CN103486235B - 一种弹性阻力机械制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弹性阻力机械制动装置，它包括有机壳、棘齿轮、棘齿圈、行星传动系统、操纵装置，其中，行星传动系统装配在机壳内，棘齿轮装配在行星传动系统的行星内齿圈上，棘齿组合圈包覆在棘齿轮的齿缘上，棘齿组合圈与操纵装置相连接；机壳的机腔内注有润滑油。本方案的优点是能对运转的机车产生线性阻力，实现无级调速、软启动、软停车、过载保护、多点驱动功率平衡的机械制动装置。

Description

一种弹性阻力机械制动装置

技术领域

本发明涉及设备制动技术领域，尤其是指一种弹性阻力机械制动装置。

背景技术

人类自发明机器以来，一直把刹车制动装置作为一个重点来研究，摩擦阻力刹车制动装置是最原始、但至今仍然应用最多的制动装置，它的优点在于结构简单、经济、操作维护方便。缺点是摩擦产生热量、功率过大、刹车时间过长时，刹车过程中摩擦片会被烧蚀而失效。随后人们研制出了品种繁多的软启动装置，例如液力偶合器，液力变矩器，电脑控制自动调速装置，变压软启动器，变频软启动器，液体变电阻软启动器，液粘技术软启动装置等，目前应用最普遍的有四种，机械摩擦阻力装置被用于中小功率制动场合，液粘软启动用于大功率易燃易爆的场合，变频技术被广泛应用在家电和中小机械的配套设施上，电液控制的自动调速装置主要用于高档轿车上。这些装置在应用中存在各自的缺点；液粘技术启动电流大，油液温升快，维护难度大，造价高昂。变频技术在大功率应用时，电子元件功率越大造价越昂贵，功率越大发热量越大，不仅造价高，而且在易燃易爆场合的防爆技术不过关，再有就是没有电网连接场合无法使用，电液控制的自动调速器结构复杂，造价高昂，适应功率有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能对运转的机车产生线性阻力，实现无级调速、软启动、软停车、过载保护、多点驱动功率平衡的机械制动装置。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种弹性阻力机械制动装置，它包括有机壳、棘齿圈、棘齿轮、行星传动系统、操纵装置，其中，行星传动系统装配在机壳内，棘齿轮装配在行星传动系统的行星内齿圈上，棘齿圈包覆在棘齿轮的齿缘上，棘齿圈与操纵装置相连接，棘齿圈底部设有限位块，机壳内腔底部设有限位槽，限位块卡装在限位槽内；机壳的机腔内注有润滑油。

所述的行星传动系统包括有动力输入轴、行星内齿圈、行星架、太阳齿轮、行星齿轮，其中，动力输入轴装配在行星架一侧，行星架另一侧与输出轴连接；太阳齿轮套装在动力输入轴上，并与安装在行星架上的行星齿轮相啮合，行星齿轮与行星内齿圈相啮合，棘齿轮固定在行星内齿圈上；所述的行星齿轮为三个或三个以上，均布在太阳齿轮外围。

所述的操纵装置还包括双向液压缸、液压系统，其中，双向液压缸安装在安装座上，安装座与棘齿圈两端连接；双向液压缸连接由比例阀控制的液压系统。

所述的操纵装置包括有操纵手定位块、操纵手、弹性件、卡块，其中，操纵手固装在偏心锁紧装置上，操纵手一端设有卡位槽，卡块活动装配在卡位槽内，卡块与卡位槽槽底之间设有弹性件；机盖上设有操纵手定位块，操纵手定位块由一弧形板构成，弧形板的内弧面上设有若干均布的卡槽，该卡槽与卡块相配合形成锁紧机构；操纵手尾部设有刹柄，刹柄通过刹车线与卡块连接。

所述的偏心锁紧装置包括有花键轴、压板、压紧螺栓、销轴、连接螺栓、偏心槽板、连接板、偏心槽、销孔，其中，花键轴中部套装在轴套内，轴套通过端盖和第一螺钉固定在机盖上；轴套与端盖的接合区域设有油封；操纵手通过压板和压紧螺栓固装在花键轴外端，花键轴内端与偏心槽板相连接，偏心槽板上设有两条对称的偏心槽；连接板为两个横向的U形机构，该U形机构对称卡装在偏心槽板上，U形机构的两侧侧壁上设有贯穿的销孔，销轴从一侧的销孔上穿入，再穿过偏心槽后从另一侧的销孔穿出；棘齿圈通过连接螺栓装配在连接板上。

所述的棘齿圈包括有限位块、钢带外圈、橡胶棘齿圈、压板、第二螺钉、螺母，锁紧支座，其中，橡胶棘齿圈通过压板、第二螺钉、螺母固装在钢带外圈内，钢带外圈外环底部设限位块，钢带外圈两端分别设有锁紧支座，锁紧支座装配在偏心锁紧装置上。

所述的棘齿圈包括有弹簧钢片、弹片、左锁紧支座、右锁紧支座、卡马、第三螺钉、安装座、压紧螺钉，其中，弹簧钢片为一圆弧形机构，弹簧钢片上冲切有均匀分布的多个弹片，弹片有左右旋向之分，右旋的弹片向右倾，左旋的弹片向左倾；弹簧钢片的两端设有左锁紧支座、右锁紧支座，每个棘齿圈上在左锁紧支座或右锁紧支座上固装有液压缸安装座；双向液压缸通过第三螺钉和卡马锁定在安装座上。

采用正、反双向制动时，所述的棘齿轮为左右两个，采用金属、塑料或聚氨脂橡胶制作成型。

采用单一方向制动时，将棘齿、内齿直接复合形成复合轮代替行星内齿圈和棘齿轮。

所述的机壳的底部或两侧侧壁上均设有限位槽。

本发明与现有技术相比的优点和特性：

第一、力学原理科学：用一对弹性棘齿轮、棘齿圈来控制行星传动系统的内齿圈的转速达到控制负载的运动速度，具有阻力永远呈线性变化，阻力大于锁紧力，可在油中浸泡条件下工作，大功率容易实现，防爆性能好等一系列特性，是软启动设计方法在力学上的突破。

第二、结构简单：在行星传动系统的内齿圈上增加一套弹性棘齿轮、棘齿圈和一个操纵机构就组成了一个完整的无级变速系统，结构跟摩擦抱刹装一样简单。

第三、适应范围广：本发明与行星传动系统等配套支撑的软启动装置，适用于大中型的各个场合的运动机车，特别在易燃易爆的场合更加显出其优越性，应用本发明支撑的无级调速离合器，可适用于各个功率段，各种场合的机器。

第四、安全可靠：本发明在使用过程中没有烧蚀、抱死、失效、变性等问题出现，具有可靠的安全性能。

第五、性价比高：就单纯大功率300KW以上的软启动系统来说，本发明与液粘技术及变频技术相比，其制造成本不超过二分之一，而性能远优于现有技术，特别在节能、防爆、使用维修等方面有不可比拟的优势。

第六、操作简单，维护方便：本发明的操作性能优于摩擦制动装置，这是因为它具有产生的制动阻力大于棘齿圈对棘齿轮的锁紧力、没有烧蚀、抱死等现象出现；而在维修方面更方便，既无易损件，又不需单独的润滑系统，只需一年半载的例行检修。

附图说明

图1为本发明的手动操纵结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为棘齿轮、内齿圈为分体的示意图。

图4为橡胶棘齿圈结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为偏心锁紧装置结构示意图。

图7为图6的俯视图。

图8为本发明双向液压缸驱动的结构示意图。

图9为棘齿轮、内齿圈复合结构示意图。

图10为弹簧钢片棘齿圈结构示意图。

图11为图10的俯视图。

图12为反转制动装置的示意图。

具体实施方式

下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：

实施例1

参见附图1至附图8、附图12，本实施例所述的弹性阻力机械制动装置，它包括有机壳1、棘齿圈3、棘齿轮5、行星传动系统、操纵装置、偏心锁紧装置10，其中，行星传动系统装配在机壳1内，机壳1的机腔内注有润滑油18；所述的行星传动系统包括有动力输入轴4、行星内齿圈6、行星架7、太阳齿轮8、行星齿轮9，其中，动力输入轴4装配在行星架7一侧，行星架7另一侧与输出轴连接；太阳齿轮8套装在动力输入轴4上，并与安装在行星架7内的行星齿轮9相啮合，行星齿轮9与行星内齿圈6相啮合，所述的行星齿轮9为三个或根据实际需要进行增减，行星齿轮9均布在太阳齿轮8外围。棘齿轮5套装在行星内齿圈6上，棘齿轮5、棘齿圈3的制造材料可以为弹性材料或刚性材料，选择材料时，必须保有一种结构是用弹性材料制造，所述的弹性材料可以是聚氨脂橡胶也可以是弹簧钢板冲制成悬臂片弹簧做成棘齿。刚性材料可以是金属、塑料。棘齿圈、棘齿轮应保证基本同轴安装。本实施例的棘齿轮5固装在行星内齿圈6上。棘齿轮5的齿形是以运动方向为基准，前高后低的锯齿形；棘齿圈3包覆在棘齿轮5的齿缘上，棘齿圈3包括有限位块3.1、钢带外圈3.2、橡胶棘齿圈3.3、棘齿圈压板3.4、第二螺钉3.5、螺母3.6，锁紧支座3.7，其中，橡胶棘齿圈3.3通过棘齿圈压板3.4、第二螺钉3.5、螺母3.6固装在钢带外圈3.2内，橡胶棘齿圈3.3上的齿形跟棘齿轮基本一样，但基准的方向相反，即前低后高，对应于棘齿轮，齿圈上的齿应错动一个角度，这个角度的大小为一个棘齿轮上的棘齿所占的分度角除以棘齿圈的齿数，这样就会使棘齿圈与棘齿轮的齿接触力能均匀分布。钢带外圈3.2外环底部设限位块3.1，机壳1内腔底部设有限位槽2，限位块3.1卡装在限位槽2内，钢带外圈3.2两端分别设有锁紧支座3.7，锁紧支座3.7装配在偏心锁紧装置10上。偏心锁紧装置10包括有花键轴10.1、阻力压板10.2、压紧螺栓10.3、销轴10.4、连接螺栓10.5、偏心槽板10.6、连接板10.7、偏心槽10.8、销孔10.9，其中，花键轴10.1中部套装在轴套11内，操纵手17通过阻力压板10.2和压紧螺栓10.3固装在花键轴10.1外端，花键轴10.1内端与偏心槽板10.6相连接，偏心槽板10.6上设有两条对称的偏心槽10.8；连接板10.7为两个横向的U形机构，该U形机构对称卡装在偏心槽板10.6上，U形机构的两侧侧壁上设有贯穿的销孔10.9，销轴10.4从一侧的销孔10.9上穿入，再穿过偏心槽10.8后从另一侧的销孔10.9穿出；棘齿圈3通过连接螺栓10.5装配在连接板10.7上。轴套11通过端盖14和第一螺钉15固定在机盖13上；轴套11与端盖14的接合区域设有油封12；机盖13上设有操纵装置，操纵装置包括有操纵手定位块16、操纵手17、弹性件17.1、卡块17.2，其中，操纵手17固装在偏心锁紧装置上，操纵手17一端设有卡位槽17.3，卡块17.2活动装配在卡位槽17.3内，卡块17.2与卡位槽17.3槽底之间设有弹性件17.1；机盖13上设有操纵手定位块16，操纵手定位块16由一弧形板构成，弧形板的内弧面上设有若干均布的卡槽，该卡槽与卡块17.2相配合形成锁紧机构；操纵手17尾部设有刹柄17.4，刹柄17.4通过刹车线与卡块17.2连接。

工作时，棘齿圈对棘齿轮不约束，输入轴带动太阳轮转动；因行星架与负载连接而负荷大于行星内齿圈，所以行星架不动，行星内齿圈转动。当调控操纵机构锁紧棘齿圈，棘齿圈上的棘齿开始与棘齿轮上的棘齿相啮合，这时棘齿圈是不能转动的，而棘齿轮则与内齿圈一起转动，在棘齿的啮合部分产生弹性阻力，硬度大的齿必然将硬度小的齿挤压到硬齿能通过为止，在这个过程中，两齿之间在切向方向产生拉力，这股力100%成为制动力，两齿之间在径向方向产生正压力，这个正压力乘以两齿的摩擦因数即可获得另一股制动力，那么单独啮合的一对齿所获得的制动阻力是拉力和摩擦阻力之和。另外，在棘齿圈压向棘齿轮的过程中，只有两个相啮合的齿正好相互顶撞时才有阻力，而不相顶撞的齿就没有阻力，但脱离时，棘齿轮上的齿都要轮流挣脱棘齿圈上的齿，这样就可得出一个结论：本发明产生的制动阻力远大于棘齿圈的锁紧力。由于棘齿轮上齿数排布与棘齿圈上的齿数排布错开了一个角度，这样就会在每一个瞬间只有一对啮合齿陡然卸载，总体运转过程比较平稳。从以上所述的技术方案和工作过程可以看出，本发明的制动力由齿形，齿宽，齿的材料物理性能和啮合量来决定的，前三个条件是已确定的，啮合量可以通过操纵来确定，因此本发明的制动阻力是可控的，可以实现双向无级调速。另外聚氨脂橡胶有优异的耐油性、耐磨性，强度达到400KG/cm²以上，硬度达到肖氏100℃，变形率达5~10倍，因此不管是用聚氨脂橡胶或优质弹簧钢板做弹性棘齿，都适应在油液中工作，与行星系统的齿轮有很好的工作环境相容性，这样就为制动装置半离合状态长时间工作创造了良好的散热条件。

实施例2

参见附图9至附图12，本实施例与实施例1所不同的是：操纵装置由双向液压缸A9、液压系统A10构成，其中，双向液压缸A9安装在安装座上，安装座与棘齿圈3两端连接；双向液压缸A9连接由比例阀控制的液压系统A10。棘齿轮5由外廓棘齿A5.1、内齿A5.2构成的复合轮，该复合轮是将棘齿轮与内齿圈合并设计的结构。棘齿圈3包括有弹簧钢片A3.2、弹片A3.3、左锁紧支座A3.4、右锁紧支座A3.5、卡马A3.6、第三螺钉A3.7、安装座A3.8，其中，弹簧钢片A3.2为一圆弧形机构，弹簧钢片A3.2上冲切有均匀分布的多个弹片A3.3，弹片A3.3有左右旋向之分，右旋的弹片向右倾，左旋的弹片向左倾；弹簧钢片A3.2的缺口部位设有左锁紧支座A3.4、右锁紧支座A3.5，在一个棘齿圈上只在左锁紧支座A3.4或右锁紧支座A3.5上固装有液压缸安装座A3.8；液压油缸A9通过第三螺钉A3.7和卡马A3.6锁定在安装座A3.8上。本实施例的结构为自动控制机构，尤其适用于大功率设备。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种弹性阻力机械制动装置，其特征在于：它包括有机壳（1）、棘齿圈（3）、棘齿轮（5）、行星传动系统、操纵装置，其中，行星传动系统装配在机壳（1）内，棘齿轮（5）装配在行星传动系统的行星内齿圈（6）上，棘齿圈（3）包覆在棘齿轮（5）的齿缘上，棘齿圈（3）与操纵装置相连接，棘齿圈（3）底部设有限位块（3.1），机壳（1）内腔底部设有限位槽（2），限位块（3.1）卡装在限位槽（2）内；机壳（1）的机腔内注有润滑油（18）；所述的行星传动系统包括有动力输入轴（4）、行星内齿圈（6）、行星架（7）、太阳齿轮（8）、行星齿轮（9），其中，动力输入轴（4）装配在行星架（7）一侧，行星架（7）另一侧与输出轴连接；太阳齿轮（8）套装在动力输入轴（4）上，并与安装在行星架（7）上的行星齿轮（9）相啮合，行星齿轮（9）与行星内齿圈（6）相啮合，棘齿轮（5）固定在行星内齿圈（6）上；所述的行星齿轮（9）为三个或三个以上，均布在太阳齿轮（8）外围；所述的操纵装置包括有操纵手定位块（16）、操纵手（17）、弹性件（17.1）、卡块（17.2），其中，操纵手（17）固装在偏心锁紧装置（10）上，操纵手（17）一端设有卡位槽（17.3），卡块（17.2）活动装配在卡位槽（17.3）内，卡块（17.2）与卡位槽（17.3）槽底之间设有弹性件（17.1）；机盖（13）上设有操纵手定位块（16），操纵手定位块（16）由一弧形板构成，弧形板的内弧面上设有若干均布的卡槽，该卡槽与卡块（17.2）相配合形成锁紧机构；操纵手（17）尾部设有刹柄（17.4），刹柄（17.4）通过刹车线与卡块（17.2）连接；所述的偏心锁紧装置（10）包括有花键轴（10.1）、阻力压板（10.2）、压紧螺栓（10.3）、销轴（10.4）、连接螺栓（10.5）、偏心槽板（10.6）、连接板（10.7）、偏心槽（10.8）、销孔（10.9），其中，花键轴（10.1）中部套装在轴套（11）内，轴套（11）通过端盖（14）和第一螺钉（15）固定在机盖（13）上；轴套（11）与端盖（14）的接合区域设有油封（12）；操纵手（17）通过阻力压板（10.2）和压紧螺栓（10.3）固装在花键轴（10.1）外端，花键轴（10.1）内端与偏心槽板（10.6）相连接，偏心槽板（10.6）上设有两条对称的偏心槽（10.8）；连接板（10.7）为两个横向的U形机构，该U形机构对称卡装在偏心槽板（10.6）上，U形机构的两侧侧壁上设有贯穿的销孔（10.9），销轴（10.4）从一侧的销孔（10.9）上穿入，再穿过偏心槽（10.8）后从另一侧的销孔（10.9）穿出；棘齿圈（3）通过连接螺栓（10.5）装配在连接板（10.7）上。

2.根据权利要求1所述的一种弹性阻力机械制动装置，其特征在于：操纵装置替换为包括双向液压缸（A9）、液压系统（A10），其中，双向液压缸（A9）安装在安装座（A3.8）上，安装座（A3.8）与棘齿圈（3）两端连接；双向液压缸（A9）连接由比例阀控制的液压系统（A10）。

3.根据权利要求1所述的一种弹性阻力机械制动装置，其特征在于：棘齿圈（3）包括有限位块（3.1）、钢带外圈（3.2）、橡胶棘齿圈（3.3）、棘齿圈压板（3.4）、第二螺钉（3.5）、螺母（3.6），锁紧支座（3.7），其中，橡胶棘齿圈（3.3）通过棘齿圈压板（3.4）、第二螺钉（3.5）、螺母（3.6）固装在钢带外圈（3.2）内，钢带外圈（3.2）外环底部设限位块（3.1），钢带外圈（3.2）两端设有锁紧支座（3.7），锁紧支座（3.7）装配在偏心锁紧装置（10）上。

4.根据权利要求2所述的一种弹性阻力机械制动装置，其特征在于：棘齿圈（3）包括有弹簧钢片（A3.2）、弹片（A3.3）、左锁紧支座（A3.4）、右锁紧支座（A3.5）、卡马（A3.6）、第三螺钉（A3.7）、安装座（A3.8）、压紧螺钉，其中，弹簧钢片（A3.2）为一圆弧形机构，弹簧钢片（A3.2）上冲切有均匀分布的多个弹片（A3.3），弹片（A3.3）有左右旋向之分，右旋的弹片向右倾，左旋的弹片向左倾；弹簧钢片（A3.2）的两端设有左锁紧支座（A3.4）、右锁紧支座（A3.5），左锁紧支座（A3.4）、右锁紧支座（A3.5）上固装有液压缸安装座（A3.8）；双向液压缸（A9）通过第三螺钉（A3.7）和卡马（A3.6）锁定在安装座（A3.8）上。

5.根据权利要求1所述的一种弹性阻力机械制动装置，其特征在于：棘齿轮（5）分别为左、右两个，采用金属、塑料或聚氨脂橡胶制作成型。

6.根据权利要求1所述的一种弹性阻力机械制动装置，其特征在于：棘齿轮（5）由棘齿（A5.1）、内齿（A5.2）构成，所述的棘齿（A5.1）、内齿（A5.2）直接复合形成复合轮（A5）代替行星内齿圈（6）和棘齿轮（5）。

7.根据权利要求1所述的一种弹性阻力机械制动装置，其特征在于：机壳（1）的底部或两侧侧壁上设有限位槽（2）。