动外，无人物流配送车等自动驾驶车辆也需要驻车制动。现有的各类机动车辆大多配置了行车制动系统与驻车制动系统两套系统，即现有的电动缸装置只能现实行车制动，而无驻车制动功能，车辆要实现驻车功能需在已有制动电动缸的基础上增加其他驻车机构，使得其结构和相应的控制都比较复杂、成本较高。而对于行车制动和驻车制动，还要求一定的实际应用的可靠性。

因此，如何设计出具有结构简单、使用可靠、成本较低且同时满足行车与驻车制动需要的制动装置是机动车辆自动驾驶系统亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、使用可靠且能够同时满足行车与驻车制动需要的电动缸装置。

为达到上述目的，本实用新型提供一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，包括壳体、与所述壳体连接的电机、缸体、传动机构及滑动设置于所述缸体内部的活塞组件，所述传动机构包括：

第一螺杆副，其设置于所述壳体内部；所述第一螺杆副包括与所述电机联接的第一螺杆以及与所述第一螺杆啮合并仅可沿轴向平动设置的第一螺母；

第二螺杆副，其包括套接于所述第一螺母外周的第二螺杆，以及与所述第二螺杆啮合并仅可沿轴向平动设置的第二螺母；所述第一螺母与所述第二螺母上插接有转动限制元件；且所述第一螺杆副的导程比第二螺杆副的导程小，所述第一螺母沿轴向平动的速度大于所述第二螺母沿轴向平动的速度；

行星齿轮机构，其包括与所述第一螺杆连接的太阳轮以及与所述第二螺杆连接的行星架。

进一步地，所述转动限制元件为转动限制元件；所述第二螺母上开设有通孔，所述第一螺母上开设有槽，所述转动限制元件沿所述壳体的径向依次穿过所述壳体与所述通孔，直至与所述第一螺母上的槽滑动配合。所述转动限制元件限制所述第一螺母与所述第二螺母的转动，将转动转化为平动。

进一步地，所述太阳轮套接于所述第一螺杆外周，所述行星齿轮机构还包括与所述太阳轮啮合的行星轮，所述行星架套接于所述行星轮中心轴上；所述行星齿轮机构还包括套接于所述行星轮外周并与其啮合的内齿圈；所述行星架通过轴承套接于所述第一螺杆外周。所述行星轮的数量至少为1个。所述轴承包括设置于其外周的套筒以及分别设置于其两端面的左轴用挡圈及右轴用挡圈。

进一步地，所述行星轮的轴心位置处穿接有圆柱销，所述圆柱销依次穿接于所述行星轮、所述行星架以及所述第二螺杆。通过所述圆柱销带动所述第二螺杆转动。

进一步地，所述活塞组件包括滑动设置于所述缸体内的活塞，所述活塞远离所述电机的端面及所述缸体的内侧壁之间设置有弹性复位件。进一步地，所述活塞远离所述电机的端面中心位置设置有凸起，所述弹性复位件的一端套接于该凸起上。所述活塞组件与所述第一螺杆副及所述第二螺杆副抵靠配合。

进一步地，所述缸体的上方内壁上沿径向开设有补偿孔及供液孔，所述缸体的下方内壁上沿径向开设有排液孔；所述活塞外周设置有皮碗，所述皮碗与所述供液孔配合；所述补偿孔及所述供液孔连通有油壶。所述壳体与所述缸体衔接处设置有密封圈。所述皮碗设置于所述活塞靠近弹性复位件的一端，且所述活塞外周远离该皮碗方向的一端设置有密封皮碗。

进一步地，所述活塞远离所述电机的端面与所述缸体形成第一腔体，所述活塞的外周与所述缸体形成第二腔体。通过所述活塞上设置的皮碗，使得所述壳体与所述缸体相对密封。所述弹性复位件设置于该第一腔体内。

初始位置时，所述第一螺母与所述活塞之间存在小于所述槽的长度的预设间隙，所述第二螺母抵顶于所述活塞端面，所述圆柱销压靠于所述槽与所述通孔的左端内侧壁；所述皮碗轴向位于所述补偿孔和所述供液孔之间，所述第一腔体与所述补偿孔及所述排液孔相连通。

自锁位置时，所述第一螺母抵顶于所述活塞的端面，所述第二螺母与所述活塞未接触；此时所述第一腔体仅与所述排液孔连通。

所述第一螺杆为单头螺杆，有自锁功能；所述第二螺杆为多头螺杆，无自锁功能。

进一步地，所述电机与所述内齿圈及所述壳体依次通过螺栓连接。

由此，电机输出转矩通过联轴器带动第一螺杆从而带动第一螺母，并带动行星齿轮机构转动从而带动第二螺杆与第二螺母，通过转动限制元件将两个螺母的转动转化为平动；行车制动状态时第二螺母推动活塞输出制动压力实现制动，自锁状态时，第一螺杆副的导程比第二螺杆副小，但通过行星齿轮机构的减速作用使得第一螺杆的转速比第二螺杆高，使得第一螺母的平动速度快于第二螺母，因此第一螺母推动活塞实现制动，且电机断电时因第一螺杆副的自锁作用。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型可实现驻车制动，适用于无人物流配送车或普通驾驶车辆的驻车制动要求，其结构简单、成本低、布置方便；

2.本实用新型由电机经传动装置直接驱动电动缸活塞，建压时间短、制动响应快；

3.本实用新型传动装置采用行星齿轮结构，增大了传动比，进而增大了螺母行程，产生的制动压力也更大；

4.本实用新型电动缸装置采用单头螺杆副推动活塞进行制动，当电机停电时，螺杆副自锁，可实现驻车功能。

附图说明

图1为本实用新型一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置的原理图；

图2为本实用新型中的双腔电动缸的缸体部分的结构示意图。

图中：101-电机，102-联轴器，103-太阳轮，104-行星轮，105-内齿圈，106-圆柱销，107-行星架，108-第二螺杆，109-第二螺母，110-转动限制元件，112-右轴用挡圈，113-套筒，114-轴承，115-左轴用挡圈，116-第一螺杆，117-第一螺母，118-壳体，119-密封圈，120-活塞，121-皮碗，122-弹性复位件，123-缸体，124-油壶，A-第二腔体，B-供液孔，C-补偿孔，D-第一腔体，E-排液孔；

212-第一活塞，213-第一皮碗，214-连接件，215-储液罐，216-第一弹性件，217-电动缸缸体，218-第二皮碗，219-第二活塞，220-第二弹性件，221-限位销，222-限位孔，214a-横杆，214b-隔板，A1-第五腔体，B1-第一供液孔，B2-第二供液孔，C1-第一补偿孔，C2-第二补偿孔，D1-第三腔体，D2-第四腔体，E1-第一排液孔，E2-第二排液孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，包括壳体118及与其连接的电机101、与壳体118固定连接的缸体123，还包括：设置于壳体118内部并与电机101联接的第一螺杆116、与第一螺杆116转动配合的第一螺母117、与第一螺杆116转动配合的行星齿轮机构、与行星齿轮机构连接的第二螺杆108及第二螺母109，以及设置于壳体118内部的活塞组件；第一螺杆116与第一螺母117套接于传动组件的内部。电机101通过螺栓与壳体118固接。第一螺杆116通过联轴器102与电机101的输出轴联接；第一螺杆116轴向套接于第一螺母117的内部。

行星齿轮机构包括固接于第一螺杆116外周的太阳轮103、与太阳轮103啮合的行星轮104、套接于行星轮104中心轴上的行星架107以及套接于行星轮104外周并与其啮合的内齿圈105。于本实施例中行星轮104的数量为3个，于其他实施例中行星轮104的数量可超过3个。行星轮104中心轴位置处穿接有圆柱销106，行星架107套接于圆柱销106穿出行星轮104部分的外周上；于本实施例中，行星架107通过一对轴承114套接于第一螺杆116外周，于其他实施例中轴承114的数量可为一个或其它适合的数量。轴承114包括设置于其外周的套筒113以及分别设置于其两端面的左轴用挡圈115及右轴用挡圈112。

第二螺杆108与圆柱销106穿出行星轮104的部分连接，第二螺母109套接于第二螺杆108外周并与其啮合；第二螺母109沿径向插接有转动限制元件110，转动限制元件110穿过壳体118及第二螺母109表面开设的通孔，且与第一螺母117表面开设的槽滑动配合。通过圆柱销106带动第二螺杆108；转动限制元件110限制第一螺母117与第二螺母109的转动，将转动转化为平动。于本实施例中转动限制元件为导向销。

活塞组件包括滑动设置于缸体123内的活塞120，以及设置于活塞120外周靠近弹性复位件122的一端的皮碗121，以及活塞120外周远离该皮碗121方向的一端设置的密封皮碗，活塞120远离电机101的端面及缸体123的内侧壁之间设置有弹性复位件122。进一步地，活塞120远离电机101的端面中心位置设置有凸起，弹性复位件122的一端套接于该凸起上。于本实施例中弹性复位件122为弹簧，于其他实施例中弹性复位件可以是弹片等弹性件或其它具有复位功能的元件。进一步地，第二螺母109的伸出端与活塞120靠近电机101的端面抵接。即可通过此处抵接实现第二螺母109与活塞120之间的往复工作状态。

缸体123的上方内壁上沿径向开设有补偿孔C及与皮碗121配合的供液孔B，缸体123的下方内壁上沿径向开设有排液孔E。壳体118与缸体123衔接处设置有密封圈119，紧固后密封圈119被压紧在接合面处起密封作用。补偿孔C及供液孔B连接有油壶124。

活塞120左端面与缸体123形成通过排液孔E连通相应车轮制动器的第一腔体D，活塞120的外周与缸体123形成第二腔体A。通过活塞120上设置的皮碗121，使得壳体118与缸体123相对密封。弹性复位件122设置于该第一腔体D内。

本实用新型的工作状态分为行车制动工况与自锁制动工况，其工作原理分别为：

行车制动工况：

如图1所示，汽车内部的控制器接收制动信号驱动电机101旋转，通过联轴器102、太阳轮103、行星轮104带动行星架107转动，进而通过圆柱销106带动第二螺杆108转动，转动限制元件110限制第二螺母109转动，并将第二螺杆109的转动转换成第二螺母109的平动，从而推动活塞120向左移动，至皮碗121把补偿孔C密封，此时第二螺母109继续向左推动活塞120，挤压第一腔体D的制动液，从排液孔E输出制动压力。

制动需要解除时，驱动电机101断电，制动压力及弹性复位件122的回位力推动活塞120、大螺母109一起向右平动，第二螺杆副是多头螺杆副无法自锁，直至第二螺母109回归至初始位置。

自锁工况：

控制器接收自锁信号驱动电机101旋转，通过联轴器102带动第一螺杆116快速转动，转动限制元件110限制第一螺母117转动，将第一螺杆116的转动转换成第一螺母117的平动。第一螺杆副比第二螺杆副的导程小，但第一螺杆116的转速高，综合则第一螺母117平移速度比第二螺母109快；至第二螺母109推动活塞120产生最大压力时，第一螺母117克服初始间隙△X与第二螺母109左端面平齐。电机101继续转动，第一螺母117会推动活塞120向左移动一段小距离，第二螺母109左端面与活塞120脱离接触，此时电机101断电，制动压力通过活塞120作用在第一螺母117上，且第一螺杆为单头螺杆，由于单头螺杆的自锁作用，会维持活塞120位置不变，保持电动缸输出压力，实现驻车。

实施例二

实施例一中的电动缸还可以设置为本实施例中的双腔电动缸；双腔电动缸的缸体217部分如图2所示，其它部分与实施例一一致。

如图2所示，本实施例中的电动缸为双腔电动缸。电动缸缸体217内滑动设置有活塞组件，该活塞组件包括沿其滑动方向设置的第一活塞212与第二活塞219以及用于连接第一活塞212与第二活塞219的连接件214，第一活塞212、电动缸缸体217的内壁及连接件214之间形成第三腔体D1，第二活塞219与电动缸缸体217的内壁形成第四腔体D2。

具体的，电动缸缸体217内设置有第一弹性件216和第二弹性件220，第一弹性件216设置在连接件214与第一活塞212之间，第二弹性件220设置在电动缸缸体217与第二活塞219之间，第一活塞212与连接件214滑动连接；第一活塞212与电动缸缸体217的内壁形成第三腔体A1，连接件214包括用于隔离第三腔体D1与第四腔体D2的隔板214b以及沿隔板214b的两侧向外延伸且连接至第一活塞212与第二活塞219的横杆214a。

隔板214b的规格应当与电动缸缸体217的规格适配，即不能有油液通过，在本实施例中，在隔板214b上也增设有皮碗。横杆214a贯穿隔板214b且其一端与第二活塞219螺纹连接接，另一端与第一活塞212滑动连接。

采用上述结构后的工作原理为：在电机101的作用下，第一活塞212会受到一个向左的力，由于第一弹性件216与第二弹性件220的存在，使得对第一弹性件216与第二弹性件220的压力始终处于平衡状态。即当第一弹性件216与第二弹性件220在力的作用下可以使得活塞组件同时向左运动时，第一弹性件216会再次压缩，反作用力也会增大，此时，第二弹性件220也会随着压缩。

在本实施例中，第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数。由于第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数，那么在初始阶段，第一活塞212与第二活塞119均会在力的作用下一起向左运动，并且压缩第二弹性件220，而第一弹性件216不会因力作用而进一步压缩；在第二弹性件220的压缩过程中，其弹力会渐渐变大，直至大于第一弹性件216形变所需的力，此时第一弹性件216便会进行压缩，继续持续上述工作，使得第一弹性件216与第二弹性件220一直处于平衡状态，实现对第三腔体D1腔与第四腔体D2的压力建立。

在本实施例中，第一活塞212上设置有限位销221，横杆214a上开设有与限位销221配合的限位孔222，限位销221与限位孔222均是沿水平方向设置，即沿活塞组件的滑动方向设置。第一活塞212通过限位销221和限位孔222与横杆214a滑动连接。当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，限位销221会在第一活塞213的带动下沿限位孔222向左运动，而第二活塞219不动；当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，整个活塞组件同时向左运动。第一活塞212上设置有第一皮碗213，第二活塞219上设置有第二皮碗118。

电动缸缸体217上开设有：连通储液罐215与第三腔体D1的第一补偿孔C1，连通储液罐215与第三腔体A1的第一供液孔B1，连通第三腔体D1的第一排液孔E1，连通储液罐215与第四腔体D2的第二补偿孔C2，连通储液罐215的第二供液孔B2，连通第四腔体D2的第二排液孔E2。

第一弹性件216处于预压状态时，第一皮碗213位于第一补偿孔C1和第一供液孔B1之间，第二弹性件220处于预压状态下时，第二皮碗218位于第二补偿孔C2和第二供液孔B2之间。

皮碗通过随着活塞的移动，可以实现对相应的补偿孔的开启和关闭。这里的预压状态是指，在弹性件不受到外力的作用时，根据其所在位置处于的一种初始状态。

如图2所示，本实施例的工作原理是，在电机101的作用下，第一活塞212会受到一个向左的力，由于第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数，那么在初始阶段，第一活塞213与第二活塞219均会在力的作用下一起向左运动，并且压缩第二弹性件220，而第一弹性件216不会受到力的作用；在第二弹性件220的压缩过程中，其弹力会渐渐变大，直至大于第一弹性件216形变所需的力，此时第一弹性件216便会进行压缩，继续持续上述工作，使得第一弹性件216与第二弹性件220一直处于平衡状态。当皮碗将补偿孔挡住后，第三腔体D1与第四腔体D2内建立高压，通过第一排液孔E1与第二排液孔E2将油液排出对汽车进行制动。

于本实施例中，第一活塞212与实施例一中的第二螺母109及第一螺母117相抵靠配合，即第一活塞212可在第二螺母及第一螺母的推动下轴向移动。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，包括壳体(118)、与所述壳体(118)连接的电机(101)、缸体(123)、传动机构以及滑动设置于所述壳体(118)内部的活塞组件，其特征在于，所述传动机构包括：

第一螺杆副，其设置于所述壳体(118)内部；所述第一螺杆副包括与所述电机(101)联接的第一螺杆(116)以及与所述第一螺杆(116)啮合并仅可沿轴向平动设置的第一螺母(117)；

第二螺杆副，其包括套接于所述第一螺母(117)外周的第二螺杆(108)，以及与所述第二螺杆(108)啮合并仅可沿轴向平动设置的第二螺母(109)；

行星齿轮机构，其设置用于所述第一螺杆(116)以及所述第二螺杆(108)的传动；

所述传动机构具有初始位置和自锁位置，在初始位置时，所述第二螺母(109)与所述活塞组件相抵顶，所述第一螺母(117)与所述活塞组件相分离；在自锁位置时，所述第一螺母(117)与所述活塞组件相抵顶，所述第二螺母(109)与所述活塞组件相分离。

2.根据权利要求1所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，所述第一螺母(117)沿轴向平动的速度大于所述第二螺母(109)沿轴向平动的速度。

3.根据权利要求1所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，所述活塞组件包括滑动设置于所述缸体(123)内的活塞(120)，所述活塞(120)滑动设置于所述缸体(123)内，所述缸体(123)的内侧壁与所述活塞(120)之间设置有弹性复位件(122)；所述缸体(123)开设有补偿孔(C)、供液孔(B)及排液孔(E)；所述活塞(120)外周设置有皮碗(121)，在所述弹性复位件(122)处于预压状态时，所述皮碗位于所述补偿孔(C)和供液孔(B)之间；所述缸体(123)上还设有与所述补偿孔(C)及所述供液孔(B)连通的油壶(124)。

4.根据权利要求3所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，所述活塞(120)远离所述电机(101)的端面与所述缸体(123)形成第一腔体(D)，所述排液孔(E)与所述第一腔体(D)连通；所述活塞(120)的外周与所述缸体(123)形成第二腔体(A)，所述供液孔(B)与所述第二腔体(A)连通。

5.根据权利要求1所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，所述行星齿轮机构包括太阳轮(103)、行星轮(104)、内齿圈(105)和行星架(107)，所述内齿圈(105)固接在所述壳体(118)上；所述太阳轮(103)固定套接于所述第一螺杆(116)外周，所述行星架(107)与所述第二螺杆(108)固接并同步转动设置。

6.根据权利要求5所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，所述行星架(107)通过轴承(114)套接于所述第一螺杆(116)外周。

7.根据权利要求5所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，所述行星轮(104)的轴心位置处穿接有圆柱销(106)，所述行星轮(104)、所述行星架(107)以及所述第二螺杆(108)通过所述圆柱销(106)固定连接在一起。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，所述螺杆自锁式电动缸装置还包括转动限制元件(110)，所述第二螺母(109)上沿轴向开设有通孔，所述第一螺母上(117)上沿轴向开设有槽，所述转动限制元件(110)固定在所述壳体(118)上并沿径向活动穿过所述通孔后与所述第一螺母(117)上的槽滑动配合。

9.根据权利要求8所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，在初始位置时，所述第一螺母(117)与所述活塞组件之间具有预设间隙，所述预设间隙小于所述槽的长度。

10.根据权利要求8所述的一种采用行星齿轮机构的螺杆自锁式电动缸装置，其特征在于，在初始位置时，所述转动限制元件(110)压靠于所述槽与所述通孔靠近所述活塞组件的端部内侧壁。

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