CN102165209B - 传力组件 - Google Patents

Abstract

一种传力组件，该传力组件传递力以便接合和分离从动轴。当传力组件被接合时，前、后环形压板(32、34)磨擦地保持固定安装在轴上的转子并停止轴的旋转。通过提供磨擦材料(72)基本上接合转子(36)的整个工作表面的磨擦表面，该传力组件使转矩最大而惯性最小。该传力组件包括直接附接到安装凸缘上的可轴向移动的外壳。

Description

传力组件

技术领域

本发明总体涉及传力组件，尤其是具有浮动外壳的环形制动器或离合器组件，以便当作为制动器应用时传递力以保持轴不旋转，而当作为离合器应用时传递旋转。

背景技术

本文所用的术语“传力组件”是指能够用作离合器或制动器的组件。这些类型的组件本文中也称为离合器-制动器组件。尽管本发明尤其适合于用作制动器组件并参照这种应用进行详细说明，但显而易见的是，本发明可同等地用作离合器、制动器，或者更简单地称为传力组件。在本文中，术语“传力组件”将与术语“环形制动器组件”可互换地使用。

已知的离合器-制动器组件已经在先与轴连接以控制动力传递。这些已知的离合器-制动器组件已经在制罐机械、压力驱动装置和剪切驱动装置以及其它机械方面使用。已知的离合器-制动器组件在美国专利N0s.5,046,593；5,257,684；5,577,581和6,637,568中公开。

当机械具有不同的工作特性时，离合器-制动器组件的传力能力必须与利用该离合器-制动器组件的机械的工作特性相对应。因此，第一机械可能要求传递较大的力以使轴旋转和保持轴不旋转，而另一种机械可能要求较小的力以使轴旋转和保持轴不旋转。因此这些装置的尺寸和转矩将随着应用而改变。

尽管本发明的环形制动器组件可以在要求制动力的任何应用中使用，但它尤其在工业应用中适合作为采矿和建筑工业中的电动拉铲挖掘机或单斗挖掘机中的每个电动马达的制动器。在这些类型的应用中，转子沿一个方向连续地加速，沿相反方向停止和加速。转子在运行期间与马达轴一起前后旋转。旋转部件的较低惯性值意味着更快的循环时间，而更快的循环时间意味着更大的产量。

因此，在这些和其它应用中仍然需要能使惯性最小和使转矩最大的制动器组件。

发明内容

本发明涉及使惯性最小而转矩最大的传力组件。磨擦材料与转子的基本全部工作表面接触以便优化转矩/惯性比。磨擦材料可以安装在夹紧到转子上的压板上，或者可选地安装在转子本身上。传力组件包括附接到静止不动的安装凸缘的可轴向移动的外壳。穿过安装凸缘和外壳的中央开口容纳从动轴。外壳包含固定地附接到轴上的转子。外壳包括设在转子的每一侧上的具有磨擦表面的前环形压板和后环形压板。外壳还包括环形活塞，该环形活塞可相对于前环形压板沿第一方向流体地移动，以便释放从动轴进行旋转。所述活塞还可沿第二方向轴向移动，以便挤压前环形压板和后环形压板抵靠转子以实现制动作用。

在一个实施例中，多个弹簧相对于前环形压板和后环形压板沿第二方向推动活塞以实现制动作用。其它实施例可包括沿第二方向移动环形活塞的其它偏压装置，例如气动或液压活塞和缸。

构成本发明的各种独创性特征在说明书所附的并形成说明书的一部分的权利要求书中详细列出。为了更好地理解本发明，可参见其中示出和描述了优选实施例的附图和说明内容。

附图说明

通过结合附图考虑下面的说明，可以更清楚地看到本发明的上述特征和其它特征，其中：

图1是本发明的环形制动器组件的正视透视图；

图2是图1的环形制动器组件的剖视图；

图3是图1和2的环形制动器组件的分解图；

图4是环形制动器组件的前视图；

图5是环形制动器组件的局部剖视图；

图6是其上设有磨擦材料的转子的透视图；

图7是固定地安装在马达的轴上的转子的局部剖视图；和

图8A-8C示出转子的其它实施例。

具体实施方式

图1中所示的总体用标号20表示的环形制动器组件可在第一分离(即脱离接合)状态或非制动模式和第二接合状态或制动模式之间操作。当环形制动器组件20处于分离状态时，制动器组件20释放来自从动轴的磨擦力。当制动器组件20处于第二接合状态时，制动器组件20起作用以保持轴不旋转。

本发明的环形制动器组件20克服了现有技术的制动器组件的多个缺陷。特别地，现有技术的制动器组件利用花键轮毂为轴上的转子提供轴向自由度。随着花键的磨损，盘变得不平衡并出现其它摩损问题。除了修理过程中所涉及的与停机时间有关的问题以外，花键轮毂的制造和更换费用都很高。

与这些现有技术的装置不同，本发明的环形制动器组件20采用固定地附接到从动轴上的转子，如本文稍后更详细说明的。本发明的制动器组件20的结构还使得能够在不像现有技术的制动器组件那样进行完全拆卸的情况下，对磨擦材料进行更换。

首先参见图1，总体用标号20表示的环形制动器组件包括具有有限的轴向移动范围的可轴向移动的外壳22，该外壳22连接到静止不动的安装凸缘24。安装凸缘24附接到马达或机械例如压床的框架。外壳22和安装凸缘24具有用于容纳由马达30或其它机械驱动的可旋转轴28(在图7中示出)的中央开口26。外壳22包括可轴向移动的前环形压板32和后环形压板34，该前环形压板32和后环形压板34具有位于转子36的每一侧上的磨擦表面，以用于在转子36上施加和释放夹紧负荷。转子36固定地连接到轴28并与其一起旋转。采用螺旋形卷簧38的阵列来将环形活塞40致动成制动模式，从而向压板32、34施加力以便在转子36上施加夹紧负荷。环形活塞40以这样的布置设在缸或盖件42内，即，所述布置形成环形流体室43，该环形流体室43构造成容纳使环形活塞沿图2中箭头A所示的第一方向移动的体积可变的加压流体。在缸42、活塞40、前压板32和后压板34、以及安装凸缘24的外部区域中的多个径向通道46在轴向上对准，以便接纳每一端都具有螺纹的导杆44，并且紧固件45将这些部件连接和保持在一起。本文所使用的术语“浮动外壳”是指外壳22的可轴向移动的部件，这些部件是前环形压板32和后环形压板34、螺旋形卷簧38的阵列、环形活塞40、以及缸42。本发明的另一实施例可包括在转子上施加夹紧力的气压或液压，以及利用弹簧阵列来分离或释放夹紧力。此实施例可以应用于汽车、卡车、或其它车辆应用。

转子36具有大致圆柱形状并优选地包括居中设置的轮毂48，该轮毂48具有用于定位在轴28上的孔50。轮毂48可以是转子36的一体部分并一起铸成一个部件，或者轮毂48利用紧固件单独地附接到转子36上。转子36与轴28一起相对于外壳22的在有限范围内可轴向移动的部件旋转。转子36在形成用于磨擦接合的工作表面区域的每一侧上都具有平坦的表面。在一个实施例中，轮毂48中的孔50成锥形并被接纳在从马达30对应地成锥形的轴28上，如图7中最佳示出的。转子36在轴28上被牢固地保持就位。合适的紧固件例如螺母51或类似锁紧装置旋拧在轴28的端部上。一种可替代的实施例包括利用已知的无键锁紧衬套或螺母将转子36保持在直的轴28上。下面转到图8A-8C，图8A-8C示出了用标号136、236和336表示的转子36的各种实施例。转子136包括具有加强肋140的环形间隙138。间隙138和加强肋140消散由制动作用所产生的热量并延长转子的工作寿命。转子236具有实心金属构造，该实心金属构造包含多个从中穿过的开口238，所述开口238用于冷却以及使来自于制动作用的碎屑和气体能够逸出。转子336通过提供具有支承肋342的环形间隙338和多个开口340两者，将转子136和转子236的特征相组合，以便在制动模式期间使碎屑和气体能够逸出和能够散热。

在附图所示的实施例中，当在环形制动器组件20上有流体压力时，制动器处于分离状态。用于对制动器组件加压的合适的流体包括从流体源例如空气压缩机(未示出)引入的空气，空气压缩机是本领域公知的装置。空气通过类似于美国专利6,637,568(该美国专利由本发明的受让人所有并结合在此作为参考)中所描述的螺线管操作阀，进入缸42上的流体连接器52，所述流体连接器52经由通道54与体积可变的环形流体室43流体连通，如图2中最佳示出的。当室43充满加压空气时，前环形压板32与缸42一起沿箭头A所示的第一方向移动。这是非制动模式或状态且转子36与轴28一起自由旋转。当缸42沿箭头A的方向移动时，所附接的压板32推压螺旋形卷簧38的阵列和环形活塞40。这样，从前环形压板32释放了在转子36上的任何夹紧负荷。同时，当空气压力被施加时，环形活塞40导致后环形压板34对着安装凸缘24移动，从而释放了由后环形压板34施加在转子36上的夹紧负荷。在这种工作模式中，制动器组件20处于分离状态或非制动模式。当从室43排出空气压力时，弹簧38向活塞40和前压板32施加力，以使它们沿箭头B所示的第二方向移动，从而向后压板34施加力，这导致两个板32、34将夹紧负荷施加在转子36上或压紧转子36，以用于制动作用或制动模式。制动器组件20此时处于接合状态或制动模式。如上所述，通过利用气压或液压施加制动力而使弹簧释放制动力，其它实施例可以与此相反。

尽管环形制动器组件20可以与挤压成形机械或电动拉铲挖掘机相关联，但可以设想，该制动器组件可作为离合器或制动器或二者而用于其它已知的机械，这些机械要求机械的各部件加速和减速以及较高的分离和接合频率。可使用制动器组件20的其它机械例如包括压床和/或剪切驱动装置。这些机械可以是单冲程或连续运行的机械。其它例子包括汽车应用、金属冲压机、钢丝加工机、滚丝机、单板切割机、瓶分选机、纸加工机或纺织机。当然，应该理解，在必要时制动器组件20可以与许多其它已知类型的机械结合。

图2和3所示的环形制动器组件20主要包括安装凸缘或基础构件24、具有上述组成部件的外壳22、以及转子36。外壳22包括前环形压板32和后环形压板34(在可旋转的转子36的每一侧上具有一个压板)、弹簧38的阵列、环形活塞40、以及缸或盖件42。除了转子36之外，这些列举的项构成外壳22的组成部件，并且利用导杆44和同轴设置的夹持管56与安装凸缘24互连和对准，所述导杆44和夹持管56安装在各组成部件的外边缘上的通道46中。显然可以理解的是，环形制动器组件20在包括制动器盘或离合器盘的替代实施例中可以修改，以便用作离合器或制动器。转子36可相对于外壳22自由地旋转。

同轴地定位在导杆44之上的圆筒形夹持管56设置成使得夹持管56的一端58贴靠后环形压板34。在前环形压板32中的通道46的直径的尺寸设定为稍大于后环形压板34中的通道46，以便在其中可滑动地接纳夹持管56。夹持管56的相对端60贴靠环形活塞40，如图2中最佳所示的。回位弹簧62在压板32、34之间同轴地设在夹持管56上，当制动器组件处于分离状态时，该回位弹簧62的弹簧力促进和帮助压板32的轴向运动以及引起压板34的轴向运动。通过使用较厚的线匝或者较薄的线匝，可以调节回位弹簧62和卷簧38的弹簧常数，以便能够施加所需数量的力和回位力用于与具有不同的力或转矩要求的机械结合的压板32、34的轴向运动。

安装凸缘24铸造成大致一个圆柱形金属部件，并在其外部径向区域上包括多个通道46。在安装凸缘24中的通道46优选地包括具有减小的直径的阶梯状孔64。可通过螺纹接纳导杆44的紧固件轴环66包括帽部68，该帽部68用于在方向A和B二者上将导杆44在阶梯状孔64内的轴向运动限制在一段距离，所述距离足以提供在转子36上的夹紧力和释放夹紧力。圆柱形中央开口或通道26延伸穿过安装凸缘24以用于容纳轴28。

金属外壳22包括前环形压板32和后环形压板34，每个压板铸造为一个大致圆柱形的金属部件。压板32、34具有设在转子36的相对侧上的磨擦侧面。压板32、34的每个磨擦侧面都包括多个沿径向围绕压板32、34设置的大致梯形的凹槽70，优选地每个凹槽70包括在该凹槽内的保持通道71，以用于可滑动地接纳和保持对应形状的磨擦垫72。大致梯形的磨擦垫72的尺寸设定为可在夹持管56之间的开口76内滑移，以便在不拆卸制动器组件20的情况下容易地进行更换。磨擦垫72是由金属背板74支承的复合结构。背板74可在上端包括开口78，以便利用紧固件将磨擦垫固定到压板32、34中的配合开口73上。形成磨擦垫72的磨擦材料可以包括径向延伸的或环形的槽75，以便除去碎屑和颗粒物以及用作摩损的视觉指示器。如图2中最佳示出的前环形压板32和后环形压板34以这样一种布置设在转子36的每一侧上，即，将磨擦垫72放置在转子36的相对侧上，并优选地覆盖转子36的每一侧上的工作表面区域的至少约50％，更优选地覆盖转子36的每一侧上的工作表面区域的至少约65％。甚至更优选的一个实施例是，可以覆盖转子36的每一侧上的工作表面区域的约75％。磨擦材料基本上覆盖转子36的整个工作表面区域。所述工作表面区域是在转子的每一侧上的从轮毂的外径开始的可用平面磨擦区域。本发明的另一个实施例可包括将磨擦垫72放置在转子36的两侧上而不是放置在压板32、34上，如图6中所示。通道46位于在前环形压板32的外部径向边缘上的多个凸肩80中，并与后环形压板34的径向部分中的通道46和安装凸缘24中的通道对准。通道46的尺寸设定为接纳导杆44。在后环形压板34中的通道46的直径具有仅容纳导杆44的直径的尺寸，而前环形压板32中的通道46的直径的尺寸设定为容纳同轴地定位在导杆44之上的圆筒形夹持管56。夹持管56的一端58贴靠后环形压板34，而夹持管56的另一端60贴靠环形活塞40。回位弹簧62同轴地设在夹持管56上，并有助于处于接合和分离状态的压板32、34的轴向运动。

外壳22还包括螺旋形卷簧38的阵列，其构造的方式在2006年10月31日提交的序列号为11/590,199的美国专利申请中有详细描述，该专利申请由本发明的受让人所有并结合在此作为参考。这里不需要对这些弹簧进行详细说明。替代实施例可包括能够操作以便沿第一和第二方向轴向移动环形活塞40的任何弹性偏压阀，例如电致动或液力致动的螺线管阀(未示出)。

外壳22还包括环形活塞40，该环形活塞40为大致圆柱形并可铸造为一个金属部件。活塞40的外部径向边缘上的台肩84具有通道46，所述通道46与前环形压板32的台肩80中的通道46、以及后环形压板34和安装凸缘24中的通道46对准。如同后环形压板34中的通道46一样，环形活塞40中的通道46的直径容纳导杆44的直径，但不容纳夹持管56。环形活塞40包括圆柱形的凸起的中央部分86，该中央部分86构造成保持和限制螺旋形卷簧38的阵列，如图2和5中最佳示出的。如同压板32、34和安装凸缘24一样，环形活塞40包括用于容纳可旋转的轴28的居中设置的开口26。

缸或盖件42具有大致圆柱形状并可铸造为一个金属部件。缸42在前面具有多个流体连接器52，所述多个流体连接器52构造成用于附接到加压流体源例如空气。流体连接器52经由流体通道54与环形流体室43流体连通，以便加压和排出。缸42具有居中设置的环形凹槽88，该凹槽88具有稍微沿径向向内延伸的唇缘90。唇缘90利用紧固件92附接到前环形压板32的前侧。在缸42的后侧上的阶梯形通道94可滑动地接合环形活塞40的凸起部分86的壁87，以形成可变的环形流体室43。

本发明的传力组件20在需要力来接合或分离飞轮或可旋转轴的场合具有许多应用。有利地，传力组件20提供了附接到静止不动的安装凸缘24的具有固定式转子36的可轴向移动的外壳。本发明的结构避免了花键式转子的轴向自由度的要求，所述花键式转子产生摩损、引起不平衡、并且更换和制造费用高。本发明的结构的一个显著优点是，通过使磨擦垫72的磨擦材料覆盖基本上全部的转子表面36而使得转矩最大和惯性最小。

上文对本发明进行了举例说明并且不应认为是对本发明的限制。尽管已经描述和示出了本发明的几个示例性实施例，但本领域技术人员容易理解的是，可以进行许多修改而不会脱离本发明的独创性教导和优点。因此，所有这些修改将包括在由权利要求及其等同方案所限定的本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种用于将力传递给轴的设备，该设备包括：

具有用于容纳轴的中央开口的静止的安装凸缘；

固定地安装在轴上并能够与轴一起旋转的转子，该转子具有径向工作表面和居中设置的开口，该转子在轴上被牢固地保持就位；

设在所述转子的相对侧上并可移动地附接到所述安装凸缘的环形的前压板和后压板，所述环形的前压板能够相对于所述安装凸缘沿第一方向轴向移动以用于释放在所述转子上的夹紧负荷，以及沿第二方向轴向移动以用于在所述转子上施加夹紧负荷，所述环形的后压板能够沿与所述环形的前压板的所述第一方向相反的方向轴向移动以用于释放在所述转子上的夹紧负荷，所述环形的后压板能够沿与所述环形的前压板的所述第二方向相反的方向轴向移动以用于在所述转子的相反侧上施加夹紧负荷；

可移动地连接到所述环形的前压板的环形活塞，所述环形活塞能够沿所述第一方向和第二方向轴向移动；和

连接到所述环形的前压板并能够与所述环形的前压板一起轴向移动的环形缸，所述环形缸具有环形通道，该环形通道构造成与所述环形活塞的凸起部分接合，从而共同形成可变体积的环形流体室，所述环形缸和所述环形的前压板在从所述可变体积的环形流体室施加给所述环形缸和环形活塞的流体压力的影响下能够沿第一方向轴向移动，以便抵抗由设置在所述环形活塞和所述环形的前压板之间的螺旋形卷簧阵列所提供的反推力对所述环形的前压板施压，以用于释放所述环形的前压板对所述转子的夹紧负荷，所述环形活塞导致所述环形的后压板沿与所述环形的前压板相反的方向轴向移动，以用于释放在所述转子上的夹紧负荷，当流体压力从所述环形流体室排出时所述螺旋形卷簧阵列向所述环形活塞和所述环形前压板施加力，使得所述环形活塞和所述环形前压板沿第二方向移动，从而向所述环形后压板施加力，导致所述环形前压板和所述环形后压板两者在所述转子上施加夹紧负荷，其中，能够轴向移动的所述环形的前压板和环形的后压板、所述螺旋形卷簧阵列、所述环形活塞和所述环形缸是组成浮动外壳的可轴向移动的部件。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环形前压板和所述环形后压板中的每一个均具有摩擦表面，所述摩擦表面上具有足以基本上覆盖所述转子的所述工作表面的多个磨擦垫。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个所述磨擦垫具有大致梯形的形状并且可拆卸地附接到所述环形前压板和所述环形后压板。

4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个所述磨擦垫具有大致梯形的形状并且可拆卸地附接到所述转子。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述安装凸缘、所述前压板和后压板、以及所述活塞利用穿过外边缘上的对准的通道的导杆互连。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括分别同轴地设在每个所述导杆之上的一个夹持管，所述夹持管位于所述后压板和所述活塞之间，以用于促进在转子上的夹紧力的施加和释放。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括同轴地设在所述夹持管上的回位弹簧，该回位弹簧位于所述前压板和后压板之间，以帮助释放所述转子上的夹紧力。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括多个大致梯形的摩擦垫，每个磨擦垫的尺寸设定为能够通过所述夹持管之间的开口可拆卸地更换。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括紧固到所述转子上以用于容纳轴的轮毂。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括多个设在所述转子上的磨擦垫。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述转子包括具有环形间隙的环形转子，所述环形间隙带有加强肋。

12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述转子包括具有多个从中穿过的开口的环形转子。

13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述转子包括以下两者：带有加强肋的环形间隙和多个从中穿过的开口。