CN218644702U - 一种缩减结构体积的电控机械干式制动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，属于制动系统技术领域，包括仅沿轴向方向可移动设置的丝杠组件，所述丝杠组件上沿轴向方向顺次形成为抵触部和螺纹部，且所述螺纹部的外表面上形成有外螺纹，所述螺纹部的外表面上螺接有可自转设置的坡道机构；且，所述坡道机构的坡面延伸方向与所述螺纹部的外螺纹的旋向相同；所述抵触部中背离所述螺纹部的一端直接或间接连接有部分制动机构。实现了能够兼顾较大的承载能力，且整体体积进一步减小的效果。

Description

一种缩减结构体积的电控机械干式制动器

技术领域

本发明涉及制动系统技术领域，尤其涉及一种缩减结构体积的电控机械干式制动器。

背景技术

随着现代技术的发展，制动系统也在向着电动化过渡，最终目标是实现以电能作为唯一能源的电控机械干式制动。现有技术中，电控机械干式制动一般包括直线驱动机构，其作用是将驱动电机的旋转运动转化为制动片的直线运动，驱动制动片夹紧制动盘，从而获得制动力。

直线驱动机构具有多种形式，其中一种为滑动丝杠副加坡道机构的组合形式。坡道机构的通常形式为滚动元件介于两个坡道座的斜坡表面之间，当滚动元件开始沿着斜坡表面移动时，使得坡道座的旋转运动转变成沿着轴向方向的平移运动，进而转化为活塞和制动片的平移运动。

这种组合形式可以设计为：空载时，由滑动丝杠副工作；负载时，转为坡道机构工作。利用这种工作方式的转变能够解决滑动丝杠传动效率不足，以及坡道机构行程不足的问题。

专利号US20190331180A1中提出的一种盘式制动系统，同样采用滑动丝杠副加坡道机构的组合形式，其中，坡道机构的滚动元件由滚珠构成，滚珠介于两个斜坡面之间，坡道机构位于靠近制动盘的位置，其缺点是：坡道机构在活塞的端部，活塞底部与制动片相连，制动时，坡道机构距离更近的承受制动片张力的反作用力，以及制动温升的影响，容易产生失效；其次，采用滚珠传递负载，由于是点接触，接触面积小，所以承载能力有限，不能满足制动力需求高的场合；同时，该方案仍保留传统的活塞设计，活塞本身占用了一定的体积，没有充分利用空间。

专利号US10843674B2中提出的一种盘式制动器，同样采用滑动丝杠副+坡道机构的组合形式，其中，滑动丝杠副位于靠近制动盘的位置，并采用滚柱作为坡道座之间传递负载的部件，系统可靠性和承载能力提升，但是，该方案的缺点是：坡道机构与滑动丝杠副在空间上串联布置，分别占用不同的空间，导致整体轴向尺寸大，最终导致制动器的体积过大，只能应用在轮辋空间充沛的车型上，如商用的卡车或客车，在乘用车或其他中小型车型上，空间布置困难，极易与驱动轴干涉。

发明内容

针对现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中采用滑动丝杠副+坡道机构组合形式的电控机械干式制动器存在着承载能力与体积之间难以调和的矛盾等问题，从而提供一种能够兼顾较大的承载能力，且整体体积进一步减小的缩减结构体积的电控机械干式制动器。

本发明提供了一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，包括仅沿轴向方向可移动设置的丝杠组件，所述丝杠组件上沿轴向方向顺次形成为抵触部和螺纹部，且所述螺纹部的外表面上形成有外螺纹，所述螺纹部螺接有可自转设置的坡道机构，坡道机构位于螺纹部的外表面所限定的径向空间中；

所述坡道机构的坡面延伸方向与所述螺纹部的外螺纹的旋向相同；

所述抵触部中背离所述螺纹部的一端直接或间接连接有部分制动机构。

作为本发明的一种优选的实施方式，所述坡道机构包括沿所述丝杠组件的轴向方向间隔排布的多个坡道座，且相邻的两个所述坡道座之间通过滚动体和保持架分隔；

每个所述保持架上各自嵌合设置有至少两个滚动面凸出于所述保持架的端面设置的滚动体，且所述滚动体的滚动面与所述坡道座相接触。

进一步改进在于：所述坡道座中朝向所述保持架的端面中的至少一个沿周向方向至少部分形成有螺旋状的坡面；

且所述滚动体为圆柱滚子或圆锥滚子。

进一步改进在于：所述螺纹部的螺纹推动制动片时的受力侧的牙侧角不小于10°。

进一步改进在于：所述牙侧角为30°~45°。

进一步改进在于：所述坡道机构通过驱动机构带动自转；

所述驱动机构至少包括通过减速机构连接的驱动电机和联轴器，以使得所述驱动机构通过所述联轴器带动所述坡道机构自转。

进一步改进在于：所述减速机构的传动方式为蜗轮蜗杆传动、齿轮传动或皮带传动。

进一步改进在于：还包括围合所述丝杠组件、所述坡道机构，以及至少部分所述制动机构的外壳，所述外壳的内壁与所述坡道机构中靠近所述抵触部的一端之间还设置有弹性件，用于向所述坡道机构施加背离所述抵触部的力。

进一步改进在于：至少部分所述坡道座和所述保持架的外周面与所述外壳的内壁之间接触设置有第一轴承；

至少部分位于两端的所述坡道座的端面上与所述外壳的内壁之间接触设置有第二轴承。

进一步改进在于：所述第一轴承为球轴承和/或圆柱滚子轴承；

所述第二轴承为平面推力滚针轴承。

作为本发明的一种优选的实施方式，所述抵触部与所述制动机构之间通过输出板间接连接，且所述输出板上形成有与所述抵触部同轴的中心凹槽，所述抵触部嵌插所述中心凹槽连接；

所述抵触部与所述输出板的接触面为平面或弧面。

本发明有益效果：1、体积小，总制动行程长：在现有技术中，汽车的驱动轴在转向极限时，非常容易与制动器轴向尺寸干涉，另外在车辆行驶的过程中由于上下跳动，径向尺寸也容易干涉。所以要求电控机械干式制动器径向尺寸尽量小。而本发明中，丝杠组件作为运动转化过程的输出部件，其在圆周方向上被限定，在正常工作过程中，只能进行直线运动。坡道机构与联轴器具有中心通孔，第二坡道座内孔设置螺纹，丝杠的螺纹与第二坡道座的内孔螺纹配合，同时丝杠的螺纹段位于第一坡道座和第二坡道座之间，甚至可以位于第一坡道座和联轴器的中心通孔中，相当于坡道机构与丝杠组件重叠布置，整体结构紧凑，能够降低制动器的体积；同时，丝杠组件的螺纹沿环向上的环绕长度可以设置的足够长，从而可以实现更长的制动行程，且在一定程度上并不会增加轴向长度。

通常情况下，在制动片或制动盘磨损后，需要调整制动片与制动盘之间的间隙。因此丝杠组件的直线运动的总行程，必须大于整个寿命周期内两个制动片和制动盘的最大磨损量。本发明中，丝杠组件的螺纹与坡道机构的坡面的延伸方向在旋向上相同，即工作过程中，在空载时，由丝杠组件工作，消除系统各零部件之间的间隙；在达到一定负载后，转变为坡道机构工作，产生轴向力。坡道机构的导程仅需满足单次制动的后半段行程，因此不需要设置的特别大导程，也不需要设计更为健壮的减速机构和驱动电机，从而节约了成本。

2、承载能力大，能够满足需求更大制动力的场合：本发明中，采用圆柱滚子或圆锥滚子作为坡道座之间承载受力的滚动体，滚子与坡道座的斜坡面之间为线接触，而采用滚珠的球坡结构为点接触，点接触和线接触都适用于赫兹公式，且线接触在承载时受力面积更大，因此根据赫兹公式，在同等条件下，圆柱滚子或圆锥滚子比滚珠的承载能力更高。

3、整体结构可靠性，稳定性增加：本发明中，将坡道机构布置在远离制动盘的一侧，将丝杠组件布置在靠近制动盘的一侧，能够减少制动温升对坡道机构的影响。同时，在坡道机构的两端及侧面均设置了轴承，其中，在坡道机构侧面设置的第一轴承，其内圈可集成在坡道座或保持架的外侧，外圈集成在外壳的内壁，即仅在坡道机构与外壳之间设置轴承保持架和轴承滚动体。通过选择合适直径的滚珠或圆柱滚子，使坡道机构与外壳的间隙适中，从而保证了坡道机构不会过度的倾斜，同时也能保证顺畅的工作。

4、本发明中，坡道机构设置为至少包括一组坡道座和一组滚动体，在一些情况下，可以设置多组坡道座，每两个坡道座之间设置一组滚动体。通过在轴向方向上增加坡道座及滚动体，可以显著提高坡道机构的行程。也可以通过减少坡道的螺旋角，产生同样的行程，使得需要来自减速器机构的扭矩降低，从而可以减小减速机构的体积。

附图说明

图1是本发明提供的一种电控机械干式制动器的剖视图；

图2是本发明提供的丝杠组件和其中一种坡道机构的局部爆炸图；

图3是本发明提供的一种丝杠组件的结构示意图；

图4为本发明提供的另一坡道的剖视图。

其中：3-减速机构；4-联轴器；5-坡道机构；6-第一壳体；7-第二壳体；8a-第一坡道座；8b-第二坡道座；8c-第三坡道座；9-滚动体；10-保持架；11-弹性件；12-丝杠组件；12a-螺纹部；12b-抵触部；13-密封罩；14-输出板；15-滑动轴承；16-O型密封圈；17-第一轴承；18-第二轴承；19-钳体；20-内制动片；21-制动盘；22-外制动片。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

以下结合附图对本发明具体实施例的技术方案进行进一步的说明。

实施例一

图1为本发明的一种电控机械干式制动器的结构示意图。具体地，至少包括驱动机构（包括顺次连接的驱动电机、减速机构3和联轴器4）、坡道机构5和丝杠组件12。

具体地，驱动电机可以采用无刷电机，在通电后输出转速和扭矩。

减速机构3可以采用本领域技术人员所能够理解和使用的任意减速传动的方式，例如，可以为蜗轮蜗杆传动、齿轮传动或皮带传动中的任意一种或多种。本实施例中，可以采用蜗轮蜗杆传动，通过将蜗杆压装在驱动电机的输出轴上，蜗轮的内孔与联轴器4一端为花键配合，从而使得驱动电机输出的转矩经由蜗轮蜗杆传递至联轴器4。

同时，为了使得整个电控机械干式制动器具有更好的防护效果，本实施例还包括外壳，外壳可以为整体式或是分体式，具体地，在本发明中外壳为分体式的拼接壳体。更为具体地，这里的外壳包括第一壳体6、第二壳体7和嵌体。其中，第一壳体6通过螺钉、焊接、铆接等方式与第二壳体7固定连接，第一壳体6与第二壳体7之间形成第一空间，蜗轮蜗杆安装在第一空间内，第一壳体6采用塑料材料。第二壳体7通过螺钉与钳体19固定连接，第二壳体7与钳体19之间形成第二空间，坡道机构5安装在第二空间内，第二壳体7采用金属材料。

如图2所示，坡道机构5由多个坡道座和位于相邻的坡道座之间的保持架10和滚动体9组成，这里的坡道座的数量可以根据实际需要进行选择，在此不多作赘述。例如，在本实施例中，可以进一步选择为由第一坡道座8a、第二坡道座8b，以及安装在第一坡道座8a与第二坡道座8b的斜坡之间的滚动体9组成，滚动体9可以选择为任意合适的能滚动的滚子，例如，可以为圆柱滚子，一个保持架10上的滚动体9的数量可以为一个或多个，承载效果和滚动效果等考虑，可以进一步将数量设置为两个，且两个圆柱滚子以中轴线为中心对称安装在保持架10上。保持架10采用注塑工艺制成，注塑过程中直接形成装配圆柱滚子的仿形腔。

联轴器4的两端为花键，中间段为光轴，联轴器4的一端与蜗轮内孔配合，另一端与第一坡道座8a的内孔配合，可以采用花键配合形式。第二壳体7的中心位置开有通孔，通孔内安装滑动轴承15，联轴器4的光轴与第二壳体7内的滑动轴承15为轴孔间隙配合。第二坡道座8b的内孔设置螺纹，并与丝杠组件12的螺纹部12a配合，从联轴器4传递到第一坡道座8a的转矩，经坡道机构5或者第二坡道座8b的螺纹转递至丝杠组件12上。

丝杠组件12与输出板14通过螺钉固定连接，输出板14的两侧对称安装有销钉，销钉穿过输出板14，伸入钳体19中，销钉对于丝杠组件12具有导向和防转作用，同时降低或消除制动时传递回传动机构的切向力。输出板14的另一侧压靠在内制动片20上，内制动片20、外制动片22和制动盘21布置在钳体19的勾爪结构内。由于丝杠组件12在周向方向上被固定，从坡道机构5传递到丝杠组件12的动力，会转化为丝杠组件12与输出板14的沿丝杠组件12的轴向上的平移运动，从而推动内制动片20、外制动片22夹紧制动盘21以获得夹紧力。

钳体19内部朝向坡道机构5的一侧形成有凹槽，凹槽内安装有弹性件11，弹性件11将坡道机构5偏压朝向第二壳体7。保持架10和第二坡道座8b的外圈设置第一轴承17，第一轴承17为球轴承，第一轴承17的内圈集成在第二坡道座8b和保持架10的外侧，第一轴承17的外圈集成在第二壳体7的内圈，即仅在第二坡道座8b与第二壳体7之间、及保持架10与第二壳体7之间设置第一轴承17的保持架10和第一轴承17的滚动体9。第一轴承17的作用：通过选择合适直径的滚珠，使保持架10与第二壳体7的间隙适中；使第二坡道座8b与第二壳体7的间隙适中，从而同时保证了保持架10和第二坡道座8b不会过度的倾斜，同时也能顺畅的工作。

第一坡道座8a与第二壳体7之间、及第二坡道座8b与弹性件11之间安装第二轴承18，第二轴承18为平面推力滚针轴承，其作用是对坡道机构5的两侧进行平面定位。通过第一轴承17和第二轴承18，使得坡道机构5的摩擦副全部为滚动摩擦，摩擦系数小，转动更加顺畅，同时能够保证稳定的状态。

如图3所示，丝杠由螺纹部12a和抵触部12b组成，丝杠的螺纹部12a位于坡道机构5和联轴器4的中心通孔内。螺纹部12a与坡道机构5的内螺纹配合，螺纹部12a的螺纹旋向与坡道座的坡面的延伸方向的旋向相同；抵触部12b嵌入输出板14的中心凹槽内，抵触部12b中靠近螺纹部12a的一侧为圆柱状，外圈开有凹槽，用于容纳密封罩13的裙边，抵触部12b远离螺纹部12a的一侧具有对称布置的平面，该平面与输出板14中心孔内的内端面配合，用于对丝杠组件12的周向方向进行固定。

丝杠组件12的抵触部12b与钳体19之间设置密封罩13，密封罩13为一种圆柱状，带有褶皱的橡胶罩，一端设置有裙边，另一端设置有钢箍。丝杠组件12的抵触部12b嵌入输出板14的中心孔内，抵触部12b的外圆柱面设置有一圈槽体，槽体的下端面低于输出板14的平面，上端面高于输出板14的平面，该槽体的作用是配合输出板14的中心孔压紧密封罩13的裙边。将密封罩13另一端的钢箍，压装在钳体19的凹槽中，必要时可在钢箍和裙边处添加密封胶。第一壳体6与第二壳体7之间、第二壳体7与钳体19之间均设置有O型密封圈16，通过两组O型密封圈16和密封罩13结构，实现整个制动器内部的密封。

具体工作过程：在没有夹紧力或者夹紧力较低时，驱动电机输出的转速和扭矩，经由减速机构3传递至坡道机构5时，由于弹性件11对坡道机构5的偏压作用，使轴向力转化为对坡道机构5的转动阻力，该转动阻力会大于丝杠组件12的螺纹副之间的滑动阻力，即坡道机构5内部各零部件不会发生相对位移，同时坡道机构5的侧面与两端均设置了轴承（包括第一轴承17和第二轴承18），坡道机构5整体转动的阻尼很小。因此，坡道机构5与联轴器4、减速机构3的蜗轮形成一个相对固定的整体，相当于螺母开始绕着丝杠组件12旋转，并输入转速和扭矩，丝杠组件12作为输出端，在周向上被销钉固定，所以会按照预定的滑动丝杠的导程将旋转运动转化为直线运动，上述阶段为工作过程的一阶段；

在夹紧力升高后，驱动坡道机构5的力矩逐渐大于转动阻力。且在同等夹紧力的条件下，坡道机构5内部的滚动体9运动所需要的扭矩更小，因此，坡道机构5会开始工作，而丝杠组件12相当于停止工作，即丝杠组件12与第二坡道座8b之间不会发生相对位移。当滚动体9在第一坡道座8a和第二坡道座8b的斜坡上移动时，就会将基于在第一坡道座8a和第二坡道座8b配合形成的坡面上的旋转运动转化为沿着轴线方向的平移运动，上述阶段为工作过程的二阶段。

一阶段用于消除传动机构各部件之间的间隙，此阶段由丝杠组件12工作，丝杠组件12在行程范围上有明显优势，即使空行程很大，也没有风险。二阶段用于产生高夹紧力，此阶段由坡道机构5工作，可以提供更高的传动效率，从而产生更大的夹紧力。通过设计更改弹性件11的弹力大小，能够实现对坡道机构5与丝杠组件12之间工作切换时间的控制。

实施例二

如图4所示，其为本发明的另一坡道机构5的结构示意图。具体地，这里的坡道机构5可以进一步设置为由第一坡道座8a、第二坡道座8b、第三坡道座8c，以及安装在第一坡道座8a与第二坡道座8b之间的滚动体9、第二坡道座8b与第三坡道座8c之间的滚动体9组成，滚动体9为圆柱滚子，数量设置为两个，圆柱滚子对称布置在保持架10上。

第三坡道座8c的两侧均设置有斜坡，第一坡道座8a和第二坡道座8b仅一侧设置有斜坡，保持架10限制着圆柱滚子在斜坡上运动。第一坡道座8a内孔与联轴器4通过花键配合，第二坡道座8b内孔与丝杠的螺纹端配合，螺纹端贯穿联轴器4与第一坡道座8a的中心通孔，丝杠的另一端设置有法兰端。

本实施例的工作原理与实施例一中原理相同：在夹紧力小于一定数值时，坡道机构5内部的滚动体9运动所需要的扭矩更大，由丝杠组件12工作；夹紧力大于一定数值时，坡道机构5内部的滚动体9运动所需要的扭矩更小，由坡道机构5工作，本案例设计上下排坡道参数，原理是两排滚子同时工作。

鉴于此，能够使得基于坡道机构5的制动行程增加至实施例一的两倍，也可以减少坡道的螺旋角，例如正切值减少50%，能够产生同样的行程，但是需要来自减速机构3的扭矩更小，从而可以减小减速机构3的体积。工作过程在此不做赘述。

Claims (10)

1.一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，包括仅沿轴向方向可移动设置的丝杠组件（12），所述丝杠组件（12）上沿轴向方向顺次形成为抵触部（12b）和螺纹部（12a），且所述螺纹部（12a）的外表面上形成有外螺纹；其特征在于：所述螺纹部（12a）螺接有可自转设置的坡道机构（5），坡道机构位于螺纹部（12a）的外表面所限定的径向空间中；

所述坡道机构（5）的坡面延伸方向与所述螺纹部（12a）的外螺纹的旋向相同；

所述抵触部（12b）中背离所述螺纹部（12a）的一端连接有制动机构。

2.根据权利要求1所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：所述坡道机构（5）包括沿所述丝杠组件（12）的轴向方向间隔排布的多个坡道座，且相邻的两个所述坡道座之间通过滚动体（9）和保持架（10）分隔；

每个所述保持架（10）上各自嵌合设置有至少两个滚动面凸出于所述保持架（10）的端面设置的滚动体（9），且所述滚动体（9）的滚动面与所述坡道座相接触。

3.根据权利要求2所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：所述坡道座中朝向所述保持架（10）的端面中的至少一个沿周向方向至少部分形成有螺旋状的坡面；且所述滚动体（9）为圆柱滚子或圆锥滚子。

4.根据权利要求1中所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：所述螺纹部（12a）的螺纹推动制动片时的受力侧的牙侧角不小于10°。

5.根据权利要求1中所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：所述坡道机构（5）通过驱动机构带动自转；

所述驱动机构包括通过减速机构（3）连接的驱动电机和联轴器（4），以使得所述驱动机构通过所述联轴器（4）带动所述坡道机构（5）自转。

6.根据权利要求5所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：所述减速机构（3）的传动方式为蜗轮蜗杆传动、齿轮传动或皮带传动。

7.根据权利要求2或3所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：还包括围合所述丝杠组件（12）、所述坡道机构（5），以及至少部分所述制动机构的外壳，所述外壳的内壁与所述坡道机构（5）中靠近所述抵触部（12b）的一端之间还设置有弹性件（11），用于向所述坡道机构（5）施加背离所述抵触部（12b）的力。

8.根据权利要求7所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：至少部分所述坡道座和所述保持架（10）的外周面与所述外壳的内壁之间接触设置有第一轴承（17）；

至少部分位于两端的所述坡道座的端面上与所述外壳的内壁之间接触设置有第二轴承（18）。

9.根据权利要求8所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于：所述第一轴承（17）为球轴承或圆柱滚子轴承；

所述第二轴承（18）为平面推力滚针轴承。

10.根据权利要求1所述的一种缩减结构体积的电控机械干式制动器，其特征在于，所述抵触部（12b）与所述制动机构之间通过输出板（14）间接连接，且所述输出板（14）上形成有与所述抵触部（12b）同轴的中心凹槽，所述抵触部（12b）嵌插所述中心凹槽连接；

所述抵触部（12b）与所述输出板（14）的接触面为平面或弧面。

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