TWI494516B - 力傳輸總成 - Google Patents

Description

力傳輸總成

本發明大體上係關於一種力傳輸總成，且特定言之，本發明係關於具有一浮動外殼之一環形制動器或離合器總成，當用作一制動器時傳輸力以固持該軸以免旋轉或當用作一離合器時傳輸旋轉。

如本文使用的該用語「力傳輸總成」用以表示可作為一離合器或一制動器之一總成。本文中此等類型總成亦稱為一離合器-制動器總成。雖然本發明係特別適於用作一制動器總成並關於此應用被詳細地描述，立即明顯的是其同樣可用作一離合器、一制動器或更簡單稱為一力傳輸總成。本文中該用語「力傳輸總成」與該用語「環形制動器總成」可交換地使用。

已知的離合器-制動器總成先前已與一軸連接以控制動力傳輸。此等已知的離合器-制動器總成係與製罐機、擠壓傳動及剪切傳動及其他機器相關聯利用。美國專利第5,046,593號；第5,257,684號；第5,577,581號及第6,637,568號中揭示已知的離合器-制動器總成。

當機器具有不同操作特性時，一離合器至制動器總成之該力傳輸能力必須對應於該離合器-制動器總成利用的該機器之該操作特性。因此，一第一機器需要相對大的力傳輸以旋轉一軸及以固定該軸以免旋轉，但是另一機器需要較小力以旋轉該軸及固定該軸以免旋轉。所以，此等裝置之尺寸及扭矩將隨應用而變化。

然而本發明之該環形制動器總成可用於需要一制動力之任何應用，其特別適於工業應用，如用於在一電力牽引起重機中之該等電動馬達之每一者或在採礦及建築工業中之鏟土機之一制動器。在此等類型應用中，轉子係在一方向連續加速，在該相對方向停止及加速。在操作期間，該等轉子係隨著該等馬達軸來回旋轉。旋轉組件之低慣性值意味著更短週期，更短週期意味著更多產量。

因此，仍存在可在此等及其他應用中最小化慣性及最大化扭矩之一制動器總成之一需求。

本發明係關於一種最小化慣性及最大化扭矩之力傳輸總成。為了最佳化該扭矩至慣性比，摩擦材料係與大體上一轉子之所有該工作面相接觸。該摩擦材料可安裝在夾持在該轉子上之壓力板上，或另一選擇為安裝在該轉子本身上。該力傳輸總成包含附接至一靜止的安裝凸緣的一可軸向移動外殼。一中心開口穿過安裝凸緣及外殼接收一從動軸。該外殼含有固定附接至該軸之一轉子。該外殼包含具有在該轉子之每一側上配置的摩擦面之前及後環形壓力板。該外殼進一步包含用於釋放該從動軸以旋轉之一環形活塞，其沿著相對於該前環形壓力板之一第一方向可流暢地移動。該活塞沿著一第二方向可進一步軸向移動以壓緊該等前及後環形壓力板靠近該轉子而用於制動動作。

在一實施例中，複數個彈簧沿著相對於該等前及後環形壓力板之該第二方向驅動該活塞用於制動動作。其他實施例可包含其他偏壓裝置以沿著該第二方向移動該環形活塞，例如一氣動或液壓活塞及汽缸。

包括本發明之該等新穎的各種特徵係由附屬於及形成本發明之一部分的技術方案中的特性而指出。為了本發明之一更佳理解，附圖及其中顯示及描述一較佳實施例的說明內容中使用引用。

當結合該等附圖考慮下文描述時，本發明之先前及其他特徵將得以更深一層之瞭解。

圖1中顯示的一環形制動器總成，整體以20標示，在一第一脫離狀態或非制動模式下與一第二接合狀態或制動模式下之間係可操作的。當該環形制動器總成20係在該脫離狀態下時，該制動器總成20釋放來自一從動軸之摩擦力。當該制動器總成20係在該第二接合狀態下時，該制動器總成20有效地固定該軸以免旋轉。

根據本發明之該環形制動器總成20解決該等先前技術制動器總成之不足。特定言之，該等先前技術制動器總成利用花鍵轂以為在該軸上之該轉子提供軸向自由度。當該等花鍵磨損時，該盤變得不平衡並顯出其他磨損問題。除了在修復過程中涉及的停機時間而出現的問題之外，製造及替換該等花鍵轂為昂貴。

相比於此等先前技術裝置，本發明之該環形制動器總成20使用固定附接至該從動軸的一轉子，在後文中將更加詳細地描述該轉子。根據本發明之該制動器總成20之結構進一步容許該摩擦材料可被替換而非如在該等先前技術制動器總成中完全拆卸。

首先參考圖1，大體上經指定為20的該環形制動器總成包括具有一限制範圍軸向移動並連接至一靜止的安裝凸緣24之一可軸向移動外殼22。舉例而言，安裝凸緣24係附接至一馬達或機器(例如一壓床)之構架。該外殼22及安裝凸緣24具有用於接收由一馬達30或其他機器驅動的一可旋轉軸28(在圖7中顯示)之一中心開口26。該外殼22包含具有位於一轉子36之每一側上之摩擦面以用於在該轉子36上施加及釋放一夾持負載之可軸向移動該等前及後環形壓力板32、34。轉子36係固定連接至該軸28且隨之旋轉。一螺旋彈簧陣列38用於促使一環形活塞40進入該制動模式，其將力施加於用於緊靠該轉子36之一夾持負載之該等壓力板32、34。環形活塞40係配置在一佈置中之一汽缸或罩蓋構件42之中，該佈置形成經構造以接收在如圖2中箭頭A所示的該第一方向移動環形活塞之一變化容量的一擠壓流體之一環形流體腔室43。在汽缸42、活塞40、前及後壓力板32、34及安裝凸緣24之外部區域內之複數個徑向通道46係經軸向對齊以接收具有在每一端之螺紋之導桿44及將此等組件連接及固持在一起之緊固件45。本文使用的該用語「浮動外殼」係用以表示外殼22之該等可軸向移動組件，其等係該等前及後壓力板32、34、該螺旋彈簧陣列38、該環形活塞40及該汽缸42。本發明之另一實施例可包含空氣或液壓壓力以在該轉子上施加該夾持力及利用該陣列彈簧以脫離或釋放該夾持力。此實施例可用於汽車、貨車或其他交通工具應用中。

轉子36具有一大體上圓柱形式並較佳地包含具有用於在軸28上定位之一鑽孔50之一位於中心的轂48。轂48可係轉子36之一整體部分且鑄造成具有緊固件一起或個別附接至轉子36的一片。轉子36隨著軸28相對於可在一限制範圍內軸向移動之該外殼22之該等組件而旋轉。轉子36具有在每一側上組成用於摩擦接合的一工作面區域之一平坦曲面。在一實施例中，最佳如在圖7中所圖解說明，在轂48中的該鑽孔50為錐形且容納來自該馬達30之一相對應錐形的軸28。該轉子36係牢固地固持在對於該軸28之適當位置。一合適的緊固件，如一螺母51或一類似鎖定裝置係螺合在該軸28之該端部上。一替代實施例包含使用一已知的無鍵鎖定襯套或螺母將該轉子36固定至一直軸28。接著轉到圖8A至圖8C，有所描述之經指定為136、236及336之該轉子36的各種實施例。轉子136包含具有加固翼肋140之一環形縫隙138。縫隙138及加固翼肋140使自該制動動作生成的熱量消除且延長該轉子之操作壽命。轉子236具有一固體金屬構造，其具有複數個穿過此結構之開口238，用於冷卻及容許自該制動動作逸出的碎片及氣體。轉子336結合轉子136及轉子236之該等特徵，其藉由提供該環形縫隙338及具有該等支撐翼肋342的該複數個開口340之兩者以容許在該制動模式期間之碎片及氣體逸出及熱消散。

在圖中顯示的該實施例中，當在該環形制動器總成20上具有流體壓力時，該制動器係在該脫離狀態下。用於擠壓該制動器總成之一合適流體包含自一流體源引導的空氣，例如一空氣壓縮機(未顯示)，在此項技術中熟知的一裝置。最佳如圖2中所示，空氣穿過類似於在美國專利第6,637,568號(該案係本發明之受讓人所有且以引用的方式併入本文中)中描述的螺線管操作閥之一螺線管操作閥，進入在汽缸42上之流體連接器52，該等流體連接器52係透過通道54與一可變容量環形流體腔室43流體連通。如箭頭A所示，當腔室43充滿擠壓空氣時，該前環形壓力板32隨著該汽缸42沿著一第一方向移動。此為非制動模式或狀態，且該轉子36隨著軸28自由旋轉。當汽缸42沿著箭頭A方向移動時，附接的該壓力板32推抵該螺旋彈簧陣列38及該環形活塞40。此釋放來自該前環形壓力板32在該轉子36上之任何夾持負載。同時，當施加該空氣壓力時，該環形回復彈簧62使得該後環形壓力板34靠著該安裝凸緣24移動以經由該後環形壓力板34釋放在該轉子36上之夾持負載。在此模式操作中，該制動器總成20係在該脫離狀態或非制動模式下。當該空氣壓力自腔室43撤離，彈簧38將力施加於該前壓力板32使其沿著該第二方向(如箭頭B所示)移動。一施加於該後壓力板34的反向力引起該後環形壓力板34在該轉子36上施加一夾持負載或壓緊該轉子36用於制動動作或制動模式。該制動器總成20現在係在該接合狀態或制動模式下。如前文提到，其他實施例可藉由製造空氣或液壓壓力施加該制動力及該等彈簧釋放該制動力而與此相反。

雖然該環形制動器總成20可與壓力形成機器或電力牽引起重機相關聯，但是可預期該制動器總成將被利用以與其他已知機器相關聯，該等已知機器需要該機器之組件的加速及減速及相對高脫離及接合頻率，作為一離合器、一制動器或兩者。舉例而言，其他機器(該制動器總成20與其等相關聯)包含一壓床，及/或剪切傳動。該等機器可係單衝程或連續運轉機器。其他實例包含汽車應用、金屬衝壓機、線加工機、線材滾軋機、薄板切割機、理瓶機、紙加工機或紡織機。當然，應瞭解若需要時，該制動器總成20可與許多其他已知類型機器相關聯。

如圖2及圖3所示，該環形制動器總成20基本上包括一安裝凸緣或底部構件24、具有該等前面提到的組件之一外殼22及一轉子36。該外殼22包含該等前及後環形壓力板32、34(一壓力板在該可旋轉轉子36之每一側上)、該陣列彈簧38、環形活塞40及該汽缸或罩蓋構件42。除該轉子36之外，此等項目組成該外殼22之該等組件且為互相連接，並由導桿44及安裝在該等組件之該等外部邊緣上之通道46中同軸配置的夾管56與該安裝凸緣24對齊。立即明顯的是，為了作為一離合器或一制動器，該環形制動器總成20可在包含一制動盤或一離合器盤之替代實施例中修改。該轉子36係相對於該外殼22可自由旋轉。

在該等導桿44上方同軸定位的圓柱夾管56，係經配置以具有毗鄰該後環形壓力板34的該夾管56之一端部58。在該前環形壓力板32中的該通道46之直徑係製成合適大小以稍大於在該後環形壓力板34中的該通道46，以便在其中滑動地接收該夾管56。如圖2最佳所示，該夾管56之該相對端60緊靠該環形活塞40。回復彈簧62係在該等壓力板32、34之間之該夾管56上同軸配置，且顯出一彈簧力以有利於及有助於該壓力板32之該軸向移動，及當該制動器總成係在該脫離狀態下時，導致壓力板34之該軸向移動。該等回復彈簧62及該等螺旋彈簧38之彈簧係數，可使用相對粗線圈線或另一選擇為更細的線而調適，以使所需數量應用力及回復力用於與具有不同力或扭矩需要的機器相關聯之該等壓力板32、34之該軸向移動。

該安裝凸緣24大體上係鑄造成一圓柱片金屬，並包含在其外部徑向區域上之複數個通道46。在該安裝凸緣24中之該等通道46較佳包含具有一遞減直徑之一梯形鑽孔64。螺紋地接收該等導桿44之緊固件套筒66包含一蓋帽部分68，其用於限制在該等梯形鑽孔64內的該等導桿44之沿著該等方向A及B軸向移動距離，該距離足以在該轉子36上提供該夾持力及釋放該夾持力。一圓柱的中心開口或通道26穿透該安裝凸緣24延伸用於接收該軸28。

該金屬外殼22包含每一者鑄造成一大體上圓柱片金屬之前及後環形壓力板32、34。該等壓力板32、34具有配置在該轉子36之該相對側的一摩擦面側。該等壓力板32、34之每一摩擦面側包含圍繞該等壓力板32、34徑向配置的複數個大體上梯形形狀的凹槽70，同時較佳地每一凹槽70包含在該凹槽內之一固持通道71，以用於滑動地接收及固持相對應形狀的摩擦墊72。為了容易替換而不拆卸該制動器總成20，該等大體上梯形形狀的摩擦墊72係製成合適大小以在該等夾管56之間之該等開口76內滑動。該等摩擦墊72係具有由一金屬支撐板74支撐的一組合構造。該支撐板74可包含在一上部端的開口78，其用於將該等摩擦墊與緊固件固定以配合在該等壓力板32、34之開口73。組成墊72之該摩擦材料可包含徑向延伸或環形槽75以移除碎片及微粒並作為磨損之視覺指示器。如圖2最佳所示，該等前及後環形壓力板32、34係配置在一佈置中之該轉子36的每一側上，該佈置將該等摩擦墊72放置在該轉子36之相對側上，且較佳地罩蓋至少大約百分之五十在該轉子36的每一側上之該工作面區域，且更佳地至少大約百分之六十五在該轉子36的每一側上之該工作面區域。甚至更佳一實施例可罩蓋大約百分之七十五在該轉子36的每一側上之該工作面區域。該摩擦材料大體上罩蓋該轉子36之完全工作面區域。該工作面區域係在來自該轂之該外部直徑的該轉子之每一側上之可用的平坦摩擦區域。如圖6所示，本發明之另一實施例可包含將該等摩擦墊72放置在該轉子36之兩側上而非在該等壓力板32、34上。通道46係位於該複數個軸肩80(位於該前環形壓力板32之該外部徑向邊緣上)中，且係與在該後環形壓力板34之該徑向部分中之通道46及在該安裝凸緣24中之通道46對齊。通道46係製成合適大小以接收該等導桿44。在該後環形壓力板34中的該等通道46之直徑具有只容納該等導桿44的直徑之一尺寸，而在該前環形壓力板32中的該等通道46之直徑係製成合適大小以容納在該等導桿44上方同軸定位的該等圓柱夾管56。該等夾管56之一端58毗鄰該後環形壓力板34且該等夾管56之另一端60毗鄰該環形活塞40。回復彈簧62係在該等夾管56上同軸配置的，並有利於在該等接合及脫離狀態下該等壓力板32、34之該軸向移動。

該外殼22進一步包含以一方式構造的一螺旋彈簧陣列38，該方式在2006年10月31日申請之美國專利申請案序號11/590,199中詳細描述，該案係本發明之受讓人所有並以引用方式併入本文中。本文不需要此等彈簧之詳細解釋。替代實施例可包含可操作以沿著第一及第二方向而軸向移動環形活塞40之任何彈性偏壓閥，舉例而言，電驅動或液壓制動螺線管閥(未顯示)。

該外殼22亦包含大體上圓柱形的並可鑄造成一片金屬之該環形活塞40。在活塞40之一外部徑向邊緣上之軸肩84具有通道46，此等通道46與在該前環形壓力板32之該等軸肩80中之該等通道46及在該後環形壓力板34及安裝凸緣24中之通道46對齊。在該環形活塞40中之通道46，如在該後環形壓力板34中之該等通道46，具有可容納該等導桿44但非該等夾管56之直徑之一直徑。最佳如圖2及圖5顯示，環形活塞40包含經構造以固持及固定該螺旋彈簧陣列38之一圓柱形凸起中心部分86。環形活塞40(如壓力板32、34及安裝凸緣24)包含用於容納該可旋轉軸28之位於中心的開口26。

該汽缸或罩蓋構件42具有一大體上圓柱形狀並可鑄造成一片金屬。汽缸42具有在其前部上經構造用於附接至一擠壓流體源(舉例而言如空氣)之複數個流體連接器52。流體連接器52經由流體通道54與用於擠壓及排空之該環形流體腔室43流體連通。汽缸42具有一位於中心的環形槽88，其具有在徑向向內稍稍延伸之一唇緣90。唇緣90係與緊固件92附接至該前環形壓力板32之該前側。在該汽缸42之該後側上之梯形通道94滑動地接合該環形活塞40之該凸起部分86之該等壁87，以形成該可變化的環形流體腔室43。

本揭示之該力傳輸總成20供給其中力需要接合或脫離一飛輪或可旋轉軸之許多應用。有利地，該力傳輸總成20提供具有附接至一靜止安裝凸緣24之一固定轉子36之一可軸向移動外殼。本發明之該結構消除磨損導致不平衡及替換及製造為昂貴的花鍵轉子之軸向自由度之需求。本發明之該結構之一重要的優勢係由於具有大體上罩蓋所有該轉子表面36的摩擦墊72之該摩擦材料，最大化扭矩及最小化慣性。

前文係用作繪示本發明且不企圖解釋為限制本發明。雖然已描述及顯示此揭示內容之一些例示性實施例，但熟習此項技術者將容易體會到許多修改係可能的而不脫離本發明之該等新穎教示及優點。因此，如在請求項及其等相等物中定義，所有此等修改企圖包含在本發明之範圍內。

20．．．力傳輸總成

22．．．外殼

24．．．安裝凸緣

26．．．中心開口

28．．．從動軸

30．．．馬達

32．．．前環形壓力板

34．．．後環形壓力板

36．．．轉子

38．．．螺旋彈簧

40．．．環形活塞

42．．．汽缸

43．．．環形流體腔室

44．．．導桿

45．．．緊固件

46．．．通道

48．．．轂

50．．．鑽孔

51．．．螺母

52．．．流體連接器

54．．．流體通道

56．．．夾管

58．．．夾管端

60．．．夾管端

62．．．回復彈簧

64．．．梯形鑽孔

66．．．緊固件套筒

68．．．蓋帽部分

70．．．梯形形狀凹槽

71．．．固定通道

72．．．摩擦墊

73．．．開口

74．．．金屬支撐板

75．．．環形槽

76．．．開口

78．．．開口

80．．．軸肩

84．．．軸肩

86．．．凸起部分

87．．．壁

88．．．環形槽

90．．．唇緣

92．．．緊固件

94．．．梯形通道

136．．．轉子

138．．．環形縫隙

140．．．加固翼肋

236．．．轉子

238．．．開口

336．．．轉子

338．．．環形縫隙

340．．．開口

342．．．支撐翼肋

圖1係根據本發明之一環形制動器總成之一俯瞰透視圖；

圖2係圖1之該環形制動器總成之一截面圖；

圖3係圖1及圖2之該環形制動器總成之一分解圖；

圖4係該環形制動器總成之一正視圖；

圖5係該環形制動器總成之一部分截面圖；

圖6係具有配置在其上的該摩擦材料之該轉子之一透視圖；

圖7係固定安裝在一馬達之該軸上的該轉子之一部分截面繪示圖；及

圖8A至圖8C繪示該轉子之其他實施例。

20．．．力傳輸總成

22．．．外殼

24．．．安裝凸緣

26．．．中心開口

52．．．流體連接器

Claims (13)

1. 一種力傳輸裝置，其包括：一靜止的安裝凸緣，該安裝凸緣具有一中心開口用以接收一軸；一轉子，該轉子具有一徑向工作面及固定安裝在該軸上且可隨之旋轉之一被定位於中心的開口，該轉子係被穩固地固定定位於該軸；一前環形壓力板及一後環形壓力板，該等前及後環形壓力板係配置在該轉子之相反兩側上，且可移動地附接至該安裝凸緣，該前環形壓力板相對於該安裝凸緣沿著一第一方向上可軸向移動以在該轉子上以釋放一夾持負載且沿著一第二方向在該轉子上施加該夾持負載，而該後環形壓力板在該前環形壓力板之該第一方向之一相反方向上可軸向移動以在該轉子上釋放一夾持負載，且該後環形壓力板在該前環形壓力板之該第二方向之一相反方向上可軸向移動以在該轉子之一相反側施加該夾持負載；一環形活塞，該環形活塞可移動地連接至該前環形壓力板，該環形活塞沿著該第一方向可軸向移動；及一環形汽缸，該環形汽缸連接至該前環形壓力板且可隨之軸向移動，該環形汽缸具有經構造用於與該環形活塞之一凸起部分接合在一起以形成一可變容量環形流體腔室之一環形通道，在自該可變容量環形流體腔室施加於該環形汽缸及環形活塞之流體壓力之影響下，該環形 汽缸及該前環形壓力板係可沿著該第一方向軸向移動，以抵抗一藉一配置在該環形活塞與該前環形壓力板之間之一螺旋彈簧陣列所施加之推進反作用力，而擠壓該前環形壓力板來釋放抵靠於該轉子之該前環形壓力板之該夾持負載，複數個回復彈簧造成該後環形壓力板在該前環形壓力板之一相反方向上軸向移動，以釋放抵靠於該轉子之該後環形壓力板之該夾持負載，該前環形壓力板藉該螺旋彈簧陣列所施加之該推進反作用力，可沿著該第二方向移動，以將該夾持負載施加在該轉子上，該後環形壓力板由一相反方向施加該夾持負載，其中該可軸向移動的前及後環形壓力板、該螺旋彈簧陣列、該環形活塞及該環形汽缸係組成一浮動外殼之可軸向移動的元件。
2. 如請求項1之裝置，其進一步包括在該等前及後環形壓力板之一摩擦面上之複數個摩擦墊，該等摩擦墊足以大體上罩蓋該轉子之該工作面。
3. 如請求項2之裝置，其中該等摩擦墊之每一者大體上具有一梯形形狀，該等摩擦墊係可移除地附接至該等前及後環形壓力板。
4. 如請求項2之裝置，其中該等摩擦墊之每一者大體上具有一梯形形狀且係可移除地附接至該轉子。
5. 如請求項1之裝置，其中該安裝凸緣、該等前及後環形壓力板及該活塞係透過在一外部邊緣上之對齊通道而與導桿互相連接。
6. 如請求項5之裝置，其進一步包含同軸位於該後環形壓力板與該活塞之間的該等導桿上之複數個夾管，該複數個夾管有利於在該轉子上之該夾持力之該施加及釋放。
7. 如請求項6之裝置，其進一步包含同軸配置在該等前及後環形壓力板之間之該等夾管上之回復彈簧，該等回復彈簧有助於在該轉子上之該夾持力之釋放。
8. 如請求項7之裝置，其進一步包括複數個大體上梯形形狀的摩擦墊，每一摩擦墊製成合適大小以透過該等夾管之間之開口而可移除地替換。
9. 如請求項1之裝置，其進一步包含緊固至該轉子之一轂，該轂用於接收該軸。
10. 如請求項1之裝置，其進一步包括配置在該轉子上的複數個摩擦墊。
11. 如請求項1之裝置，其中該轉子包括一環形轉子，該環形轉子具有附有若干加固翼肋之一環形縫隙。
12. 如請求項1之裝置，其中該轉子包括一環形轉子，該環形轉子具有穿過該轉子之複數個開口。
13. 如請求項1之裝置，其中該轉子包括具有若干加固翼肋之一環形縫隙與穿過該環形轉子之複數個開口之兩者。