制动装置和采用该制动装置的线性驱动器的制作方法

本发明涉及一种制动装置，特别涉及一种用于线性驱动器的制动装置。该线性驱动器用于推动或拉动外部负载。

背景技术：

在现有技术的驱动器中，对于具有螺纹但没有自锁功能的螺杆或滚珠丝杠来说，它们需要制动装置产生制动扭矩以防止外部负载反向驱动驱动器。这种制动扭矩的产生是通过在钢制摩擦弹簧和塑料制动扭矩套筒之间的摩擦实现的。已经发现目前的制动装置无法保障产生所需要的制动扭矩。

为了进一步提高制动扭矩，本领域技术人员设计具有更大直径尺寸的钢制摩擦弹簧和塑料制动扭矩套筒。但是，这一设计带来了制动装置的体积变大的缺陷并且在应用空间狭小的情况下难以实施。

此外，由于现有技术的制动装置需要将由塑料制成的制动扭矩套筒设置在由铝制成的制动座中，需要利用弹性挡圈以保持制动扭矩套筒就位，所以组装过程复杂且部件数量较多。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种用于线性驱动器(linear actuator)的新型的制动装置(brake device)。

根据本发明的一个方面提出一种用于线性驱动器的制动装置，包含：用于正向传递驱动扭矩的扭矩传动机构，所述扭矩传动机构包含驱动扭矩输入轴和与该驱动扭矩输入轴可靠连接并且能够同步转动的第一连接卡爪，以及驱动扭矩输出轴和与该驱动扭矩输出轴可靠连接并且能够同步转动的第二连接卡爪，所述第一连接卡爪和第二连接卡爪彼此匹配接合，用于将驱动扭矩从驱动扭矩输入轴正向传递至驱动扭矩输出轴；用于阻断负载扭矩逆向传递的弹簧摩擦机构，所述弹簧摩擦机构包含制动座和弹性设 置在所述制动座的圆筒形内孔中的摩擦螺旋弹簧，所述摩擦螺旋弹簧在其轴向上的两端形成有端部，用于勾挂第一连接卡爪和第二连接卡爪，第一连接卡爪被设置为沿圆周顺着摩擦螺旋弹簧的螺旋方向勾挂端部；第二连接卡爪被设置为沿圆周逆着摩擦螺旋弹簧的螺旋方向勾挂所述端部；所述摩擦螺旋弹簧接触所述制动座的所述圆筒形内孔的内表面，两者之间没有设置额外的摩擦组件。

所述制动座被设置为其内表面的材质与所述摩擦螺旋弹簧之间的摩擦系数大于塑料材质与钢材之间的摩擦系数。

所述摩擦螺旋弹簧和所述制动座均采用钢制材料。

所述制动座采用45号碳钢材质。

根据本发明的另一个方面提出一种线性驱动器，采用如上所述的制动装置，其中驱动扭矩输入轴为该线性驱动器中用于扭矩传递的末端齿轮输出轴，或者与该末端齿轮输出轴同步相连；驱动扭矩输出轴为该线性驱动器中的螺杆轴，或者与该螺杆轴同步相连。

基于本发明的上述构造，制动扭矩的产生是通过在由钢制材料制成的摩擦螺旋弹簧和由45号碳钢材质制成的制动座之间的直接接触摩擦实现的。实验表明根据本发明的制动装置可以保障产生所需要的制动扭矩，并且不需要制动扭矩衬套。

基于本发明的上述构造，本领域技术人员无需设计具有更大直径尺寸的钢制摩擦弹簧和塑料制动扭矩衬套。本发明的设计避免了制动装置的体积变大的缺陷并且在应用空间狭小的情况下也是可以实施的。

基于本发明的上述构造，由于制动座自身直接向摩擦螺旋弹簧提供制动扭矩，所以不再需要将由塑料制成的制动扭矩衬套设置在由铝制成的制动座中，也不需要利用弹性挡圈以保持制动扭矩衬套就位，所以组装过程得以简化且减少了部件的数量。

附图说明

本发明的所有技术特征基于这里所附的附图将会是显而易见的。

图1示出根据现有技术的制动装置的剖面图；

图2示出根据现有技术的制动装置的立体分解图；

图3示出根据本发明的制动装置的剖面图；

图4示出根据本发明的制动装置的立体分解图；

图5A示出根据本发明的连接卡爪与摩擦螺旋弹簧的装配图；

图5B和图5C分别示出根据本发明的摩擦螺旋弹簧在其直径减小和增加方向上的工作状态示意图。

图6示出采用本发明的制动装置的线性驱动器。

具体实施方式

以下将结合附图对根据本发明的示例性实施例进行详细说明。

为了更清楚地理解本发明与现有技术之间的区别，首先根据图1和图2对现有技术作简要的说明。

如图1和图2所示的用于驱动器的制动装置包括齿轮轴1、两个卡爪2，3、套设在两个卡爪上的摩擦螺旋弹簧4、制动座5、制动扭矩套筒(brake torque bushing)6和弹性挡圈(snap ring)7，其中在图1的剖面图中，所述制动扭矩套筒6通过弹性挡圈7被保持在所述制动座5的制动座通孔中，所述制动扭矩套筒6的外表面上设置有防转动肋条，用于防止其相对于所述制动座的转动，所述摩擦螺旋弹簧4位于所述制动扭矩套筒6和所述卡爪之间，所述齿轮轴1与其中一个卡爪2连接并且能够同步旋转，所述驱动器的螺杆轴14(参见图6)与另一个卡爪3连接并且能够同步旋转，所述卡爪2的旋转能够导致所述摩擦螺旋弹簧的直径变小，所述卡爪3的旋转能够导致所述摩擦螺旋弹簧的直径变大，其特征在于，套设在两个卡爪上的所述摩擦螺旋弹簧4被容纳在所述制动座的制动座通孔中，当所述卡爪3的旋转导致所述摩擦螺旋弹簧的直径变大时，所述摩擦螺旋弹簧4与所述制动扭矩套筒6直接接触并且摩擦进而产生制动扭矩。所述制动扭矩套筒6由塑料材料制成，所述制动座5由铝制成，所述摩擦螺旋弹簧4由弹簧钢制成，所述制动扭矩套筒6与所述摩擦螺旋弹簧4之间的摩擦系数为0.04。

为了简化现有技术中的制动装置的结构并且提高制动扭矩，本发明提出一种新型的制动装置。

图3示出根据本发明的制动装置的剖面图；图4示出根据本发明的制 动装置的立体分解图。

根据本发明的一个实施例的用于线性驱动器的制动装置包含用于正向传递驱动扭矩的扭矩传动机构，所述扭矩传动机构包含驱动扭矩输入轴7(driving torque input shaft)和与该驱动扭矩输入轴7可靠连接并且能够同步转动的第一连接卡爪(a first coupled part)8，以及驱动扭矩输出轴14(见图6)和与该驱动扭矩输出轴(driving torque output shaft)可靠连接并且能够同步转动的第二连接卡爪(a second coupled part)9，所述第一连接卡爪8和第二连接卡爪9彼此匹配接合，用于将驱动扭矩从驱动扭矩输入轴7正向传递至驱动扭矩输出轴；还包括用于阻断负载扭矩逆向传递的弹簧摩擦机构，所述弹簧摩擦机构包含制动座(brake housing)11和弹性设置在所述制动座11的圆筒形内孔11-1中的摩擦螺旋弹簧(friction coil spring)10，所述摩擦螺旋弹簧10在其轴向上的两端形成有端部10-1，10-2，用于勾挂第一连接卡爪8和第二连接卡爪9，第一连接卡爪8被设置为沿圆周顺着摩擦螺旋弹簧10的螺旋方向勾挂端部10-1，10-2；第二连接卡爪9被设置为沿圆周逆着摩擦螺旋弹簧10的螺旋方向勾挂所述端部10-1，10-2；所述摩擦螺旋弹簧10接触所述制动座11的所述圆筒形内孔11-1的内表面，两者之间没有设置额外的摩擦组件。

上述正向传递的含义在于：如图4所示，所述驱动扭矩输入轴7的旋转带动所述第一连接卡爪8的旋转，从而所述第一连接卡爪8沿圆周顺着所述摩擦螺旋弹簧10的螺旋方向勾挂端部10-1，10-2，引发所述摩擦螺旋弹簧10顺其螺旋方向收缩(变得细长、径向直径变小)，从而减小所述摩擦螺旋弹簧10与所述制动座11之间的摩擦，允许将驱动扭矩从所述第一连接卡爪8传递至所述第二连接卡爪9。

上述逆向传递的含义在于：如图4所示，在负载扭矩的作用下，所述驱动扭矩输出轴14(参见图6)的旋转带动所述第二连接卡爪9的旋转，从而所述第二连接卡爪9沿圆周逆着所述摩擦螺旋弹簧10的螺旋方向勾挂端部10-1，10-2，引发所述摩擦螺旋弹簧10逆其螺旋方向膨胀(变得短粗、径向直径变大)，从而增大所述摩擦螺旋弹簧10与所述制动座11之间的摩擦，阻断负载扭矩从所述第二连接卡爪9逆向传递至所述第一连接卡爪8。

为了提高制动扭矩，所述制动座11被设置为其内表面的材质与所述 摩擦螺旋弹簧10之间的摩擦系数大于现有技术中塑料扭矩套筒6与钢制螺旋弹簧4之间的摩擦系数。

因此，本公开采用了所述摩擦螺旋弹簧10和所述制动座11均由钢制材料制成，例如其中所述制动座11采用45号碳钢材质。

由钢制材料制成的所述制动座与所述摩擦螺旋弹簧之间的摩擦系数为0.09至0.19。

所述摩擦螺旋弹簧10呈圆柱状，所述摩擦螺旋弹簧的两个端部10-1、10-2沿直径方向彼此相向内弯。

所述第一卡爪8包括第一卡爪基部8-1和沿着所述第一卡爪基部8-1的外部圆周以等圆周间距设置的三个第一卡爪分支8-2，所述第二卡爪9包括第二卡爪基部9-1和沿着所述第二卡爪基部9-1的外部圆周以等圆周间距设置的三个第二卡爪分支9-2。

如图5A所示，当所述第一卡爪8、所述第二卡爪9以及所述摩擦螺旋弹簧10装配在一起时，所述第一卡爪分支8-2与所述第二卡爪分支9-2交错设置。

图5B和图5C分别示出根据本发明的摩擦螺旋弹簧在其直径减小和增加方向上的工作状态的示意图，其中所述第一卡爪分支8-2中的两个分别能够与所述摩擦螺旋弹簧10的两个端部10-1、10-2接触，能够在所述第一卡爪8旋转时(如图5B中的顺时针或逆时针箭头)，导致所述摩擦螺旋弹簧10的直径变小，此时所述摩擦螺旋弹簧10与所述圆筒形内孔11-1的内圆周表面之间的摩擦力减少，从而允许弹簧10自由旋转；所述第二卡爪分支9-2中的两个分别能够与所述摩擦螺旋弹簧10的两个端部10-1、10-2接触，能够在所述第二卡爪9旋转时(如图5C中的顺时针或逆时针箭头)导致所述摩擦螺旋弹簧10的直径变大，此时所述摩擦螺旋弹簧10与所述圆筒形内孔11-1的内圆周表面之间的摩擦力急剧增大，从而产生制动扭矩。

如图3所示，在所述制动座11的所述圆筒形内孔11-1的一端内部设置支撑轴承12，用于滚动支撑所述驱动扭矩输入轴7。

如图4所示，所述第一卡爪分支8-2的每一个与所述第二卡爪分支9-2的每一个分别设置有第一卡爪分支保持肩部8-2-1和第二卡爪分支保持肩 部9-2-1，所述摩擦螺旋弹簧10被限定在第一卡爪分支保持肩部8-2-1和第二卡爪分支保持肩部9-2-1之间。

如图6所示，根据本发明的另一个实施例公开一种线性驱动器，包括电机转轴(motor shaft)15、第一级输入齿轮(first stage input gear)16、第一级输出齿轮(first stage output gear)17、第二级输入齿轮(second stage input gear)18、第二级输出齿轮(second stage output gear)19、离合器(clutch)20、末端齿轮输出轴(ending gear output shaft)13、螺杆轴(screw shaft)14以及如上所述的制动装置，其中所述第二级输出齿轮19通过轴套筒(shaft sleeve)和键(key)与末端齿轮输出轴13连接并且同步旋转，所述制动装置的驱动扭矩输入轴7是所述线性驱动器中用于扭矩传递的末端齿轮输出轴13，或者与该末端齿轮输出轴13同步相连；所述制动装置的驱动扭矩输出轴是所述线性驱动器中的螺杆轴14，或者与该螺杆轴14同步相连。

图6中还示出包括所述摩擦螺旋弹簧10在内的本发明的制动装置，该制动装置可以将驱动扭矩从末端齿轮输出轴13正向传递至螺杆轴14，并且可以用于阻断负载扭矩的逆向传递，即防止来自于所述螺杆轴14的负载扭矩逆向传递到末端齿轮输出轴13。

通过比较图2与图4的构造，可以看出的是基于本发明的构造，制动扭矩的产生是通过在由钢制材料制成的摩擦螺旋弹簧10和由45号碳钢制成的制动座11之间的直接接触摩擦实现的，在图4中的两者之间的摩擦系数(0.09至0.19)明显大于在图2中的摩擦螺旋弹簧4和制动扭矩套筒6之间的摩擦系数(0.04)。实验表明根据本发明的制动装置可以保障实践中所需要的制动扭矩，并且不需要制动扭矩衬套。

基于本发明的上述构造，本领域技术人员无需设计具有更大直径尺寸的钢制摩擦弹簧和塑料制动扭矩衬套。本发明的设计避免了制动装置的体积变大的不利局面，在应用空间狭小的情况下也是可以实施的。

基于本发明的上述构造，由于制动座11自身直接向摩擦螺旋弹簧10提供制动扭矩，所以不再需要将由塑料制成的制动扭矩衬套设置在由铝制成的制动座中，不需要利用弹性挡圈以保持制动扭矩衬套就位，同样也不需要在制动座的内表面上设置与制动扭矩衬套的防转动肋条相对应的配合结构，所以组装过程和加工过程得以简化且减少了部件的数量。

应当理解，有关制动装置的各种变更和改进，只要符合随附权利要求书的限定，均属于本发明的保护范围。