用於電動機械制動裝置的無間隙驅動裝置的製作方法

2023-06-02 01:52:26 2

專利名稱：用於電動機械制動裝置的無間隙驅動裝置的製作方法
用於電動機械制動裝置的無間隙驅動裝置
本發明涉及一種電動機械的楔形制動器。本發明特別是涉及一種自 加強的電動機械楔形制動器的促動器和主動楔式閘板之間力的傳遞。
在傳統的盤式制動器中制動力矩的產生是建立在兩個或者多個制 動顎板之間直接產生大的壓緊力的基礎之上。相反地在自加強的電動機 械的楔形制動器中引入到制動器中的力比所達到的壓緊力要小。
在這種類型的制動器中是由電動機施加力的。電動機移動 一個設計 為主動楔式閘板的制動顎板。通常制動顎板通過一個滾動軸承如此地支 撐在 一個被動的第二楔式閘板上，即它的移動引導它傾斜地朝待制動的 物體，例如一個制動盤移動。若制動顎板朝著待制動的物體的運行方向 被引導到這個物體，則它被這個物體沿著它的運動方向一起被帶動。當 在楔式閘板上設計的楔式表面的傾斜度合適時摩擦部件通過這種隨動 繼續拉動靠近待制動的物體。通過這一措施加強了起促動器作用的電動 機的制動效果。這種效應通常作為自動加強而被公開。例如在專利文獻
EP 0 953 785中對這種自加強效應的數學處理進行了說明。由此按照下 述公式
FM = FB . [ (tana-u) /p],. (1)
降低了用於 一定的制動力FB—這是在摩擦部件上產生的摩擦力 一 由電 動機輸入到楔形裝置的力FM,其中，a規定了楔形表面和運動平面的夾 角，n表示材料對摩擦片/待制動的物體的表面的摩擦係數。從該方程式 (1)中產生自加強係數C、
C* = FB/FM = p/(tana-口)，' (2>
當(tana-n) > 0時，(:*為正值。因此，用作制動促動器的電動片幾必 須施加一種移動力。這個移動力將制動顎板移動到待制動的物體。因此 此時存在推進狀況。
當(tana-n) < 0時，(*為負值。因此用作制動促動器的電動機必須施加一種移動力。這個移動力使制動顎板離開待制動的物體。因此 此時存在 一種拉回的狀況。
當(tana-n) = 0時，(*不具有規定的數值
因此，為了可靠地避免制動器的閉鎖，按照方程式(2)楔形制動 必須以足夠的間距在通過臨界值j^tana表示的漸近線以下運行，然而通 過這種方式所能取得的楔形制動的自動加強很小。然而實踐表明，即使 達到臨界值『tanoc時，楔形制動器也不會出現絕對的閉鎖。
在實踐中在從推進狀況過渡到拉回狀態的過渡中制動器不被閉鎖 其原因是使用了調節裝置和在待制動的物體和用作制動促動器的電動 機之間的力的傳遞中的慣量造成的。對制動力的控制是藉助用作促動器 的電動機進4亍的。電動機促使主動楔式閘一反移動到一個位置。在這個位 置中主要是通過這些楔式閘板彼此之間的相對位置和制動鉗的彈簧作 用確定而產生的張緊力。當達到張緊力的額定值時主動楔式閘板的位置 沒有變化，而是由促動器應施加的力Fm有化。在用於電動機械的楔形制 動器所採用的調節迴路中常規制動促動器的力調節通過用於主動楔式 閘板的驅動驅動的速度調節和位置調節擴大了，其中，這種調節如此地 改變了電動機的旋轉速度，即楔式閘板的與張緊力的額定值相對應的位 置得到調節，並且保持不變。據此，當達到張緊力的額定值時，調節裝 置的速度調節器得到的額定數值是"零"。因此，當摩擦片摩擦係數p， 或者力FB擺動時它也使楔式閘板的位置保持恆定。
這樣實際上楔形制動器是可以繞通過漸近線C*表示的運行點運行 的。因此在這個區域中楔形制動器具有很高的自加強，所以該制動器可 以很小的由制動促動器所施加的力運行。然而在每次突起該漸近線時由 促動器所施加的力的方向發生逆轉。因此，由促動器的電動機施加到楔 形制動裝置的力必須能雙向調節，其中，根據方程式(2)由於該系統 的雙向性和高的動力這種調節必須以足夠短的響應時間實現。
在制動器繞著通過(tana-n) = 0表示的運行點的運行條件下相應 的動態雙向調節引起對在制動促動器和主動楔式閘板之間進行力傳遞 所需的耦合機構的振蕩的力作用。為了使施加到主動楔式閘板的力的方 向變化沒有滯後，耦合機構必須基本為無間隙設計。
在這種情況中耦合部件不是剛性設計。雖然在前進位動範圍中在耦 合部件和楔形閘板中的楔形表面的傾斜面平行定向的情況下作用到耦合機構的力與耦合機構的連接軸平行地延伸，然而在倒退制動時一在這 種倒退制動時，待制動的物體的運動與制動顎板的移動是方向相反地進 行的 一在耦合機構上出現橫向力，這個橫向力要求耦合機構垂直於它的 連接軸地發生偏移，這樣就沒有起破壞作用的強制力作用到與制動器的 連接上。
為了滿足無間隙和允許沿一個垂直於耦合機構的連接軸的方向有 限的相對運動的這兩個要求使用具有分界縫或者縫隙導向裝置的耦合 機構。然而在這種情況中這種無間隙只能成本高地以高精確的縫隙適配 或者用一個第二馬達予以保證。
其它的方案使用的是具有兩個無間隙調節的滾動軸承或者滑動軸 承的耦合杆。然而相應的設計體積大且昂貴，此外還存在這樣的危險性， 即，由於作用到耦合杆的壓力高隨著時間這些軸承會發生偏移,並且因 此使得制動力的調節精確度下降。此外在作用力小時該裝置的剛性小， 這樣就在正常狀態時制動器的調節質量就相對比較小。
由此本發明的任務是以為電動機械制動器提供一種耦合機構，這種 耦合機構可成本有利地製造，體積小，並且允許垂直於它的連接軸偏轉， 但同時即使在高的壓力時沿著連接軸的方向也有足夠的剛性，以保證制 動器的高的調節質量。
根據本發明，這個任務通過獨立權利要求的特徵得以完成。
本發明包括一個用於將驅動裝置的線性運動傳遞到一個電動機械 的楔形制動器的一個楔式閘板的耦合裝置，其中，該耦合裝置包括至少 一個固體部件，這個固體部件具有一個用於在驅動裝置上固定的第一端
部和一個用於與楔式閘板連接的第二端部。此外，所述固體部件還具有 一個第一區域或者多個第一區域，所述區域具有橫截面，該橫截面在第 一方向的剛性比在一個基本垂直於第一方向設置的第二方向中的剛性 要小得多。
在這方面需要指出的是，在本說明書和權利要求書中用於列舉特徵 所使用的概念"包括"、"包含"、"具有"和"帶有"，以及它們的 語法變換通常是表示特徵的存在，例如方法步驟、裝置、區域、參數等， 然而絕不排除其它的或者附加的特徵或者其它的或者附加的特徵組合 的存在。
此外，本發明還包括一個電動機械的制動裝置，它具有一個驅動裝
6置，它設計用於將電能轉變為一種機械線性運動，制動裝置具有一個主 動的楔式閘板以及一個被動的楔式閘板(它在一個固定的裝置中和電驅 動裝置連接)並且具有一個或者多個輥體，輥體是如此地設置在主動楔 式閘板和被動楔式閘板之間的，即它們分別接觸主動的和被動的楔式閘 板的彼此對置的楔形表面。為了將由驅動裝置產生的線性運動傳遞到主 動楔式閘板上在此在驅動裝置和主動的楔式閘板之間設置一個耦合裝 置。這個耦合裝置具有上述特徵或也有其它的下面描述的特徵。
在權利要求中所定義的耦合裝置作為在驅動裝置和楔式閘板之間 起固體鉸鏈起作用，並且由於它結構簡單因而僅佔用小的結構空間。它 一方面保證當有與它的連接軸軸向延伸的拉力和壓縮力時所要求的剛 性，並且另一方面相對於力的作用有彈性，這些力是垂直於它的連接軸 方向作用到它上的。在這種情況中沿著耦合裝置的軸向方向或縱向方向 大的剛性4吏得驅動裝置和主動楔式閘板之間的力的無間隙傳遞成為可 能，並且因此使得使用相應的耦合裝置的電機構制動裝置的高的調節質 量成為可能。
在從屬權利要求中對本發明有進一步的改進。
為了提高固體部件的彎曲載荷，有利地固體部件具有另一區域。它 的剛性在第一方向比在所述一個第一區域中或者在多個第一區域中在 這個方向的固體部件的剛性要大。為了以最小的材料消耗達到固體部件 的儘可能最好的抗彎強度優選地這個另一區域基本上設置在固體部件 的第 一 端部和第二端部之間的中間位置。
為了避免出現旋轉運動一旋轉運動會導致在力的傳遞過程中出現 間隙 一 固體部件的第 一端部和/或第二端部合適地設計用於不轉動固定 或連接。
為了保證固體部件的成本有利的製造和儘可能好的剛性在另 一 實 施形式中優選地將這個固體部件整件設計。有利地這個固體部件採用衝 壓彎曲工藝製成。這個工藝可以簡單和價格便宜的製造。
為了成本效率高地設計具有商業上通行的部件的電動機械的制動 裝置驅動裝置有利地包括電動機和傳動裝置，其中，傳動裝置是如此設 計的，即將電動機的旋轉運動轉變成一個傳動裝置元件的線性運動。這 個傳動裝置可優選地由 一個無間隙的絲槓傳動裝置形成，從而可以在很 小的摩擦損失的情況下有效地將旋轉運動轉換成線性運動。從下述對根據本發明的 一 些實施例的說明並結合權利要求和附圖
可產生本發明的其它特徵。在說明書和權利要求書中所說明的那些單個 的特徵在根據本發明的一個實施形式中可單個地或者也可多個地實現。
在下述對本發明的幾個實施例的說明中參考了所附的圖。這些圖是


圖1: 一個具有耦合裝置的一個優選的實施形式的電動機械的楔形 制動器的一種與真實尺寸比例不符的原理側面圖。
圖2a:圖1的耦合裝置的側面原理圖。
圖2b:圖1的耦合裝置頂視原理圖。
圖3:橫向負載時圖1的耦合裝置的偏移示意圖。
在圖1中示出的電動機械制動器10具有一個促動器2。在該促動器 上設置一個用於將促動器的旋轉運動轉換為線性運動的傳動裝置8。促 動器2,例如電動機，和傳動裝置一起組成一個用於產生用來將力Fm引 入到制動裝置中的線性運動的驅動裝置。耦合裝置1將傳動裝置8和一 個主動楔式閘板3連接起來。在該閘板的朝向待制動物體7的一側設置 一個制動襯3a。起制動顎板作用的楔式閘板3通過輥體5支撐在一個被 動的楔式閘板4上。後者通過一個支架裝置6和促動器固定連接。
促動器2優選地由電動機形成。它的旋轉軸在殼體的外部是可觸及 的。為了將電動機軸的旋轉運動轉變為線性運動可在電動機軸上設置一 個絲槓傳動方式的傳動裝置8,例如滾球絲杆或者滾子絲杆。代替地電 動機殼體外部的電動機轉軸本身就可設計為絲槓傳動。在絲槓的螺紋上 可以用已公開的技術不轉動和無間隙地設置絲槓螺母。絲槓的轉動導致 絲槓螺母的線性運動。當然除了絲槓傳動外還可採用其它合適的傳動方 式。
通過傳動裝置8產生的線性運動通過一個或者多個耦合裝置1傳遞 到主動楔式閘板3 在楔式閘板3和4的彼此對置的面上形成楔形面。 在這些楔形面上靠置有輥體5。楔式閘板3的線性移動引起輥體在兩個 楔式閘板楔形面上的滾動，從而這兩個楔式閘板之間的距離發生變化。 根據楔式閘板3的起始位置和移動方向其通過滾動運動朝向待制動物體 7運動，或者從該物體離開。在汽車中這個待制動的物體7通常是由一 個制動盤構成。
將一個或者多個杆形或者棒形的固體部件規定為耦合裝置1。固體線性可移動的部件，例如絲槓傳動裝置的絲槓 螺母和主動的楔式閘板3連接起來。這種連接可通過耦合裝置1的一個端部和主動閘板3的直接固定進行，這種連接也可代替地通過耦合裝置1的端部和一個與該楔式閘板固定連接的部件、或者部件組的固定進行。 因此，所述一個固體部件1，或者多個固體部件中的每個固體部件在一個端部上和傳動裝置8的線性可移動的部件連接，或者一個或者一組與 它固定的部件連接。固體部件於在它的縱向方向上對端部固定在主動的 楔式閘板3上或者固定在一個與其剛性連接的支架上。這些固定在兩個 端部合適地為抗彎曲和不旋轉設計。在這種情況中這種固定有利地設計 為形狀配合連接、材料連接或者傳力連接。為了使固體部件在垂直於它的縱向的方向能夠偏移，這些固體部件 具有一種橫截面幾何形狀，它的剛性在第 一方向比一個基本垂直於它設 置的第二方向要小得多。通過所述措施這些固體部件具有一種平坦的結 構，這樣，這些固體部件就像板簧一樣可向第一方向彎曲。這種幾何形在圖2a和2b中示出滿足這些要求的一個固體部件1的一個實例。 圖2a為固體部件1的側面簡圖。圖2b為其頂視簡圖。在這些圖中示出的固體部件1由一個平的長方體形的基本體和一個 在它的中間區域中設置的加粗部lc組成。加粗部lc並非是固體部件的 必需組成部分，然而正如下面還將詳細說明的它卻改進了耦合裝置1的 抗彎強度。當然作為固體部件1除了這種示出的長方體形的幾何形狀外 也可以採用其它平坦設計的細長的結構。將耦合裝置設計成平坦的杆形或者棒形的固體，它的端部和傳動裝 置8的線性可移動的部件、主動楔式閘板3剛性連接，保證從傳動裝置 8向楔式閘板3的線性運動的傳遞是所要求的無間隙傳遞。在向前制動情況中楔式閘4反3朝著待制動的物體7運動的方向，並 且朝這個物體移動。在汽車中，在前進位動時部分地施加大約10 kN量 級的壓力FM,在必要時施加更大的壓力到主動楔式閘板3中。若所述壓 力具有一個橫向於固體部件1的縱向方向的分力，則這些固體部件1有 可能由於彎折而失靈。除了通過在耦合裝置中使用多個固體部件1可以分擔載荷，並且因 此每個部件所承擔的載荷較少外，還可以排除出現相應的橫向力。其辦法是將固體部件1的縱向方向一這個縱向方向沿著在傳動裝置8的線性 可移動的部件上的固定部和在主動楔形閘板3上的固定部之間的連接軸線延伸一平行於楔形表面的傾斜度設置，在前進位動時輥體5就在這些楔形表面上滾動。只有當摩擦係數/i小於tanoc時才出現壓力。當超過臨界值^^tana時 固體部件1通過拉力而承受載荷。在這種情況中不會出現使結構受損的 彎折載荷，這樣，除了固體部件1具有足夠的強度外還不必考慮特殊的 結構特徵。在倒退制動時與前進位動情況相比有不同的情況。在此，楔式閘板 在接近待制動的物體7時與它的運動方向相反地移動。在這個運動方向 中這個楔形閘板具有一個垂直於固體部件1的縱向方向的運動分量。因 此固體部件1合適地如此設置，即該運動分量的方向基本垂直於固體部 件的寬邊地指向它的最小的側向擴展的方向，並且因此固體部件l易於 在其窄邊上彎曲，並且像一個固體鉸鏈一樣易於活動。在這種情況中彎 曲是如此發生的，即固體部件l的窄邊彎曲。如已經說到的，在前進和退倒制動情況中沿著固體部件的縱向方向 出現高的壓力。在這些壓力的作用下在固體部件1上出現彎曲力矩。這 些彎曲力矩會導致這些部件的穩定性的喪失。這種穩定性的喪失的表現 在於，從稱為彎折載荷的一定的載荷起固體部件1出現隨著載荷快速增 長的形狀變化。按照Leonard Euler (1707-1783),長度1的棒或者杆 的彎折力可通過下述方程式表示FK = n2EI/(pi)2 (3)， 其中，E表示棒或杆的彈性模量，I為它的橫截面的平面轉動慣量，(3為屈析長度係數(KnickUngenbeiwert )。其中，後者的數值與棒或杆的 端部是如何支承的情況有關。從方程式(3)可以看出，彎折力，也就 是使結構彎折需要的壓力隨結構長度1的平方成比例地下降。為了在長度給定時提高彎折載荷，按照方程式(3)可擴大棒或杆 橫截面的平面轉動慣量I,因此平面轉動慣量形成橫截面的防止彎曲的 程度。平面轉動慣量隨著截面面積的增加而增加。在這些圖中所示的固體部件]的幾何形狀使用了這樣的知識，即只有這樣的地方才需要擴大橫截面，即在那裡估計會出現最大的彎曲力 矩。在兩個端部上夾緊的棒或杆形的結構中在中間出現最大的彎曲力 矩。因此為了提高彎折載荷不需要在固體部件的整個長度上增大橫截
面。正如在圖2a和2b示例地示出的固體部件1 一樣，只要在它的縱向 延伸的中間增厚固體部件1的結構就足夠了。
在所示的部件的中間設置有一個長方體形的結構。這個結構具有相 同的寬度，但是其厚度比固體部件的平的基本結構要厚得多。但是該結 構的寬度也可以設計得比基本結構的寬度更小或者更大。也可以例如有 透鏡形的、縱延伸的透鏡形的、圓柱形的或者類似幾何形狀的其它加厚。 這些加厚，無論其是實心體或者空心體，都是用於提高平面轉動慣量， 並且因此形成防止彎曲的更高的阻力，因此在相應的固體部件的中心區 域中提高固體部件的剛性。
按照這種方式將固體部件1分為三段，其中，兩個外部區域在一個 方向為彎曲軟設計，中間區域為彎曲硬設計。兩個外部區域的每個區域 比固體部件1的半個長度要短，這樣，按照方程式(3)這種加厚引起 彎折載高提高因子4以上。
'然而彎曲剛性區域並不能防止在倒退制動倒退情況時的固體部件1 的偏移。圖3示出了這一點。在該圖中示出了在橫向力的作用下發生偏 移的固定部件(實線)和未發生偏移的固定部件(虛線)的對比情況。
就是相對於施加作用的^f黃向力以較小剛性設計的固定部件1的外部區域 發生彎曲。中間區域形狀基本上是穩定的，然而它並不阻止兩個端部的 彼此偏移，而是支持這種偏移，方式是它像一個槓桿樣將外部區域的內 端部〗呆:持方向地J皮此連接起來。
所介紹的設計為固體部件的耦合裝置1提供了促動器或在其上設置 的傳動裝置和電動機械楔形制動器的主動楔式閘板之間的 一種防彎折 的和4交鏈式的連接。為了成本有利的製造，該固體部件為整體設計，其 中，特別是沖壓彎曲工藝(Stanzbiegetechnologie )允許簡單和價格 便宜的製造。附圖標記表
1 耦合裝置
la 具有第一端部的固定部件的外部區域
lb 具有第二端部的固定部件的外部區域
1c 具有加厚橫截面的固體部件的其它區域
2 促動器
3 主動楔式閘板
4 糹皮動楔式閘板
5 輥體
6 支承裝置
7 待制動的物體，制動盤
8 用於轉換促動器的旋轉運動的裝置 10 電動機械制動裝置
權利要求
1. 用於將驅動裝置(2、8)的線性運動傳遞到電動機械楔形制動器的楔式閘板(3)的耦合裝置，該耦合裝置包括至少一個固體部件(1)，固體部件具有用於和驅動裝置連接的第一端部和用於與楔式閘板連接的第二端部，並且所述固體部件(1)具有一個第一區域或者多個第一區域(1a、1b)，所述第一區域具有這樣的截面，它的剛性在第一方向比在基本垂直於第一方向設置的第二方向中的剛性要小得多。
2. 按照權利要求1所述的耦合裝置，其特徵在於，固體部件(l) 具有另外的區域(lc),它的剛性在第一方向要比固體部件(1)的在 所述一個第一區域或者在所述多個第一區域中的這個方向中的剛性大。
3. 按照權利要求2所述的耦合裝置，其特徵在於，所述另外區域 (lc)設置在固體部件的第一端部和第二端部之間的中間。
4. 按照權利要求1、 2或3所述的耦合裝置，其特徵在於，固體 部件(1)的第一端部和/或第二端部設計用於不轉動的固定和連接。
5. 按照前述權利要求中任一項所述的耦合裝置，其特徵在於，固 體部件(1)設計為整件。
6. 按照前述權利要求中任一項所述的耦合裝置，其特徵在於，固 體部件(1 )採用衝壓彎曲工藝製成。
7. 電動機械制動裝置，具有- 驅動裝置(2、 8),它是用於將電能轉換為機械線性運動，- 主動楔式閘板(3),- 被動楔式閘板(4)，它在固定的裝置中和電驅動裝置(2, 8) 連接，- 一個或者多個輥體(5),該輥體(5)設置在主動的楔式閘 板(3 )和被動4契式閘板(4 )之間，從而其分別接觸主動的 和被動的楔式閘板的對置的楔形面，其特徵在於，為了將由驅動裝置(2、 8 )產生的線性運動傳遞到主動楔式閘板(3 ), 在驅動裝置(2、 8)和主動楔式閘板(3)之間設置按照前述權利要求 中任一項所述的耦合裝置。
8. 按照權利要求7所述的電動機械制動裝置，其特徵在於，驅動 裝置具有電動機(2)和傳動裝置(8),將傳動裝置設計用於將電動機的旋轉運動轉換為傳動裝置部件的線性運動。
9. 按照權利要求8所述的電動機械制動裝置，其特徵在於，傳動裝置(8)由絲槓傳動構成。
10. 按照權利要求9所述的電動機械制動裝置，其特徵在於，絲槓 傳動基本為無間隙設計。
全文摘要
本發明涉及一種用於將驅動裝置(2、8)的線性運動傳遞到電動機械的楔形制動器的楔式閘板(3)，該耦合裝置包括至少一個固體部件(1)，這個固體部件具有用於固定在驅動裝置上而設計的第一端部和用於固定在楔式閘板上而設計的第二端部，並且所述固體部件(1)具有一個第一區域或者多個第一區域(1a、1b)，這些區域具有這樣截面，即它的擴展在第一方向上比在基本垂直於第一方向設置的第二方向中的擴展要小得多。
文檔編號F16D65/14GK101548113SQ200780036205
公開日2009年9月30日 申請日期2007年9月13日 優先權日2006年9月28日
發明者C·貝爾-韋爾特, M·肖特 申請人:歐陸汽車有限責任公司