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CN107401565B - 一种高精度制动机构 - Google Patents

一种高精度制动机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高精度制动机构，包括制动开关、制动盘、开关连接架、旋转轴和驱动装置；所述驱动装置连接在旋转轴的输入端，其特征在于所述制动盘安装在旋转轴的轴肩上，随旋转轴作旋转运动；所述制动开关安装在开关连接架上；所述制动开关包括电磁开关、复位弹簧和铁芯，所述铁芯插入到电磁开关内的柱状通孔内，并由复位弹簧完成所述电磁开关和铁芯之间的连接；所述制动盘包括固定基座和六个相同结构的盘齿；六个盘齿以固定基座为中心均匀分布在固定基座的圆柱侧面上，每个盘齿从固定基座连接端到盘齿末端，盘齿宽度逐渐减小；盘齿的末端两侧对称设置有V型凹槽；所述固定基座为底端封盖的圆筒型。

Description

一种高精度制动机构
技术领域
本发明涉及传动控制技术领域，尤其涉及一种高精度制动机构。
背景技术
现在使用中的制动器或制动系统，基本都采用电磁铁及弹簧的结构，且制动盘为圆环形状，主要通过摩擦制动而制动，运动系统接通电源，同时电磁制动线圈得电，产生磁力，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的定子与转子分离，旋转轴正常运转；运动系统断电，同时电磁制动线圈也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与电磁铁分开，并使制动器的转子紧紧压住定子，旋转轴由于定子与转子之间的摩擦被制动而停转，达到制动目的。
上述制动器，需要较大的线圈产生足够的磁力，对弹簧的弹力要求也比较大，结构复杂；在制动过程中，由于采用摩擦制动原理来实现制动目的，会在制动过程中产生较大热量，对散热的要求比较高，如果应用于高速旋转机构中，如何解决散热问题是一个难题；上述制动器由于运用摩擦制动原理，在一定体积限制下，制动力矩比较小；采用上述结构的制动器，其结构复杂，重量大，体积大，互换性较低，成本高，散热困难。传统的励磁制动器，如三木普利的励磁制动器，分离式的型号，安装时需要保证定子与转子之间有一个固定间隙，这个间隙，一般是0.2-0.5mm，由于非常小，很难保证其精确性，而且这个精度需要客户自己保证，销售商不负责装配，在运动过程中，稍微大一些的轴向窜动就有可能干扰到这个间隙，使得定子与转子发生接触，安装不方便。而对于一体式的制动器来说，虽然并不用保证其间隙，但是价格昂贵，约500元，造价较高，且结构复杂，由于是一体式的，如果使用过程中发生问题，很难做到通过更换受损部件达到维修的目的，更多的是需要换一个新的制动器。
另外，申请号为2015108280611的中国专利公开一种抱闸装置，该装置采用电磁开关阻挡转盘实现制动，但制动盘与轴的连接方式是顶丝连接，安装不牢靠；且盘齿为条状矩形，在制动过程中，易与电磁铁之间发生径向滑移，导致制动失效；制动机构的构件中没有谐波减速器等类似的大减速比减速机构，其制动精度不高，需要的制动力矩比较大；电磁开关通过铁片连接到定子上，强度低，不牢固，易损坏；电磁开关所占轴向距离较大，需要为电磁开关预留其电磁铁所能达到的极限高度位置的距离，空间利用率低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种高精度制动机构。该机构采用电磁铁的铁芯插入到盘齿中，通过机械限位形式实现制动，且能显著降低成本、减小部件重量、节省安装空间，同时能提高制动效果和机构互换性，可应用于高减速比的运动机构。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种高精度制动机构，包括制动开关、制动盘、开关连接架、旋转轴和驱动装置；所述驱动装置连接在旋转轴的输入端，其特征在于所述制动盘安装在旋转轴的轴肩上，随旋转轴作旋转运动；所述制动开关安装在开关连接架上；
所述制动开关包括电磁开关、复位弹簧和铁芯，所述铁芯插入到电磁开关内的柱状通孔内，并由复位弹簧完成所述电磁开关和铁芯之间的连接；
所述制动盘包括固定基座和六个相同结构的盘齿；六个盘齿以固定基座为中心均匀分布在固定基座的圆柱侧面上，每个盘齿从固定基座连接端到盘齿末端，盘齿宽度逐渐减小；盘齿的末端两侧对称设置有V型凹槽；所述固定基座为底端封盖的圆筒型，在固定基座的底端开有中心通孔和若干数量的螺钉孔，若干数量的螺钉孔以中心通孔为中心均匀布置在固定基座的底面上；所述旋转轴上设有轴肩，旋转轴的输入端依次穿过制动盘的固定基座、开关连接架与驱动装置连接，同时固定基座通过螺钉穿过固定基座上的螺钉孔与旋转轴的轴肩位置固定，开关连接架同时固定着驱动装置；
所述开关连接架包括用于支撑制动盘的支撑盘和弯折板，支撑盘垂直于旋转轴；弯折板与支撑盘连接，且向驱动装置所在一侧弯折，所述电磁开关固定安装在弯折板上，铁芯垂直于盘齿所在平面；在制动时，铁芯恰好能卡在V型凹槽内。
与现有技术相比，本发明高精度制动机构的有益效果是：
1)本发明采用六角制动盘，且制动盘直接与旋转轴通过螺钉连接，安装牢靠，并由旋转轴的轴肩进行定位，通过机械限位制动。且盘齿上设有V型凹槽能够防止制动时出现径向滑移现象。
2)本发明中的制动开关中的铁芯的伸长量可以达到3mm，能够克服由于轴向窜动而导致制动效果差的问题，降低了安装要求，安装方便。制动开关直接固定安装在弯折板上，拆装非常方便；
3)本发明中的开关板连接架不仅用于连接制动开关，并且同时固定驱动装置，支撑制动盘，在轴向上几乎不占空间，而且开关连接架设有折弯板，对开关连接架接下来与其他固定件连接产生的影响较小，在电气方面，由于板面部分弯折，方便连接板两侧的走线，省去了专门设计走线孔的步骤。
4)本发明机构中连接大减速比的谐波减速器，且由于制动原理是断电状态下的机械限位，可以达到的制动力矩非常大，能够显著降低机构所需的制动力矩，提高机构的使用寿命。
综上，本发明机构的电子元器件较少，核心元件能够方便购买到，价格便宜，成本较低；且机构尺寸相对较小能够显著节省安装空间，减少部件重量，降低了整个机构的体积和重量；简单实用，拆装简便，电磁开关可以直接购买到，类似于标准件，如果发生故障，可以直接购买替换，具有较高的互换性；只有两种工作状态，控制简便，制动精度高。
附图说明
图1为本发明高精度制动机构的整体结构示意图。
图2为本发明高精度制动机构的四分之一剖的剖面结构示意图。
图3为本发明高精度制动机构一种实施例中制动开关1的立体结构示意图。
图4为本发明高精度制动机构一种实施例中开关连接架2的立体结构示意图。
图5为本发明高精度制动机构一种实施例中制动盘3的立体结构示意图。
图中，1、制动开关，2、开关连接架，3、制动盘，4、旋转轴，5、谐波减速器，6、驱动装置，1-1、电磁开关，1-2、铁芯，1-3、复位弹簧，2-1、弯折板，2-2、支撑盘，3-1、固定基座，3-2、盘齿。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详细予以说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用来限定本发明权利要求的保护范围。
本发明高精度制动机构(简称机构或制动机构，参见图1-5)包括制动开关1、制动盘3、开关连接架3、旋转轴4和驱动装置6；所述制动盘安装在旋转轴的轴肩上，随旋转轴作旋转运动；所述驱动装置连接在旋转轴的输入端，驱动旋转轴进行旋转运动，以使旋转轴4相对于开关连接架2进行转动；所述制动开关安装在开关连接架上；
所述制动开关1(参见图3)包括电磁开关1-1、复位弹簧1-3和铁芯1-2，所述铁芯插入到电磁开关内的柱状通孔内，并由复位弹簧完成所述电磁开关和铁芯之间的连接；
所述制动盘3(参见图5)包括固定基座3-1和六个相同结构的盘齿3-2，盘齿3-2能够有效且稳定实现阻挡作用；六个盘齿3-2以固定基座3-1为中心均匀分布在固定基座3-1的圆柱侧面上，每个盘齿从固定基座连接端到盘齿末端，盘齿宽度逐渐减小；盘齿的末端两侧对称设置有V型凹槽；所述固定基座3-1为底端封盖的圆筒型，在固定基座3-1的底端开有中心通孔和若干数量的螺钉孔，若干数量的螺钉孔以中心通孔为中心均匀布置在固定基座的底面上；所述旋转轴上设有轴肩，旋转轴的输入端依次穿过制动盘的固定基座、开关连接架3与驱动装置6连接，同时固定基座3-1通过螺钉穿过固定基座上的螺钉孔与旋转轴的轴肩位置固定，开关连接架3同时固定着驱动装置；
所述开关连接架2包括弯折板2-1和支撑盘2-2，支撑盘垂直于旋转轴，用于支撑制动盘；弯折板与支撑盘连接，且向驱动装置所在一侧弯折，所述电磁开关1-1固定安装在弯折板上，铁芯垂直于盘齿所在平面；在制动时，铁芯恰好能卡在V型凹槽内，防止铁芯末端相对盘齿发生径向滑移而导致制动失效。
本发明的进一步特征在于所述盘齿末端为箭头型，当制动机构应用在不规则密封空间时，可以避免与空间内壁发生意外碰撞。
本发明的进一步特征在于该机构还包括谐波减速器，所述谐波减速器安装在旋转轴的输出端，进行输出，所述谐波减速器的减速比为80以上。所述谐波减速器具有高减速比和放大驱动力矩的特点，能够提高制动机构的制动精度，降低制动机构制动所需的力矩。在断电情况下，铁芯通过插入到相邻盘齿间的间隙中实现了对制动盘的机械限位，由于旋转轴经过高减速比的谐波减速器后输出，那么对于输出端，在100减速比的条件下，该机构可达到误差不超过0.6°的制动精度，并减小制动所需力矩，增加了机构的使用寿命。
本发明机构的工作原理及过程是：断电时，所述驱动装置断电，同时电磁开关也断电，失去磁力，铁芯在复位弹簧的弹力作用下，弹出柱状通孔，插入到制动盘的相邻两个盘齿的间隙中，阻碍盘齿转动，完成对旋转轴的制动。通电时，所述电磁开关通电，电磁开关产生磁性，克服复位弹簧的弹力，对铁芯进行吸合，铁芯离开制动盘相邻两个盘齿的间隙，旋转轴正常运转，取消制动。
在实际制动过程中，如果给负载端施加力，那么反向经过谐波减速器后，盘齿会在60°内摆动，而电磁铁插入到两盘齿的间隙中，保证摆动幅度不大于60°，那么负载端的移动角度就不会超过0.6°，达到制动效果，所以并不是严格地固定在V形槽中。
本发明机构中设置为V型凹槽，便于加工，且对盘齿的强度要求较低，在制动时与铁芯的接触面积较小，受力较小，能够避免制动时撞断盘齿现象的发生。本发明中的驱动装置6可以是外加的任何轴输出的动力装置。
实施例1
本实施例高精度制动机构包括制动开关1、制动盘3、开关连接架3、旋转轴4和驱动装置6；所述制动盘安装在旋转轴的轴肩上，随旋转轴作旋转运动；所述驱动装置连接在旋转轴的输入端，驱动旋转轴进行旋转运动，以使旋转轴4相对于开关连接架2进行转动；所述制动开关安装在开关连接架上；
所述制动开关1包括电磁开关1-1、铁芯1-2和复位弹簧1-3，所述电磁开关1-1固定在开关连接架2上，所述铁芯1-2插入到电磁开关1-1中央的柱形通孔中，并由复位弹簧1-3完成所述电磁开关1-1和铁芯1-2之间的连接；所述电磁开关1-1通过M2的螺钉固定在开关连接板2上，以使电磁开关1-1牢靠的固定，使整个制动机构稳定提供基础。断电时，所述电磁开关1-1断电，铁芯1-2在复位弹簧1-3的弹力作用下，弹出柱状通孔，插入到制动盘3相邻两盘齿3-2的间隙中，达到制动效果；通电时，所述电磁开关1-1产生磁性，克服复位弹簧1-3的弹力，对铁芯1-2进行吸合，铁芯1-2离开制动盘3相邻两盘齿3-2之间的间隙，旋转轴4正常旋转，解除制动。
制动盘3包括固定基座3-1和六个相同结构的盘齿3-2，盘齿3-2能够有效且稳定实现阻挡作用，六个盘齿3-2在360°内等分排列在固定基座的圆柱侧面上，每个盘齿呈类似宝剑的形状，长30mm，末端宽为5mm；所述盘齿3-2距末端5mm处的两侧对称设置有深1.5mm的V型凹槽，该V型凹槽的内凹最低点距制动盘3中心距离为35mm，制动开关1中的铁芯1-2中心轴距旋转轴4中心的距离也为35mm，该V型凹槽恰好能卡住铁芯，能够牢靠地阻挡铁芯1-2，防止因力矩过大，使得铁芯1-2末端相对盘齿3-2发生径向滑移而导致制动失效。
制动盘3的固定基座通过4个M2的螺钉固定在旋转轴4上，采用螺钉连接使制动盘3非常牢靠的固定在旋转轴4上，可承受较大力矩，保证后续制动过程易于实现。
所述开关连接架2包括弯折板2-1和支撑盘2-2，支撑盘垂直于旋转轴，用于支撑制动盘；弯折板与支撑盘连接为一体，且向驱动装置所在一侧弯折，弯折板与外部安装壳体之间存在走线空间；
所述旋转轴4的输出端连接到谐波减速器5上，通过谐波减速器5减速后输出，在谐波减速器5100减速比的条件下，所需制动力矩将减小100倍，由于所述制动机构的制动原理是断电状态下的机械限位，那么制动机构的所能承受的极限制动力矩将非常大，相对的，可以增加所述制动机构的使用寿命。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上上述仅为本发明型的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明权利要求的保护范围之内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种高精度制动机构，包括制动开关、制动盘、开关连接架、旋转轴和驱动装置；所述驱动装置连接在旋转轴的输入端，其特征在于所述制动盘安装在旋转轴的轴肩上，随旋转轴作旋转运动；所述制动开关安装在开关连接架上；
所述制动开关包括电磁开关、复位弹簧和铁芯，所述铁芯插入到电磁开关内的柱状通孔内，并由复位弹簧完成所述电磁开关和铁芯之间的连接；
所述制动盘包括固定基座和六个相同结构的盘齿；六个盘齿以固定基座为中心均匀分布在固定基座的圆柱侧面上，每个盘齿从固定基座连接端到盘齿末端，盘齿宽度逐渐减小；盘齿的末端两侧对称设置有V型凹槽；所述固定基座为底端封盖的圆筒型，在固定基座的底端开有中心通孔和若干数量的螺钉孔，若干数量的螺钉孔以中心通孔为中心均匀布置在固定基座的底面上；所述旋转轴上设有轴肩，旋转轴的输入端依次穿过制动盘的固定基座、开关连接架与驱动装置连接，同时固定基座通过螺钉穿过固定基座上的螺钉孔与旋转轴的轴肩位置固定，开关连接架同时固定着驱动装置；
所述开关连接架包括用于支撑制动盘的支撑盘和弯折板，支撑盘垂直于旋转轴；弯折板与支撑盘连接，且向驱动装置所在一侧弯折，所述电磁开关固定安装在弯折板上，铁芯垂直于盘齿所在平面；在制动时，铁芯恰好能卡在V型凹槽内。
2.根据权利要求1所述的高精度制动机构，其特征在于所述盘齿末端为箭头型。
3.根据权利要求1或2所述的高精度制动机构，其特征在于该机构还包括谐波减速器，所述谐波减速器安装在旋转轴的输出端，进行输出，所述谐波减速器的减速比为80以上。
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