TWI777710B

TWI777710B - 常閉式制動裝置及使用其之迴轉工作台

Info

Publication number: TWI777710B
Application number: TW110128175A
Authority: TW
Inventors: 陳鵬文; 林建宇; 黃立文
Original assignee: 上銀科技股份有限公司
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2022-09-11
Also published as: TW202304635A

Abstract

本發明之常閉式制動裝置包含有一個外殼，外殼內設有一個轉動碟片、一個制動環及一個加壓環。當只對第一腔室通入流體時，流體推動制動環以解除轉動碟片的制動狀態，當只對第二腔室通入流體時，流體一方面推動制動環而使轉動碟片保持制動狀態，另一方面推動加壓環而使其壓縮彈性單元，彈性單元受壓縮所產生的能量透過流體作用於制動環，使制動環達到雙重增壓效果。若流體的作用失效時，制動環仍可透過彈性單元對轉動碟片提供制動效果，以提升操作安全性。此外，本發明更提供一個使用前述常閉式制動裝置之旋轉工作台。

Description

常閉式制動裝置及使用其之迴轉工作台

本發明與制動裝置有關，特別是指一種常閉式制動裝置及使用該常閉式制動裝置之迴轉工作台。

為了防止主軸在加工過後出現轉動，在結構上通常會配置一組制動器對靜止的主軸施加制動力，使主軸在靜止狀態下保持穩定。但是傳統的制動器在特殊狀況下(例如無預警停電或管路破裂)無法對主軸提供制動力，如此不但容易造成機具的損壞，甚至可能危及周圍人員的安全。

CN 210024594 U所揭露的常閉式油壓剎車裝置在停機或待機等狀況下，利用多條彈簧的彈力促使活塞下壓，使剎車裝置處於抱緊狀態並鎖定主軸，藉以防止主軸轉動。至於在解制動時則是利用液壓油反向推動活塞，使剎車裝置變成鬆開的狀態，此時的主軸即可正常運行。然而在前述專利文獻中，單是依靠多條彈簧所提供的制動力十分有限，難以適用於重切削及高進給的場合。

另外，在圖1及圖2當中所顯示的習用常閉式制動器主要包含有一個制動盤1、一個制動活塞2、多條壓縮彈簧3及一個解制動活塞4，其中的壓縮彈簧3對制動盤1恆施加軸向推力，使制動盤1保持常閉制動狀態。當只有制動活塞2受到流體作用時會對制動盤1施加軸向推力，如圖1所示，使制動盤1在制動活塞2與該等壓縮彈簧3的共同作用下對轉軸5提供制動效果；當只有解制動活塞4受到流體作用時會對制動盤1施加反向推力，並克服該等壓縮彈簧3對制動盤1所施加的軸向推力，如圖2所示，使制動盤1對轉軸5解除制動效果。然而在前述習用技術中，由於制動活塞2所受到的流體力與壓縮彈簧3施加於制動盤1的彈力具有相同的作用力方向，所以當制動活塞2所受到的流體力越大，壓縮彈簧3所產生的彈力反而越小，如此將會影響制動盤1對轉軸5所提供的制動效果，難以適用在重切削及高進給的場合。

本發明之主要目的在於提供一種常閉式制動裝置，其能達到雙重增壓且常閉制動的效果，以提升操作上的安全性，並適用於重切削及高進給的場合。

為了達成上述主要目的，本發明之常閉式制動裝置包含有一個外殼、一個碟片組、一個制動環、一個加壓環，以及一個彈性單元。該外殼具有一個容槽；該碟片組設於該外殼之容槽內且具有一個第一固定碟片、一個第二固定碟片及一個轉動碟片，該轉動碟片設於該第一固定碟片與該第二固定碟片之間；該制動環可移動地設於該外殼之該容槽內且與該外殼之間形成一個第一腔室，此外，該制動環具有一個制動部，當該制動環位於制動位置時，該制動環之該制動部抵壓該第一固定碟片，使該轉動碟片被固定在該第一固定碟片與該第二固定碟片之間，當該制動環位於解制動位置時，該制動環之該制動部鬆放該第一固定碟片，使該轉動碟片能相對該第一固定碟片與該第二固定碟片轉動；該加壓環設於該外殼之該容槽內且局部抵接該制動環，使得該加壓環與該制動環之間形成一個第二腔室；該彈性單元設於該加壓環，用以提供彈力將該加壓環往該制動環的方向推頂。

由上述可知，當只對該第一腔室通入一流體時，該制動環受該流體的作用而保持於該解制動位置，當只對該第二腔室通入該流體時，該制動環受該流體的作用而保持於該制動位置，且該加壓環受該流體的作用而壓縮該彈性單元，該流體施加於該加壓環之作用力的方向與該彈性單元施加於該加壓環之作用力的方向相反，根據帕斯卡定律(Pascal's principle)，由於該第二腔室為密閉狀態，所以該彈性單元受壓縮所產生的能量會經由該流體作用於該制動環，使該制動環達到雙重增壓的效果。此外，當該第一腔室及該第二腔室未通入該流體時，該加壓環受該彈性單元所施加的作用力而推頂該制動環，使該制動環保持於該制動位置，以達到常閉制動的效果。換言之，本發明之常閉式制動器利用該第一腔室與該第二腔室搭配該制動環與該加壓環的設計，只要分別對該第一腔室與該第二腔室通入該流體，即可控制該制動環對該轉動碟片提供解制動效果和制動效果，另外在該第一腔室及該第二腔室未通入該流體或失效的狀況下，藉由該彈性單元所提供的部分制動力，該制動環仍然可以保持在該制動位置，以達到常閉制動的效果，進而提升操作上的安全性。

較佳地，該制動環具有一個內環面，該內環面嵌設一個密封環與一個鄰設於該密封環之背拖環，該加壓環朝該制動環之一側面具有一個第一凸緣與一個鄰接該第一凸緣之第二凸緣，該加壓環之該第一凸緣抵接該制動環，該加壓環之該第二凸緣抵接該密封環與該背拖環。藉由該密封環增加該制動環與該加壓環之間的密封效果，另外藉由該背拖環使該制動環在作動時能保持良好的平衡，以避免該制動環產生歪斜而影響制動效果。

較佳地，該制動環之該制動部具有一個制動面，當該制動環位於該制動位置時，該制動環以該制動部之該制動面抵壓該第一固定碟片，該制動面的徑向長度不超出該第一固定碟片、該第二固定碟片及該轉動碟片相互重疊的區域，以避免該制動環壓到該轉動碟片或是壓到設置在該第一固定碟片與該第二固定碟片之間的一個分隔環。

較佳地，該制動環更具有一個鄰接該制動面之內環面，該制動面與該內環面之間具有一個第一夾角，該第一夾角小於90度，如此可以讓該第一固定碟片在解制動狀態下能夠恢復原狀而延長使用壽命。

較佳地，該第一固定碟片具有一個受壓段，當該制動環位於該制動位置時，該第一固定碟片之該受壓段與該制動環之該內環面之間具有一個第二夾角，該第二夾角小於或等於該第一夾角，如此可以得到最佳夾持效果。

較佳地，該彈性單元具有一彈性體座與多個彈性體，該等彈性體座設於該外殼之該容槽內且鄰設於該加壓環，該等彈性體設於該加壓環與該彈性體座之間，用以將該加壓環往該制動環的方向推頂。

此外，本發明更提供一種使用前述常閉式制動裝置的迴轉工作台，其更包含有一根轉軸，該轉軸以可轉動的方式穿設於該外殼之該容槽內且以其外周面固接該轉動碟片。藉此，當該制動環位於該制動位置時，該轉動碟片被夾持固定在該第一固定碟片與該第二固定碟片之間，使該轉軸產生制動效果，當該制動環位於該解制動位置時，該轉動碟片能與該轉軸同步作動。

有關本發明所提供對於常閉式制動裝置及使用該常閉式制動裝置之迴轉工作台的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

申請人首先在此說明，於整篇說明書中，包括以下介紹的實施例以及申請專利範圍的請求項中，有關方向性的名詞皆以圖式中的方向為基準。其次，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之元件標號，代表相同或近似之元件或其結構特徵。

請參閱圖3及圖4，本發明之常閉式制動裝置20配合一根轉軸12使用而與轉軸12構成一個迴轉工作台10，前述轉軸12能夠與一個擺動式主軸頭14進行組裝，使擺動式主軸頭14能被前述轉軸12所驅動而進行擺動式作動。請再參閱圖4至圖5，本發明之常閉式制動裝置20包含有一個外殼30、一個碟片組40、一個制動環50、一個加壓環60，以及一個彈性單元70。

外殼30具有一個容槽31與一個內凸緣32。容槽31之截面形狀呈圓形，內凸緣32自容槽31之槽壁徑向地凸伸而出，如圖4及圖7所示，前述轉軸12以可轉動的方式安裝於容槽31內且被內凸緣32所環繞。此外，外殼30更具有一條徑向連通容槽31之第一流道33(如圖8所示)與一條徑向連通容槽31之第二流道34(如圖7所示)，第一流道33之入口端安裝一個用來注入第一流體22(在此為液壓油，實際上也可以使用氣體，並不以液壓油為限)之第一接頭16，第二流道34之入口端安裝一個用來注入第二流體24(在此為液壓油，實際上也可以使用氣體，並不以液壓油為限)之第二接頭18。

碟片組40設於外殼30之容槽31內且具有一個第一固定碟片41、一個第二固定碟片42、一個分隔環43及二個相互堆疊之轉動碟片44，如圖5及圖7所示，第一固定碟片41、第二固定碟片42及分隔環43利用多根螺絲45一起固定於外殼30之內凸緣32，其中的第二固定碟片42比第一固定碟片41更靠近外殼30之內凸緣32，至於分隔環43位於第一固定碟片41與第二固定碟片42之間而將兩者隔開。再如圖7所示，二個轉動碟片44之外周緣位於第一固定碟片41和第二固定碟片42之間，且二個轉動碟片44之內周緣利用多根螺絲46固定於轉軸12之一個外凸緣122，使得二個轉動碟片44能跟著轉軸12一起轉動。

制動環50以可前後移動的方式設於外殼30之容槽31內且與外殼30之間形成一個連通第一流道33之第一腔室54(如圖8所示)，第一腔室54之前後二端分別被外殼30及制動環50所封閉住。制動環50鄰設於碟片組40，且制動環50朝碟片組40之一側面凸伸出一個制動部52，當制動環50位於如圖9所示的制動位置P1時，制動環50以制動部52抵壓第一固定碟片41，使第一固定碟片41產生彈性變形而將轉動碟片44夾持固定在第一固定碟片41與第二固定碟片42之間，當制動環50位於如圖10所示的解制動位置P2時，制動環50之制動部52鬆放第一固定碟片41，使第一固定碟片41恢復原狀，此時的轉動碟片44能跟著轉軸12相對第一固定碟片41與第二固定碟片42轉動。

加壓環60設於外殼30之容槽31內且鄰設於制動環50，加壓環60朝制動環50之一側面凸伸出一個第一凸緣61與一個鄰接第一凸緣61之第二凸緣62，如圖7所示，加壓環60以第一凸緣61抵接制動環50，使得加壓環60與制動環50之間形成一個第二腔室63，第二腔室63之外側連通第二流道34，第二腔室63之內側被第一凸緣61所封閉。再如圖7所示，加壓環60以第二凸緣62抵接於制動環50之內環面51，制動環50之內環面51嵌設一個密封環55與一個鄰設於密封環55之背拖環56，一方面藉由密封環55增加兩者之間的密封效果，另一方面藉由背拖環56使制動環50在作動時能保持良好的平衡，以避免制動環50產生歪斜而影響制動效果。

彈性單元70設於外殼30之容槽31內且具有一個呈環狀之彈性體座71、多個彈性體73(在此以壓縮彈簧為例)及多個銷件74。彈性體座71固設於外殼30內且鄰設於加壓環60，加壓環60朝彈性體座71之一側面具有多個凹孔64(如圖7所示)，彈性體座71朝加壓環60之一側面具有多個沉頭螺孔72(如圖5及圖7所示)，該等彈性體73以一對一的方式設於該等凹孔64與該等沉頭螺孔72之間，該等彈性體73之一端抵接於彈性體座71作為支撐，該等彈性體73之另一端抵接於加壓環60，用以提供彈力恆將加壓環60往制動環50的方向推頂；該等銷件74以一對一的方式穿設於該等彈性體73且螺設於該等沉頭螺孔72，用以對該等彈性體73提供支撐效果。

在實際操作時，利用第二接頭18對第二流道34通入第二流體24，使第二流體24進入第二腔室63內，如圖9所示，第二流體24一方面會推動制動環50，使制動環50保持於如圖9所示的制動位置P1，另一方面，第二流體24會推動加壓環60，使加壓環60壓縮該等彈性體73，由於第二腔室63為密閉狀態，再加上第二流體24施加於加壓環60之作用力與該等彈性體73施加於加壓環60之作用力具有相反的方向，所以根據帕斯卡定律(Pascal's principle)，該等彈性體73受壓縮所產生的能量會經由第二流體24作用於制動環50，使制動環50達到雙重增壓的效果，亦即，當對第二腔室63通入第二流體24時，Ft=F ₁+F ₂，其中的Ft為制動環50所提供的總制動力，F ₁為第二流體24施加於制動環50的推力，F ₂為全部彈性體73受壓縮時所產生的能量，若第二流體24施加於加壓環60之作用力越大，該等彈性體73受壓縮所產生的能量也越大，因此制動環50所能提供的總制動力也會跟著越大。

反之，若要讓轉軸12正常運作時，先停止對第二腔室63通入第二流體24，接著利用第一接頭16對第一流道33通入第一流體22，使第一流體22進入第一腔室54內，如圖10所示，第一流體22會推動制動環50，接著制動環50會推動加壓環60，由於此時的該等彈性體73仍然對加壓環60施加作用力，所以當第一流體22施加於制動環50的作用力大於該等彈性體73施加於加壓環60的作用力時，即可將制動環50保持於如圖10所示的解制動位置P2，這時候的轉動碟片44不會被第一固定碟片41與第二固定碟片42所夾持住，因此可讓轉軸12正常運作。

一旦第二流體24的供給因特殊狀況(例如無預警停電或管路破裂)而失效時，雖然會導致制動環50失去第二流體24所提供的推力，但是該等彈性體73仍然可以透過加壓環60對制動環50施加作用力，使制動環50保持於如圖7所示之制動位置P1，使轉軸12達到安全停機的效果。換言之，在正常情況下，制動環50會利用第二流體24的作用力及該等彈性體73受壓縮時所產生的作用力對轉動碟片44提供完整的制動力，如果第二流體24的供給失效，該等彈性體73所提供的部分制動力仍然可以將制動環50保持於如圖7所示之制動位置P1，藉此達到常閉制動的效果，進而提升操作上的安全性。

另外需要補充說明的是，如圖11所示，制動環50之制動部52具有一個用來抵壓第一固定碟片41之制動面53，制動面53的徑向長度L不超出第一固定碟片41、第二固定碟片42及轉動碟片44相互重疊的區域，若制動面53的徑向長度L超出前述範圍，除了可能會壓到轉動碟片44而造成轉動碟片44的損壞，也可能會壓到分隔環43而影響制動效果。再如圖12所示，制動面53鄰接於內環面51且與內環面51之間具有一個小於90度之第一夾角θ ₁，若第一夾角θ ₁大於或等於90度，可能會造成第一固定碟片41被制動面53下壓後變形成類似S狀態，使第一固定碟片41具有兩處彎折點，此狀態屬於剪切效應，使其難以恢復原狀，如此在解制動狀態下容易影響轉動碟片44的作動，若第一夾角θ ₁小於90度時，第一夾角θ ₁趨近於第一固定碟片41的變形角，使第一固定碟片41僅具有一處彎折點，可有效改善剪切力對第一固定碟片41造成的壽命影響。此外，第一固定碟片41具有一個被制動面53所抵壓的受壓段412，第一固定碟片41之受壓段412與制動環50之內環面51之間具有一個第二夾角θ ₂，第二夾角θ ₂小於或等於第一夾角θ ₁，藉由前述特殊角度的設計，一方面可以得到最佳夾持效果，另一方面讓第一固定碟片41在解制動狀態下能夠順利恢復原狀，以延長第一固定碟片41的使用壽命。

綜上所陳，本發明之常閉式制動器20利用第一腔室54與第二腔室63搭配制動環50與加壓環60的設計，只要分別對第一腔室54與第二腔室63通入第一流體22與第二流體24，即可控制制動環50對轉動碟片44提供解制動效果和制動效果，另外在第一腔室54未通入第一流體22且第二腔室63未通入第二流體24（或第二流體24供給失效）的狀況下，藉由該等彈性體73所提供的部分制動力，制動環50仍然可以保持在制動位置P1，以達到常閉制動的效果，進而提升操作上的安全性，因此可適用於重切削及高進給的場合。

「先前技術」 1:制動盤 2:制動活塞 3:壓縮彈簧 4:解制動活塞「本發明」 10:迴轉工作台 12:轉軸 122:外凸緣 14:擺動式主軸頭 16:第一接頭 18:第二接頭 20:常閉式制動裝置 22:第一流體 24:第二流體 30:外殼 31:容槽 32:內凸緣 33:第一流道 34:第二流道 40:碟片組 41:第一固定碟片 412:受壓段 42:第二固定碟片 43:分隔環 44:轉動碟片 45:螺絲 46:螺絲 50:制動環 51:內環面 52:制動部 53:制動面 54:第一腔室 55:密封環 56:背拖環 L:制動面的徑向長度 P1:制動位置 P2:解制動位置 60:加壓環 61:第一凸緣 62:第二凸緣 63:第二腔室 64:凹孔 70:彈性單元 71:彈性體座 72:沉頭螺孔 73:彈性體 74:銷件 θ ₁:第一夾角 θ ₂:第二夾角

圖1為習用常閉式制動器之局部剖視圖，主要顯示制動盤對轉軸提供制動效果。圖2為習用常閉式制動器之另一局部剖視圖，主要顯示制動盤解除對轉軸的制動效果。圖3為本發明之迴轉工作台配合擺動式主軸頭使用的立體圖。圖4為本發明之迴轉工作台的立體圖。圖5為本發明之迴轉工作台所提供之常閉式制動裝置的立體分解圖，其中並未繪製外殼。圖6為本發明之迴轉工作台的端視圖。圖7為圖6沿7-7剖線之局部剖視圖，主要顯示未對第二腔室通入第二流體。圖8為圖6沿8-8剖線之局部剖視圖，主要顯示未對第二腔室通入第二流體。圖9類同於圖7，主要顯示對第二腔室通入第二流體。圖10類同於圖8，主要顯示對第一腔室通入第一流體。圖11為本發明之常閉式制動裝置的局部剖視圖，主要顯示制動環與碟片組之間的結構關係。圖12為本發明之常閉式制動裝置的另一局部剖視圖，主要顯示制動環與碟片組之間的角度關係。

20:常閉式制動裝置

40:碟片組

41:第一固定碟片

42:第二固定碟片

43:分隔環

44:轉動碟片

50:制動環

51:內環面

53:制動面

55:密封環

56:背拖環

60:加壓環

61:第一凸緣

62:第二凸緣

70:彈性單元

71:彈性體座

72:沉頭螺孔

73:彈性體

74:銷件

Claims

一種常閉式制動裝置，包含有: 一外殼，具有一容槽；一碟片組，設於該外殼之容槽內且具有一第一固定碟片、一第二固定碟片及一轉動碟片，該轉動碟片設於該第一固定碟片與該第二固定碟片之間；一制動環，可移動地設於該外殼之該容槽內且與該外殼之間形成一第一腔室，該制動環具有一制動部，當該制動環位於一制動位置時，該制動環之該制動部抵壓該第一固定碟片，使該轉動碟片被固定在該第一固定碟片與該第二固定碟片之間，當該制動環位於一解制動位置時，該制動環之該制動部鬆放該第一固定碟片，使該轉動碟片能相對該第一固定碟片與該第二固定碟片轉動；一加壓環，設於該外殼之該容槽內且局部抵接該制動環，使得該加壓環與該制動環之間形成一第二腔室；以及一彈性單元，設於該加壓環，用以將該加壓環往該制動環的方向推頂；其中，當只對該第一腔室通入一流體時，該制動環受該流體的作用而保持於一解制動位置，當只對該第二腔室通入該流體時，該制動環受該流體的作用而保持於該制動位置，且該加壓環受該流體的作用而壓縮該彈性單元，該流體施加於該加壓環之作用力的方向相反於該彈性單元施加於該加壓環之作用力的方向，當該第一腔室及該第二腔室未通入該流體時，該加壓環受該彈性單元所施加之作用力而推頂該制動環，使該制動環保持於該制動位置。
如請求項1所述之常閉式制動裝置，其中，該制動環具有一內環面，該內環面嵌設一密封環與一鄰設於該密封環之背拖環，該加壓環朝該制動環之一側面具有一第一凸緣與一鄰接該第一凸緣之第二凸緣，該加壓環之該第一凸緣抵接該制動環，該加壓環之該第二凸緣抵接該密封環與該背拖環。
如請求項1所述之常閉式制動裝置，其中，該制動環之該制動部具有一制動面，當該制動環位於該制動位置時，該制動環以該制動部之該制動面抵壓該第一固定碟片，該制動面的徑向長度不超出該第一固定碟片、該第二固定碟片及該轉動碟片相互重疊的區域。
如請求項1所述之常閉式制動裝置，其中，該制動環之該制動部具有一制動面，當該制動環位於該制動位置時，該制動環以該制動部之該制動面抵壓該第一固定碟片，該制動環更具有一鄰接該制動面之內環面，該制動面與該內環面之間具有一第一夾角，該第一夾角小於90度。
如請求項4所述之常閉式制動裝置，其中，該第一固定碟片具有一受壓段，當該制動環位於該制動位置時，該制動環以該制動部之該制動面抵壓該第一固定碟片之該受壓段，且該第一固定碟片之該受壓段與該制動環之該內環面之間具有一第二夾角，該第二夾角小於或等於該第一夾角。
如請求項1所述之常閉式制動裝置，其中，該彈性單元具有一彈性體座與多個彈性體，該等彈性體座設於該外殼之該容槽內且鄰設於該加壓環，該等彈性體設於該加壓環與該彈性體座之間，用以將該加壓環往該制動環的方向推頂。
一種迴轉工作台，包含有: 一如請求項1至6中任一項所述之常閉式制動裝置；以及一轉軸，可轉動地設於該外殼之該容槽內，該轉軸之外周面固接該轉動碟片，使得該轉軸能與該轉動碟片同步作動。