适于车辆电子机械式制动系统的电卡钳的制作方法
本发明属于车辆制动系统技术领域，具体地说，本发明涉及一种适于车辆电子机械式制动系统的电卡钳。
背景技术：
电子机械式制动系统，也叫emb，英文全称为electromechanicalbrakingsystem，它以电能作为能量来源，由力矩电机驱动制动片，产生制动力。电子机械式制动系统(emb)兼有abs、tcs、esp、acc等电气化和智能化功能，越来越被主动安全、无人驾驶等技术看重。
电子机械式制动系统在制动过程中，前期认为消耗能量大，12v的电池不能满足emb的要求，但随着电池的发展，汽车电池有了逐渐从12v过度到48v甚至更高电压的发展趋势，电池的容量越来越能够满足电子机械式制动系统的要求。
同时新能源汽车在制动时需要真空泵，真空泵需要断续的工作，从而保持真空度，对电池消耗大于emb，反而emb成为节省能源的一种最佳途径。当然同时出现了电动助力器，甚至将助力器、esc结合，出现了电子液压制动系统(ehb)，这些机构的原理是通过电机带动液压，然后再用传动的液压制动。相对于ehb，emb优势明显。emb结构简单，只有控制器和电卡钳组成，集成化高，便于与其他控制器的对接，可以给车内节省最大的空间，越来越受到青睐，可以预见电子机械式制动系统(emb)将最终取代传统的液压(空气)制动器，成为未来车辆制动系统的发展方向。
现有电子机械式制动系统的电卡钳机构复杂，往往在卡钳里外添加行星齿轮机构和滚珠丝杆，装配难度大，传动效率低，而且还存在着承载能力差、寿命短、体积大的缺陷，这些缺陷成为emb发展的一个障碍。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种适于车辆电子机械式制动系统的电卡钳，目的是提高传动效率、承载能力和使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：适于车辆电子机械式制动系统的电卡钳，包括制动钳体和制动片，还包括设置于所述制动钳体中且将旋转运动转化成直线运动以使所述制动片做直线运动的行星滚柱丝杠机构。
所述行星滚柱丝杠机构为循环式行星滚柱丝杠机构。
所述行星滚柱丝杠机构包括丝杠、做直线运动且用于推动所述制动片的活塞、保持架以及与丝杠和活塞啮合的滚柱，滚柱在活塞与丝杠之间的环形空腔中沿周向布置多个。
所述丝杠具有外螺纹，所述活塞具有内螺纹，所述滚柱具有与活塞的内螺纹和丝杠的外螺纹啮合的环形齿。
所述活塞的内螺纹的螺距与所述丝杠的外螺纹的螺距相等。
所述制动钳体与所述丝杠之间设有滚针轴承或圆锥滚子轴承。
所述行星滚柱丝杠机构为非循环式行星滚柱丝杠机构。
所述行星滚柱丝杠机构为丝杆输入型行星式滚柱丝杠机构、螺母输入型行星式滚柱丝杠机构或pwg型差动式行星滚柱丝杠机构。
所述行星滚柱丝杠机构包括丝杠、做直线运动且用于推动所述制动片的活塞、设置于活塞中的螺母以及与丝杠和螺母啮合的滚柱，滚柱在螺母与丝杠之间的环形空腔中沿周向布置多个。
所述丝杠具有外螺纹，所述螺母具有环形齿，所述滚柱具有与螺母的内螺纹啮合的环形齿和与丝杠的外螺纹啮合的外螺纹。
所述滚柱上的外螺纹的齿顶圆直径大于环形齿的齿顶圆的直径。
所述滚柱上的环形齿设置于外螺纹的两侧。
所述行星滚柱丝杠机构还包括设置于所述螺母内的两个法兰，所述滚柱的两端分别设置于对应端的法兰上。
所述行星滚柱丝杠机构还包括设置于所述螺母内的卡簧，两个所述法兰位于两个卡簧之间。
所述制动钳体与所述丝杠之间设有滚针轴承或圆锥滚子轴承。
所述的适于车辆电子机械式制动系统的电卡钳还包括与所述行星滚柱丝杠机构连接且用于产生使行星滚柱丝杠机构运转的动力的执行机构。
所述执行机构设置于所述制动钳体的外部或内部。
所述执行机构包括电机以及与电机和所述行星滚柱丝杠机构连接的齿轮传动机构。
所述行星滚柱丝杠机构的导程小于或等于5mm。
所述行星滚柱丝杠机构的导程小于或等于3mm。
本发明适于车辆电子机械式制动系统的电卡钳，传动效率更高，发热少，体积小，便于整车的布置，而且寿命高，电机部分及传动部分可终身免维护。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是第一实施例的剖视图；
图2是第二实施例的剖视图；
图3是第三实施例的剖视图；
图4是第四实施例的剖视图；
图5是pwg型差动式行星滚柱丝杠机构的爆炸图；
图6是循环式行星滚柱丝杠机构的爆炸图；
图中标记为：
1、执行机构；2、制动钳总成；3、制动钳体；4、滚针轴承；
5、循环式行星滚柱丝杠机构；
51、保持架；52、丝杠；53、滚柱；54、活塞；
6、pwg型差动式行星滚柱丝杠机构；
61、卡簧；62、螺母；63、法兰；64、垫圈；65、丝杠；66、滚柱；661、外螺纹；662、环形齿；67、键；68、活塞；
7、防尘防水罩；8、第一制动片；9、制动盘；10、第二制动片；11、制动钳支架。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图4所示，本发明提供了一种适于车辆电子机械式制动系统的电卡钳，包括制动钳体3、制动钳支架11、制动片以及设置于制动钳体3中且将旋转运动转化成直线运动以使制动片做直线运动的行星滚柱丝杠机构。制动片设置两个，两个制动片为相对设置的第一制动片8和第二制动片10，制动盘9位于第一制动片8和第二制动片10之间，在制动过程中，第一制动片8和第二制动片10相配合用于夹紧制动盘9。
如图1至图4所示，本发明的电卡钳还包括与行星滚柱丝杠机构连接且用于产生使行星滚柱丝杠机构运转的动力的执行机构1，执行机构1可以设置于制动钳体3的外部或内部。执行机构1的结构如同本领域技术人员所公知的那样，执行机构1将电能转化旋转动能，其主要包括电机以及与电机和行星滚柱丝杠机构连接的齿轮传动机构，齿轮传动机构用于将电机产生的动力传递至行星滚柱丝杠机构，使行星滚柱丝杠机构运转，最终使制动片相对于制动盘9沿与制动盘9的轴向相平行的方向进行直线移动，以夹紧或松开制动盘9。
行星滚柱丝杠机构为循环式行星滚柱丝杠机构或非循环式行星滚柱丝杠机构，非循环式行星滚柱丝杠机构为丝杆输入型行星式滚柱丝杠机构、螺母输入型行星式滚柱丝杠机构或pwg型差动式行星滚柱丝杠机构等。行星滚柱丝杠机构的导程小于或等于5mm，优选小于或等于3mm，执行机构1相同的转动圈数，活塞直线运动的距离更短，根据能量守恒定律，将产生的更大的推力，更能够满足制动力的需要。行星滚柱丝杠机构与滚珠丝杠结构相似，效率上和滚珠丝杠几乎没有区别，但按照赫兹压力定律计算，其承载能力为滚珠丝杠的3倍，寿命是滚珠丝杠15倍，极大的满足了emb的承载和寿命要求。
如图1至图4所示，为了保证行星滚柱丝杠机构的传动精度，本发明的电卡钳还包括设置于制动钳体3中且用于保证油脂清洁的防尘防水罩7。
实施例一
如图1所示，本实施例的电卡钳采用的行星滚柱丝杠机构为循环式行星滚柱丝杠机构，其主要包括丝杠52、做直线运动且用于推动制动片的活塞54、保持架51以及与丝杠52和活塞54啮合的滚柱53。丝杆的端部与执行机构1连接，接受执行机构1产生的驱动力，并做旋转运动。活塞54为一端开口、另一端封闭且内部中空的圆柱形结构，丝杠52从活塞54的开口端插入活塞54中且与活塞54为同轴设置，第一制动片8设置于活塞54的外部且与活塞54的封闭端相邻。保持架51设置于活塞54的内腔中。滚柱53在活塞54与丝杠52之间的环形空腔中沿周向布置多个，保持架51确保滚柱53的间距，保持架51的圆环形侧壁上具有容纳滚柱53的槽且该槽的长度稍大于滚柱53的长度，以确保滚柱53在活塞54内能够轴向移动。防尘防水罩7设置于制动钳体3与活塞54之间，用于保证油脂清洁。
如图1和图6所示，丝杠52具有外螺纹，活塞54具有内螺纹，滚柱53具有与活塞54的内螺纹和丝杠52的外螺纹啮合的环形齿，滚柱53上没有螺纹，滚柱53上的环形齿为由在滚柱53的外圆面上环绕设置且呈圆环形的沟槽形成，滚柱53上的环形齿沿轴向均匀布置多个，相邻两个环形齿之间为一个沟槽，沟槽垂直于丝杠52的轴线。活塞54上的内螺纹的螺距与丝杠52上的外螺纹的螺距相等，滚柱53上相邻两个环形齿之间的间距与活塞54上的内螺纹的螺距大小相等。
循环式行星滚柱丝杠机构的工作原理与现有技术的相同，执行机构1运转，带动丝杠52旋转，丝杠52与滚柱53的摩擦力带动滚柱53做沿自身轴线自转和绕丝杠52轴线公转的行星运动，滚柱53同时在活塞54内转动，同时使活塞54沿轴向做直线运动。丝杠52每旋转1圈，循环型行星滚柱丝杠的滚柱53被活塞54端部处所设的两个凸轮推到相对于活塞54轴向的初始位置，两个凸轮分别设置于活塞的一端。具体过程中为：在回到初始位置的过程中，活塞54螺纹向外有凹槽，滚柱53滚到活塞54凹槽处时，可脱离丝杠52，同时在轴向凸轮的作用下完成轴向运动和归位，完成了一个滚柱53的工作循环，在连续工作过程中，每个滚柱53都会经历此循环。这里保持架51上的槽比滚柱53稍长，以确保滚柱53在活塞54内轴向移动。
如图1所示，制动钳体3的内部具有容纳行星滚柱丝杠机构的容置腔，制动钳体3的端部具有封闭该容置腔的端盖，执行机构1设置于制动钳体3的外部且与该端盖固定连接，丝杠的端部与执行机构1的齿轮传动机构的动力输出轴固定连接。作为优选的，制动钳体3的端盖与丝杠之间设有轴承，轴承为滚针轴承4，滚针轴承4主要起到轴向支撑的作用，避免丝杠52的轴向力直接传递到执行机构1上而导致执行机构1失效。
行星滚柱丝杠机构运转产生的轴向力推动活塞54，活塞54在制动钳体3中的移动，并推动第一制动片8，同时轴向力也推动制动钳体3轴向移动，制动钳体3的轴向移动导致第一制动片8和第二制动片10对制动盘9的夹紧动作，产生夹紧力，第一制动片8和第二制动片10固定在制动钳支架11上所设的滑槽中，而制动钳支架11与汽车车架固定连接，也相当于第一制动片8、第二制动片10和整车固定。当制动盘9有转动的趋势时，与两个制动片也有了相对转动的趋势，产生静摩擦力和动摩擦力，这些摩擦力就是制动力，直接用电机驱动的方式完成了行车制动。
本实施例的行星滚柱丝杠机构的导程小于或等于5mm，优选小于或等于3mm。
丝杠52转动一周，活塞54与丝杠52的相对位移位行星滚柱丝杠机构的导程，导程用s表示；
式中：l为活塞的行程；
r为输入丝杠的转动角度；
v为活塞运动的速度；
ω为输入丝杠的角速度。
制动过程是让车轮减速或停止转动，需要很大的活塞推力，我们考虑效率损失的条件如下：
p＝tω＝fv(2)
式中：p为输入丝杠的功率；
t为输入到丝杠的力矩；
ω为输入丝杠的角速度；
f为活塞的推力；
v为活塞运动的速度。
从上述式(1)和式(2)可以得出：
可以看出，活塞的推力和导程呈反比，如果是同样的电机扭矩，为了获得较大的活塞推力，导程越小越好，将系统导程设计到小于或等于3。现有技术中电机的扭矩往往比较小，转速往往是偏大，电卡钳需要增加减速机构，根据公式
实施例二
如图2所示，本实施例的电卡钳采用的行星滚柱丝杠机构为与实施例一相同的循环式行星滚柱丝杠机构，本实施例的电卡钳与实施例一的电卡钳的不同点主要在于行星滚柱丝杠机构的丝杠52与制动钳体3之间未设置滚针轴承4，且制动钳体3未设有端盖，依靠执行机构1中设置的轴承也可以起到轴向支撑的作用，如电机轴承为圆锥滚子轴承。
本实施例的行星滚柱丝杠机构的导程小于或等于5mm，优选小于或等于3mm。
丝杠52转动一周，活塞54与丝杠52的相对位移位行星滚柱丝杠机构的导程，导程用s表示；
式中：l为活塞的行程；
r为输入丝杠的转动角度；
v为活塞运动的速度；
ω为输入丝杠的角速度。
制动过程是让车轮减速或停止转动，需要很大的活塞推力，我们考虑效率损失的条件如下：
p＝tω＝fv(4)
式中：p为输入丝杠的功率；
t为输入到丝杠的力矩；
ω为输入丝杠的角速度；
f为活塞的推力；
v为活塞运动的速度。
从上述式(3)和式(4)可以得出：
可以看出，活塞的推力和导程呈反比，如果是同样的电机扭矩，为了获得较大的活塞推力，导程越小越好，将系统导程设计到小于或等于3。现有技术中电机的扭矩往往比较小，转速往往是偏大，电卡钳需要增加减速机构，根据公式
实施例三
如图3和图5所示，本实施例的电卡钳采用的行星滚柱丝杠机构为pwg型差动式行星滚柱丝杠机构，其主要包括丝杠65、做直线运动且用于推动制动片的活塞68、设置于活塞68中的螺母62、与丝杠65和螺母62啮合的滚柱66以及设置于螺母62中的两个法兰63，滚柱66在螺母62与丝杠65之间的环形空腔中沿周向布置多个。丝杆的端部与执行机构1连接，接受执行机构1产生的驱动力，并做旋转运动。活塞68为一端开口、另一端封闭且内部中空的圆柱形结构，丝杠65从活塞68的开口端插入活塞68中且与活塞68为同轴设置，第一制动片8设置于活塞68的外部且与活塞68的封闭端相邻。法兰63为圆环形结构，法兰63的中心具有让丝杠65穿过的圆形通孔，滚柱66在螺母62与丝杠65之间的环形空腔中沿周向布置多个，滚柱66的两端分别设置于对应端的法兰63上，相应在法兰63上设置有沿周向均匀分布且用于让滚柱66的端部插入的圆形通孔，以使滚柱66处于与丝杠65和活塞68的轴线相平行的状态。防尘防水罩7设置于制动钳体3与活塞68之间，用于保证油脂清洁。
如图3和图5所示，螺母62固定设置于活塞68的内腔中且两者同轴，丝杠65具有外螺纹，螺母62的内壁面设有环形齿，滚柱66具有与螺母62的环形齿啮合的环形齿和与丝杠65的外螺纹啮合的外螺纹，滚柱66上的环形齿设置于外螺纹的两侧，即沿滚柱66的轴向，环形齿的两侧分别布置一段外螺纹，环形齿并位于滚柱66长度方向上的中间位置处。滚柱66上的环形齿为由在滚柱66的外圆面上环绕设置且呈圆环形的沟槽形成，滚柱66上的环形齿沿轴向均匀布置多个，相邻两个环形齿之间为一个沟槽，沟槽垂直于丝杠65的轴线。
如图3和图5所示，螺母62为圆环形结构，螺母62的圆环形内壁面上设置环形齿。作为优选的，螺母62在活塞68内部设置两个，两个螺母62相对设置且二者中间用垫圈64隔开，滚柱66上设置成的两处环形齿分别与每一个螺母62上的环形齿啮合。两个螺母62通过键67联接以防止二者发生周向相对运动而导致滚柱66倾斜，键67同时嵌入两个螺母62的外壁面上所设的键槽中。两个法兰63分别设置于一个螺母62的内腔中，行星滚柱丝杠机构还包括两个卡簧61，两个法兰63和滚柱66位于两个卡簧61之间，两个卡簧61分别设置于一个螺母62中，相应在螺母62的内壁面上环绕设置有一个让卡簧61嵌入且呈圆环形的的凹槽。
pwg型差动式行星滚柱丝杠机构的工作原理与现有技术的相同，执行机构1运转，带动丝杠65旋转，通过丝杠65与滚柱66螺纹配合的摩擦力带动滚柱66做沿自身轴线自转和绕丝杠65轴线公转的行星运动，螺母65和活塞68被固定在一起，在整个过程中螺母62和活塞68都是不转动的，而是被丝杠65带动做轴向的直线运动。
与螺母62配合的滚柱66部分为环形齿，在工作的过程中，滚柱66和螺母62轴向相对位移为零。滚柱66在与螺母62啮合的两端形成了稳定的支撑，当滚柱66以行星方式运行时轴线始终与螺母62轴线平行，不会发生倾斜。
如图3所示，制动钳体3的内部具有容纳行星滚柱丝杠机构的容置腔，制动钳体3的端部具有封闭该容置腔的端盖，执行机构1设置于制动钳体3的外部且与该端盖固定连接，丝杠的端部与执行机构1的齿轮传动机构的动力输出轴固定连接。作为优选的，制动钳体3的端盖与丝杠之间设有轴承，轴承为滚针轴承4，滚针轴承4主要起到轴向支撑的作用，避免丝杠65的轴向力直接传递到执行机构1上而导致执行机构1失效。
行星滚柱丝杠机构运转产生的轴向力推动活塞68，活塞68在制动钳体3中的移动，并推动第一制动片8，同时轴向力也推动制动钳体3轴向移动，制动钳体3的轴向移动导致第一制动片8和第二制动片10对制动盘9的夹紧动作，产生夹紧力，第一制动片8和第二制动片10固定在制动钳支架11上所设的滑槽中，而制动钳支架11与汽车车架固定连接，也相当于第一制动片8、第二制动片10和整车固定。当制动盘9有转动的趋势时，与两个制动片也有了相对转动的趋势，产生静摩擦力和动摩擦力，这些摩擦力就是制动力，直接用电机驱动的方式完成了行车制动。
本实施例的行星滚柱丝杠机构的导程小于或等于5mm，优选小于或等于3mm。
丝杠65转动一周，螺母62与丝杠65的相对位移位行星滚柱丝杠机构的导程，导程用s表示；
式中：l为活塞的行程；
r为输入丝杠的转动角度；
v为活塞运动的速度；
ω为输入丝杠的角速度。
制动过程是让车轮减速或停止转动，需要很大的活塞推力，我们考虑效率损失的条件如下：
p＝tω＝fv(6)
式中：p为输入丝杠的功率；
t为输入到丝杠的力矩；
ω为输入丝杠的角速度；
f为活塞的推力；
v为活塞运动的速度。
从上述式(5)和式(6)可以得出：
可以看出，活塞的推力和导程呈反比，如果是同样的电机扭矩，为了获得较大的活塞推力，导程越小越好，将系统导程设计到小于或等于3。现有技术中电机的扭矩往往比较小，转速往往是偏大，电卡钳需要增加减速机构，根据公式
实施例四
如图4所示，本实施例的电卡钳采用的行星滚柱丝杠机构为与实施例三相同的pwg型差动式行星滚柱丝杠机构，本实施例的电卡钳与实施例三的电卡钳的不同点主要在于行星滚柱丝杠机构的丝杠65与制动钳体3之间未设置滚针轴承4，且未设有端盖，依靠执行机构1中设置的轴承也可以起到轴向支撑的作用，如电机轴承为圆锥滚子轴承。
本实施例的行星滚柱丝杠机构的导程小于或等于5mm，优选小于或等于3mm。
丝杠65转动一周，螺母62与丝杠65的相对位移位行星滚柱丝杠机构的导程，导程用s表示；
式中：l为活塞的行程；
r为输入丝杠的转动角度；
v为活塞运动的速度；
ω为输入丝杠的角速度。
制动过程是让车轮减速或停止转动，需要很大的活塞推力，我们考虑效率损失的条件如下：
p＝tω＝fv(8)
式中：p为输入丝杠的功率；
t为输入到丝杠的力矩；
ω为输入丝杠的角速度；
f为活塞的推力；
v为活塞运动的速度。
从上述式(7)和式(8)可以得出：
可以看出，活塞的推力和导程呈反比，如果是同样的电机扭矩，为了获得较大的活塞推力，导程越小越好，将系统导程设计到小于或等于3。现有技术中电机的扭矩往往比较小，转速往往是偏大，电卡钳需要增加减速机构，根据公式
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
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