扭矩控制制動器的製作方法

2023-05-18 00:15:26

專利名稱：扭矩控制制動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種設置在主動軸(驅動軸)和從動軸之間的扭矩控制制動器。
背景技術：
上述扭矩制動器包括設置在主動軸和從動軸之間並包括第一盤和第二盤的制動盤/離合器盤部件，該第一盤可軸向運動但不可轉動地設置在從動軸上，該第二盤可軸向運動地設置在第一盤和主動軸之間；設置在第一盤和第二盤之間的第一組摩擦表面部件；設置在第二盤和制動器的本體之間的第二組摩擦表面部件；設置成可軸向壓緊彼此相互作用以實現制動接合的所述盤和摩擦表面部件的彈簧部件(彈簧裝置)；和設置在主動軸和制動盤/離合器盤部件之間的凸輪部件(凸輪裝置)，該凸輪部件包括不可轉動地固定在主動軸上的第一凸輪部件和不可轉動地設置在第二盤上的第二凸輪部件，該凸輪部件利用主動軸的扭矩和轉動以及可能的從動軸的反扭矩的作用使所述盤和摩擦表面部件之間的相對軸向位置改變，以抵抗由彈簧部件產生的力而至少部件地分開所述制動接合。
芬蘭專利申請20010714中公開了這種制動器。它的一個特殊目的在於更好地控制來自於加載方向的負載以避免安全風險。本申請還試圖避免由負載的波動引起的馬達超過同步速度的加速。該申請的另一個目的是擴大制動器的應用。此先有技術解決方案的一個基本特徵在於使用了兩個制動輪，因而可以不同地調整利用這兩個輪獲得的扭矩。這可以定製用於各種目的的制動器並提供具有附加特性的制動器，而這些以前都需要特定的結構部件才能獲得。

發明內容
本發明的一個目的是例如通過以下方式進一步改進上述制動器在不減小制動力的情況下能最有效地消除施加在負載承載部件上的動力應力，和總是絕對肯定地分開制動器。此外，該結構將允許以更多種方式結合不同的功能。
利用一種根據本發明的制動器可以實現這些目的，該制動器的特徵在於，第二盤相對於第二凸輪部件可軸向運動地設置，第三組摩擦表面部件設置在第二凸輪部件和第一盤之間，以將扭矩從主動軸傳遞到從動軸。
本發明基於一個比以前更自由地運動的第二制動盤/離合器盤，其運動行程可以調整(調節)，以使制動器總是能夠利用附加的摩擦表面抵抗制動扭矩而被分開(脫開)，從而確保制動器總能在應該分開的時候分開(凸輪部件工作)，其中，所述附加的摩擦表面是為了抵抗制動扭矩使制動器分開而設置的。
因為例如利用一分立的聯接輪還在第二盤處設有適當量的飛輪質量，該聯接輪上設有第二盤並且優選地還設有第三組摩擦表面部件，所以當驅動起重(提升)絞車的驅動力終止，例如當電動機的電流被切斷時，例如一影響提升絞車的輸入軸的負載扭矩迫使從動輪首先給飛輪質量然後給致動器例如電動機的轉子加速。該結構的合適的尺寸允許提供這種在(已傳遞給)飛輪質量之後的不能分開制動器的剩餘扭矩。在起重裝置中，例如如果致動器發生故障或失靈時可以避免負載下降或突然落下是非常重要的特性。在這種意外的情況下和正常的提升過程結束的時候，由於這種結構，制動是平穩的，並且可以避免作用於制動系統的突然的重動載。
如果有需要，根據本發明的制動器還可以容易地設置有一個在吊鏈起重機(絞車，提升機)中所需的滑動離合器。這樣，該制動器的本體包括兩個可彼此相對軸向調整的部件，從而利用第二本體部件可以調整和限制第二組摩擦表面部件的作用位置或作用點。
利用彈簧部件的同一彈簧力提供離合器和制動器的扭矩，並通過選擇與離合器扭矩和制動扭矩之間的比率相同的相應摩擦表面的比率來控制離合器扭矩和制動扭矩之間的比率。這種結構提供了這樣的優點，即當調整滑動離合器的扭矩時，制動器扭矩與離合器扭矩正確相關地同時變化。在本發明的結構中，因為在調整過程中只使用了動摩擦係數，所以可以在致動器轉動的同時通過使制動器的第二本體部件轉動而以最簡單的方式調整離合器扭矩，從而對離合器進行精確的調整。
所述彈簧部件優選地包括將第一盤壓向第二凸輪部件的第一彈簧組，和將第一凸輪部件壓向第二凸輪部件的第二彈簧組，並且第一彈簧組的彈簧力比第二彈簧組的彈簧力大得多。第二彈簧組使所述凸輪部件相對於彼此集中，並且選擇這樣的第二彈簧組的力，使得該力不會過度地減少提供制動扭矩的第一彈簧組的實際彈簧力。第一彈簧組中的活動間隙還補償了摩擦表面的磨損。
在下文對本發明的詳細說明中將較詳細地說明本發明的優點。


現在將參考附圖通過兩個示意性實施方式更詳細地說明本發明，其中
圖1示出位於吊鏈起重機和手動起重機之間的根據本發明的制動器的縱向截面視圖，該制動器處於其上帶有負載的狀態；圖2示出圖1所示的制動盤/離合器盤部件的放大局部；圖3示出在負載被提升的狀態下的圖1所示的制動器；圖4示出圖1所示的第二彈簧組的放大局部；圖5示出前圖中所示制動器的凸輪部件的一實施例；和圖6示出與吊鏈起重機和一電動機連接的根據本發明的制動器的縱向截面視圖，其中，該電動機使用該制動器，該制動器處於其上帶有負載的狀態。
具體實施例方式
參考圖1至圖4，示出設置在吊鏈起重機2和手動起重機3之間的根據本發明的扭矩控制制動器1。手動起重機3的一個轉子4作為系統的主動軸而工作。
制動器1首先包括凸輪部件5和6，其中，以參考標號5表示的第一凸輪部件不可轉動地固定在轉子4上，而第二凸輪部件6可轉動且可軸向運動地設置在吊鏈起重機2的輸入軸7上，該輸入軸用作系統的從動軸，換句話說，用作驅動吊鏈起重機2並具有來自於手動起重機3的轉子4的驅動力的軸。聯接輪8不可轉動且不可軸向運動地固定在第二凸輪部件6上以給所述系統提供飛輪質量。
一個制動盤/離合器盤部件(裝置)設置在凸輪部件5和6之間，即轉子4和吊鏈起重機2的輸入軸7之間，該部件包括一可軸向運動但不可轉動地設置在輸入軸7上的第一盤9，和一利用固定在聯接輪8的周邊上的銷11可軸向運動但不可轉動地設置在聯接輪8上的第二盤10，因而第二盤10同時通過聯接輪8固定到第二凸輪部件6上。
第一組摩擦表面部件(裝置)12設置在盤9和10之間，例如，固定在第一盤9上(參考圖2)；而第二組摩擦表面部件14設置在第二盤10和制動器的本體(主體)13之間，例如，固定在第二盤10上。在此示例中，所述摩擦表面部件12和14的有效直徑和摩擦表面面積的大小基本相同，但是也可以不同。
為了提供在盤9、10和與盤相互作用的摩擦表面部件12、14之間的制動接合，設置了將所述部件9、10、12和14彼此壓緊的彈簧部件15、16。該彈簧部件包括設置在輸入軸7的軸承17和第一盤9之間以將第一盤9壓向第二凸輪部件6的第一彈簧組15，和設置在制動器的本體13和第一凸輪部件5的軸承18之間以將第一凸輪部件5壓向第二凸輪部件6的第二彈簧組16。第一彈簧組15的彈簧力比第二彈簧組16的彈簧力大得多。應該這樣選擇第二彈簧組的彈簧力，使得該力不會過度地減少由提供制動扭矩的第一彈簧組15所提供的實際彈簧力。第二彈簧組16的活動間隙(活動量)形成了摩擦表面部件12、14和19的磨損容限。
此外，第三組摩擦表面部件19通過聯接輪8安裝在第二凸輪部件6上，該部件相對於聯接輪8和第二凸輪部件6不可移動地放置，並被設置成與第一盤相互作用，以將扭矩從主動軸或轉子4傳遞到從動軸或傳遞到吊鏈起重機2的輸入軸7。這裡應該注意到，第三組摩擦表面部件19自然也可以固定到第一盤9上，而不會使該部件的用意或工作產生任何變化。除了第一和第二組摩擦表面部件12和14以外，第三組摩擦表面部件19也可以工作以提供制動接合。在此示例中，第三組摩擦表面部件的有效直徑比第一和第二組摩擦表面部件12和14的相應尺寸小。雖然這一條件不是必須的，但第三組摩擦表面部件19的位置限制了其尺寸。
至於凸輪部件5和6的結構，凸輪部件5和6的橫截面都是圓形的，並優選地沿圓周方向包括腎形槽20，在該槽的中部相對於周圍接觸區域21設置有一深部22，並在該槽的端部設置有淺部23，在這種情況下，相對的凸輪部件5和6通過相對的槽20和放置在各相對槽對之間的球24彼此連接。
簡而言之，當使用手動起重機3時，通過轉子4的扭矩和轉動以及輸入軸7的(制動扭矩的)反扭矩的作用，凸輪部件5和6使所述盤9、10和摩擦表面部件12、14及19之間的軸向位置改變，以抵抗彈簧部件15、16產生的彈簧力而至少部件地分開制動接合，並且同時利用第三組摩擦表面部件19提供在第一盤9和聯接輪8之間傳遞扭矩的接合，下文將對此進行詳細說明。
制動器的本體13包括兩個可相對於彼此軸向調整的部件25、26，因而該調整可以利用部件25和26之間的螺紋結構27進行，以將固定在第二盤10上的第二組摩擦表面部件14壓靠在利用沿圓周設置的銷29可軸向運動但不可轉動地設置在第一本體部件25上的第三盤28上，並且可以利用支承第一凸輪部件5的第二本體部件26(制動器的「罩蓋部件」)限制和調整盤10、第二組摩擦表面部件14和第三盤28沿制動力方向或朝本體部件26的軸向運動。當然，如果在結構上有利，也可以將第三盤28可軸向運動地安裝到第二本體部件26上。但是，在本發明的所有應用中，起到可滑動的離合器作用的本體部件25、26之間的調整並不是必須的。下面將詳細說明所述調整和所述調整對制動器工作的作用。
為了清楚起見，圖1和圖3示出裸露形式的起重設備2，但在實際應用中，該設備自然被放置在一合適的殼體中(參考例如圖6中的結構)，在該殼體上可支承該設備的部件且在該殼體內可放有所需的潤滑劑。
本發明最主要的特徵在於制動盤/離合器盤部件的可軸向運動的第二盤10；由輸入軸7和凸輪部件5、6之間的聯接輪8提供的飛輪質量；以及利用第三組摩擦表面部件19獲得的用於將來自轉子4的驅動力傳遞給輸入軸7的扭矩。鑑於所述滑動離合器的作用，第二組摩擦表面部件14的軸向調整也是主要的特徵。
由手動起重機3、制動器1和吊鏈起重機2形成的所述系統如下工作。
圖1示出了吊鏈起重機2所懸掛的負載30停在制動器1上時的狀態。這種狀態發生在例如手動起重機3停止轉動(或者假如由於某種原因被損壞)時，在這種情況下，第一彈簧組15將第一盤9和其第一組摩擦表面部件12壓靠在第二盤10上，第二盤10則沿銷11滑動並通過其第二組摩擦表面部件14而壓向第三盤28，而第二本體部件26限制和阻止了第三盤28的運動。因為第二盤10和聯接輪8共同確保系統的飛輪質量(飛輪體)在制動期間也能減速，所以制動迅速產生，但仍然較平穩。如果制動器不用於使飛輪質量減速，負載將依靠全部制動扭矩而減速。這樣，制動將發生得太迅速，並且將有非常高的動力應力作用在承載負載的部件上。
在圖3中，制動器處於負載30被提升的狀態。此時，轉子4的扭矩被傳遞到第一凸輪部件5上，因此隨著引入系統的扭矩增加，第一和第二凸輪部件5和6彼此相對轉動並同時彼此相對後退。因為第二彈簧組16提供的彈簧力比第一彈簧組15提供的彈簧力小，所以第二彈簧組16首先被擠壓在一起，然後第一彈簧組15也被擠壓在一起，從而，其軸向運動量與第二凸輪部件6相同的聯接輪8同時將第一盤9推離開與第二盤10的制動接合，但仍通過摩擦表面的第三組摩擦表面部件19與第一盤9共同保持提供扭矩的接合。因此，可以在沒有拖曳制動的情況下進行提升運動。
當引入系統的扭矩消失時(圖1所示狀態)，負載30的扭矩開始使系統沿與提升期間相反的方向轉動。從系統的功能性和安全性考慮，這種狀態是很危險的。在本發明中，可以通過適當地確定由凸輪部件5、6的槽及聯接輪8的飛輪質量所形成的凸輪軌跡(凸輪運動)的幾何形狀(槽20的間距、有效直徑和摩擦係數)和轉子4來處理這種情況。這種適配性意味著首先如上所述將聯接輪8安置在起重設備2的輸入軸7和凸輪軌跡組5、6、20、24之間，使負載扭矩首先給聯接輪8的飛輪質量加速，從而剩餘扭矩可以給轉子4加速。通過正確地選擇上述條件使通過凸輪軌跡組5、6、20、24給轉子4加速的扭矩為這樣的扭矩使來自於負載30方向的扭矩不能如前文中所述的那樣分開制動器。
當負載30下降時，轉子4的扭矩允許將制動器僅分開到負載扭矩剛剛超過制動扭矩的程度。這樣，負載的勢能轉化為熱量這樣的摩擦功傳遞給摩擦表面部件12和14。也可以將該能量傳遞給例如放在由制動器的本體13所形成的殼體中的油。該油可以同時是如下面說明的圖5中的實施例所示的起重設備的油。因此，當使負載30下降時，必須向下「推動」該負載。一旦該「推動」結束，制動器將馬上「抓住」(保持住)該負載。
在圖1至圖4所示的結構中，吊鏈起重機中所需的滑動離合器被聯接到制動器上，該滑動離合器的結構和該結構實現的優點已經在上文中進行了說明。換句話說，利用彈簧組15、16的同一彈簧力提供離合器和制動器的扭矩，並通過選擇與離合器扭矩和制動器扭矩之間比率相同的相應摩擦表面即摩擦表面部件12、14和19之間的比率來控制離合器扭矩和制動器扭矩之間的比率。這種布置(結構)提供了這種優點，即當調整滑動離合器的扭矩時，制動器扭矩同時根據離合器扭矩以正確的比率變化。在本發明的結構中，因為在調整過程中只使用了動摩擦係數，所以可以在轉子4轉動時通過使第二本體部件26旋轉並在找到正確的調整(位置)後例如利用螺釘將其鎖定就位而調整離合器扭矩，這樣就提供了對離合器的準確調整。圖1示出第二本體部件26上的第二彈簧組16的支承表面31和聯接輪8之間的距離在調整期間保持恆定，因此在調整滑動離合器時只有第一彈簧組15和離合器和制動器的扭矩變化。
與電動機驅動的吊鏈起重機2』結合在一起的制動器1』的結構和操作與人工作業系統完全相同，除了電動機轉子4』的軸4a』和其延伸部件4b』形成一主動軸；和第二凸輪部件6、制動盤/離合器盤部件9、10、8，起重設備2』的從動輸入軸7』以及起重設備2』自身以這樣的方式設置在電動機3』和位於主動軸4b』上的第一凸輪部件5之間——使其上固定有部件8、9的第二凸輪部件6可以在其中轉動及軸向運動，並且從動起重設備2』的輸入軸7』可以轉動，這是因為與圖1至圖4中所示的人工作業系統相比轉子4』安置在系統的相對側(相反側)，以使得轉子4』的軸4a』的延伸部件4b』必須穿過輸入軸7』。制動器的本體13』的部件25』和26』的形狀也不同，但它們的操作類似。
總之，根據本發明的制動器用作一個起重設備中的負載制動器。與傳統的所謂Weston型負載制動器相比，重要的不同之處在於，在根據本發明的制動器中，負載的勢能被轉化成熱量僅一次，而在Weston型制動器中，比負載的勢能多得多的能量被轉化成熱量。因為負載的勢能被轉化成熱量僅一次，所以在該發明中可測量出制動扭矩是負載扭矩的兩倍，在這種情況下，這種制動器足以作為唯一的制動器。
如上所述，從以下意義來說，在本發明中已將滑動離合器、制動器和負載制動功能結合到了一起，即當可轉動的機構的扭矩終止時，可以自動致動制動器而不需要任何附加的引導(操控)。可以省略上述滑動離合器功能，從而進一步簡化結構。
制動器的分開機構沿兩個方向工作。如果制動器應用於例如不同的輸送機，這是一個很有用的特性。
本發明的上述說明僅要描述本發明的基本思想。然而，本領域的技術人員可以在權利要求書的範圍內以各種方式實施本發明的具體構成。因此，例如凸輪部件和凸輪軌跡可以與上述不同並可以參考上面提到的芬蘭專利申請公開。不同部件的結構應該保證上述系統的工作。
權利要求
1.一種設置在主動軸(4；4a』)和從動軸(7；7』)之間的扭矩控制制動器，所述制動器包括-設置在主動軸(4；4a』)和從動軸(7；7』)之間並包括一個第一盤(9)和一個第二盤(10)的制動盤/離合器盤部件(9，10)，該第一盤可軸向運動但不可轉動地設置在從動軸(7；7』)上，該第二盤可軸向運動地設置在第一盤(9)和主動軸(4；4a』)之間；-設置在第一盤(9)和第二盤(10)之間的第一組摩擦表面部件(12)；-設置在第二盤(10)和制動器的本體(13)之間的第二組摩擦表面部件(14)；-設置成可軸向壓緊相互作用以實現制動接合的所述盤(9，10)和摩擦表面部件(12，14)的彈簧部件(15，16)；以及-設置在主動軸(4；4a』)和制動盤/離合器盤部件(9，10)之間的凸輪部件(5，6)，該凸輪部件包括一不可轉動地固定在主動軸(4；4a』)上的第一凸輪部件(5)和一不可轉動地設置在第二盤(10)上的第二凸輪部件(6)，該凸輪部件(5，6)通過主動軸(4；4a』)的扭矩和轉動以及可能的從動軸(7；7』)的反扭矩的作用，使所述盤(9，10)和摩擦表面部件(12，14)之間的相對軸向位置改變，以抵抗由彈簧部件(15，16)產生的力而至少部件地分開所述制動接合；其特徵在於-第二盤(10)相對於第二凸輪部件(6)可軸向運動地設置；-第三組摩擦表面部件(19)設置在第二凸輪部件(6)和第一盤(9)之間，以將扭矩從主動軸(4；4a』)傳遞到從動軸(7；7』)。
2.根據權利要求1所述的制動器，其特徵在於，第三組摩擦表面部件(19)設置在第二凸輪部件(6)上。
3.根據權利要求1或2所述的制動器，其特徵在於，第二盤(10)和第三組摩擦表面部件(19)利用一分立的聯接輪(8)設置在第二凸輪部件(6)上。
4.根據權利要求1所述的制動器，其特徵在於，第三組摩擦表面部件(19)安裝在第一盤(9)上。
5.根據上述權利要求中任一項所述的制動器，其特徵在於，制動器的本體(13)包括兩個可彼此相對軸向調整的部件(25，26)，從而可以利用第二本體部件(26)調整和限制第二組摩擦表面部件(14)的作用位置或作用點。
6.根據權利要求5所述的制動器，其特徵在於，螺紋(27)設置在本體部件(25，26)之間。
7.根據上述權利要求中任一項所述的制動器，其特徵在於，彈簧部件(15，16)包括將第一盤(9)壓向第二凸輪部件(6)的第一彈簧組(15)和將第一凸輪部件(5)壓向第二凸輪部件(6)的第二彈簧組(16)，並且第一彈簧組(15)的彈簧力比第二彈簧組(16)的彈簧力大得多。
8.根據上述權利要求中任一項所述的制動器，其特徵在於，兩凸輪部件(5，6)的橫截面呈圓形，並包括沿圓周方向的腎形槽(20)，在該槽的中部設有深部(22)，而在該槽的端部設有淺部(23)，凸輪部件(5，6)通過相對的槽(20)和放置在各相對槽(20)對之間的球(24)彼此連接。
9.根據上述權利要求中任一項所述的制動器，其特徵在於，制動器設置在一電動機驅動的吊鏈起重機(2』)中，從而電動機(3』)的轉子(4』)的軸(4a』)和與其結合的延伸部件(4b』)形成所述主動軸，並且第二凸輪部件(6)、制動盤/離合器盤部件(9，10，8)、起重設備的從動軸(7』)和起重設備(2』)自身以這樣的方式設置在電動機(3』)和位於主動軸(4b』)上的第一凸輪部件(5)之間，即使其上固定有部件(8，10，19)的第二凸輪部件(6)可以在其中轉動和軸向運動，並且起重設備的從動軸(7』)可以在其中轉動。
10.根據權利要求1至8中任一項所述的制動器，其特徵在於，制動器優選地設置在一人工操作的吊鏈起重機(2)中，這時，制動器安置在手動起重機(3)或類似物和起重設備(2)之間。
全文摘要
一種設在主動軸(4；4a』)和從動軸(7；7』)之間的扭矩控制制動器，該制動器包括設在所述軸之間並包括第一盤(9)和第二盤(10)的制動盤/離合器盤部件(9，10)；與制動盤/離合器盤部件相互作用的第一組(12)和第二組(14)摩擦表面部件；利用所述盤部件和摩擦表面部件提供制動接合的彈簧部件(15，16)；以及第一凸輪部件(5)和第二凸輪部件(6)，它們通過主動軸的扭矩和轉動以及可能的從動軸的反扭矩的作用，使所述盤和摩擦表面部件之間的相對軸向位置改變，以抵抗彈簧部件產生的力而至少部分地分開所述制動接合。本發明的實質在於第二盤(10)相對於第二凸輪部件(6)可軸向運動地設置，和第三組摩擦表面部件(19)設在第二凸輪部件(6)和第一盤(9)之間，以將主動軸的扭矩傳給從動軸。
文檔編號F16D67/02GK1521421SQ20041000044
公開日2004年8月18日 申請日期2004年1月20日 優先權日2003年1月22日
發明者I·庫伊瓦邁基, I 庫伊瓦邁基 申請人:Kci科恩起重機有限公司