本發(fā)明屬于機構制動器技術領域，特別涉及一種基于彈簧內(nèi)力補償?shù)牡凸挠来胖苿悠鳌?/p>

背景技術：

制動裝置用于在兩個相對運動的機構中起到減速和阻止機構相對運動的作用。制動裝置可以在需要實現(xiàn)運動機構間的相對靜止狀態(tài)時提供制動作用力，而在需要實現(xiàn)運動機構間的相對自由狀態(tài)時，制動裝置可以釋放，使兩個運動機構可以自由的運動。

隨著機構制動器設計技術的不斷進步，穩(wěn)定、可靠、低功耗的制動裝置越來越成為研究人員追求的目標。傳統(tǒng)的運動機構制動技術都采用摩擦制動原理，利用永磁鐵力、電磁力或者彈簧壓力，使制動器與運動機構間壓合產(chǎn)生摩擦力，達到制動作用。在釋放制動裝置時，一般都采用電磁原理，對制動裝置內(nèi)部電磁線圈通電，產(chǎn)生反向電磁力，克服永磁鐵吸附力或者彈簧的壓力，使制動裝置與運動機構脫離，從而使機構可以自由運動。

為了保證兩個相對運動的機構可以自由的運動，制動裝置需要工作在穩(wěn)定的脫離釋放狀態(tài)，不僅需要較大的驅(qū)動電流實現(xiàn)制動裝置的脫離，而且脫離后需要持續(xù)對制動器的線圈通電，增加了制動器機構的功耗和發(fā)熱量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種基于彈簧內(nèi)力補償?shù)牡凸挠来胖苿悠?，解決現(xiàn)有技術中傳統(tǒng)永磁式、電磁式失電制動器通電脫離時能量消耗大的問題。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：一種基于彈簧內(nèi)力補償?shù)牡凸挠来胖苿悠?，所述永磁制動器包括吸附單?0、安裝板4、兩個電磁鐵6、兩個直線軸承8、兩個導向柱5、四個彈性系數(shù)不等的線性彈簧13、兩個拉簧11、四個彈簧拉桿12、摩擦塊9、兩個電磁鐵安裝沉頭螺釘7以及兩個制動器安裝螺釘14；所述安裝板4通過兩個制動器安裝螺釘14連接固定于外部的靜止機構1上；所述兩個電磁鐵6由兩個電磁鐵安裝沉頭螺釘7固定于安裝板4上；所述兩個導向柱5由螺紋連接固定于安裝板4上，兩個直線軸承8內(nèi)圈分別與兩個導向柱5配合連接；所述摩擦塊9通過通孔與兩個直線軸承8配合連接；所述四個彈簧拉桿12用于安裝連接兩個拉簧11，所述兩個拉簧11通過彈簧拉桿12連接在安裝板4與摩擦塊9之間；所述四個彈性系數(shù)不等的線性彈簧13的一端通過盲孔9-6與摩擦塊9配合連接，另一端通過彈簧柱10-9與吸附單元10相連；所述吸附單元10通過通孔與摩擦塊9相連。

進一步地，所述吸附單元10包括永磁鐵環(huán)10-1、鐵心10-3、線圈架10-4、銅線圈10-5、磁軛10-6、兩個助力吸附塊10-7、四個彈簧柱10-9、兩個助力吸附塊安裝螺母10-8以及四個彈簧柱擋圈10-2；所述鐵心10-3上套有永磁鐵環(huán)10-1，在永磁鐵環(huán)10-1外部套有線圈架10-4，銅線圈10-5纏繞在線圈架10-4上；所述鐵心10-3通過其上端螺紋與磁軛10-6的中間螺紋孔連接；所述兩個助力吸附塊10-7通過兩個助力吸附塊安裝螺母10-8固定在磁軛10-6的兩側(cè)；所述四個彈簧柱10-9通過四個彈簧柱擋圈10-2固定在磁軛10-6的四個角上。

進一步地，所述摩擦塊9上共有5個通孔，即通孔19-1、通孔29-2、通孔39-3、通孔49-4和通孔59-5,4個盲孔9-6，其中，通孔19-1和通孔29-2分別與兩個直線軸承8配合連接；所述摩擦塊9的4個盲孔9-6中都放置一個線性彈簧；所述吸附單元10穿過摩擦塊9中間的通孔59-5。

進一步地，所述四個彈簧拉桿12用于安裝連接兩個拉簧11，所述兩個拉簧11通過彈簧拉桿12連接在安裝板4與摩擦塊9之間具體為：每個拉簧11的兩端分別連接2個彈簧拉桿12，其中每個拉簧11的一端連接的彈簧拉桿12安裝在安裝板4上，另一端連接的彈簧拉桿12安裝在摩擦塊9兩端的通孔39-3和通孔49-4中。

本發(fā)明利用磁鐵材料對導磁性物體具有吸附作用力的特點，在需要對運動機構進行制動時，利用永磁吸附力使制動器的摩擦片與運動機構緊密貼合，貼合面在機構運動時會產(chǎn)生摩擦阻力矩，從而阻止機構的運動，起到制動的作用；在需要釋放運動機構使其可以自由運動時，可以控制制動器的摩擦片與運動機構分開脫離，從而使運動機構可以自由的運動，起到制動釋放的作用。本發(fā)明特點之處在于，在制動器內(nèi)部設置多組線性壓縮彈簧，利用其工作時產(chǎn)生的壓縮彈力，起到內(nèi)力補償?shù)淖饔茫惯\動機構在需要制動器脫開(制動器不對運動機構進行制動)，運動機構可以自由運動時，借助多組線性壓縮彈簧提供的內(nèi)部補償力，制動器的脫開驅(qū)動系統(tǒng)只需要較小的驅(qū)動力，即可控制制動器的摩擦面與運動機構的運動部分脫開，解決了傳統(tǒng)永磁制動器在控制實現(xiàn)摩擦片脫開運動機構時需要對其施加相對較大驅(qū)動力的問題，減少了制動器的驅(qū)動能耗和發(fā)熱量。

附圖說明

圖1為制動器在兩個相對運動機構間的安裝示意圖；

圖2為制動器內(nèi)部各部分作用力-距離的變化曲線圖；

圖3為制動器的爆炸視圖；

圖4為制動器的機構裝配視圖；

圖5為吸附單元爆炸視圖；

圖6為吸附單元的機構裝配視圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

結(jié)合圖1，圖1為制動器在兩個相對運動機構間的安裝示意圖，制動器2安裝在外部的靜止機構1和旋轉(zhuǎn)機構3之間。

結(jié)合圖1、圖3-圖6，本發(fā)明提供一種基于彈簧內(nèi)力補償?shù)牡凸挠来胖苿悠鳎鲇来胖苿悠靼ㄎ絾卧?0、安裝板4、兩個電磁鐵6、兩個直線軸承8、兩個導向柱5、四個彈性系數(shù)不等的線性彈簧13、兩個拉簧11、四個彈簧拉桿12、摩擦塊9、兩個電磁鐵安裝沉頭螺釘7以及兩個制動器安裝螺釘14；所述安裝板4通過兩個制動器安裝螺釘14連接固定于外部的靜止機構1上，為整個制動裝置提供固定的安裝基礎；所述兩個電磁鐵6由兩個電磁鐵安裝沉頭螺釘7固定于安裝板4上，通過控制電磁鐵的通電與斷電，改變其對吸附單元10的作用力；所述兩個導向柱5由螺紋連接固定于安裝板4上，兩個直線軸承8內(nèi)圈分別與兩個導向柱5配合連接；所述摩擦塊9通過通孔與兩個直線軸承8配合連接；所述四個彈簧拉桿12用于安裝連接兩個拉簧11，所述兩個拉簧11通過彈簧拉桿12連接在安裝板4與摩擦塊9之間，對摩擦塊9提供拉力；所述四個彈性系數(shù)不等的線性彈簧13的一端通過盲孔9-6與摩擦塊9配合連接，另一端通過彈簧柱10-9與吸附單元10相連，對摩擦塊9和吸附單元10施加推力作用；所述吸附單元10通過通孔與摩擦塊9相連。

所述吸附單元10包括永磁鐵環(huán)10-1、鐵心10-3、線圈架10-4、銅線圈10-5、磁軛10-6、兩個助力吸附塊10-7、四個彈簧柱10-9、兩個助力吸附塊安裝螺母10-8以及四個彈簧柱擋圈10-2；所述鐵心10-3上套有永磁鐵環(huán)10-1，在永磁鐵環(huán)10-1外部套有線圈架10-4，銅線圈10-5纏繞在線圈架10-4上；所述鐵心10-3通過其上端螺紋與磁軛10-6的中間螺紋孔連接；所述兩個助力吸附塊10-7通過兩個助力吸附塊安裝螺母10-8固定在磁軛10-6的兩側(cè)，通過控制電磁鐵6的通電與斷電，可以改變對助力吸附塊10-7的作用力，從而控制施加在吸附單元10上的作用力；所述四個彈簧柱10-9通過四個彈簧柱擋圈10-2固定在磁軛10-6的四個角上，彈簧柱10-9用于連接線性彈簧13，便于線性彈簧13在摩擦塊9和吸附單元4之間產(chǎn)生彈性推力；安裝板4兩端連接兩個電磁鐵6，電磁鐵6底部與吸附單元10的助力吸附塊10-7間有間隙。

所述摩擦塊9上共有5個通孔，即通孔19-1、通孔29-2、通孔39-3、通孔49-4和通孔59-5,4個盲孔9-6，其中，通孔19-1和通孔29-2分別與兩個直線軸承8配合連接，使摩擦塊9在直線軸承8的導引下可相對安裝板4上下運動；所述摩擦塊9的4個盲孔9-6中都放置一個線性彈簧；所述吸附單元10穿過摩擦塊9中間的通孔59-5。

所述四個彈簧拉桿12用于安裝連接兩個拉簧11，所述兩個拉簧11通過彈簧拉桿12連接在安裝板4與摩擦塊9之間具體為：每個拉簧11的兩端分別連接2個彈簧拉桿12，其中每個拉簧11的一端連接的彈簧拉桿12安裝在安裝板4上，另一端連接的彈簧拉桿12安裝在摩擦塊9兩端的通孔39-3和通孔49-4中。

結(jié)合圖1、圖2，制動裝置由與工作摩擦面吸合到與工作摩擦面脫離的工作過程如下面所述：

假設永磁鐵永磁鐵環(huán)10-1和工作摩擦面之間的吸附力為F_m，四個線性壓縮彈簧13的壓縮力為F_p，四個線性壓縮彈簧中，采用兩種不同的彈性系數(shù)，并通過彈簧接觸距離的不同組成分段線性彈簧系統(tǒng)，設計F_m和F_p的力與距離曲線關系如圖2所示。圖2中彈簧力-F_p曲線為實際F_p力曲線關于X軸對稱的曲線。銅線圈10-5和兩個電磁鐵6通電時對吸附單元10產(chǎn)生的電磁力為F_d，兩個拉簧的拉力為F_l。

當需要制動裝置制動旋轉(zhuǎn)機構3，使旋轉(zhuǎn)機構不能自由旋轉(zhuǎn)時，對銅線圈10-5和兩個電磁鐵6不通電，吸附單元10則受到方向朝向旋轉(zhuǎn)機構的吸附力F_m和與F_m方向相反的彈簧壓力F_p，設計F_m>F_p，則吸附單元10在磁力的作用下與旋轉(zhuǎn)機構的摩擦面吸合。同時，摩擦塊9受到彈簧壓力F_p的作用，使摩擦塊9的摩擦面與旋轉(zhuǎn)機構3的摩擦面壓合。即吸附單元10和摩擦塊9共同貼合在旋轉(zhuǎn)機構3的摩擦面上，作用力近似為F_m。由上分析，彈簧壓力F_p是內(nèi)力，對外不會影響整個制動器2對工作摩擦面的吸附力大小，制動器對外近似表現(xiàn)為永磁鐵環(huán)10-1與旋轉(zhuǎn)機構3摩擦面之間的吸附力大小，這樣保證了制動器2對旋轉(zhuǎn)機構3摩擦面提供較大的貼合力，同時設計摩擦塊9和旋轉(zhuǎn)機構3摩擦面間具有較高的摩擦系數(shù)，從而保證有效的制動力矩。

當需要制動器2釋放旋轉(zhuǎn)機構3，使旋轉(zhuǎn)機構3可以自由旋轉(zhuǎn)時，即吸附單元10和摩擦塊9脫離旋轉(zhuǎn)機構3的摩擦面，對銅線圈10-5和兩個電磁鐵6通電，電磁鐵產(chǎn)生的作用力F_d，方向與F_m的方向相反。由于吸附單元10在制動器內(nèi)部所受的合力為F_m-F_p，即只要對電磁鐵6和銅線圈10-5通少量的電流，使F_p+F_d>F_m，吸附單元10就會與旋轉(zhuǎn)機構3的摩擦面脫離。在吸附單元10脫離工作摩擦面的過程中，永磁力F_m和彈簧壓力F_p都會降低，設計吸附單元10與旋轉(zhuǎn)機構3間距離增大到使此時的F_l>F_m，從而在兩個拉簧11的作用下，制動器2的摩擦塊也與旋轉(zhuǎn)機構3摩擦面脫離，從而完成整個制動裝置的釋放過程。

當斷開對電磁鐵6和銅線圈10-5的電源后，制動器2將重復對旋轉(zhuǎn)機構3的制動過程。

可以看到，在實現(xiàn)制動器2與旋轉(zhuǎn)機構3摩擦面的穩(wěn)定脫離時，借助內(nèi)部補償彈簧13的作用，只需要對電磁鐵6和銅線圈10-5通入相對較少的電流，克服了傳統(tǒng)永磁式、電磁式制動裝置保持穩(wěn)定脫離狀態(tài)時耗能和發(fā)熱量較大的缺點，有效地節(jié)約了制動系統(tǒng)的能耗。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1.失電時制動裝置靠永磁鐵吸附力產(chǎn)生較大制動作用，穩(wěn)定可靠。

2.采用彈簧壓力內(nèi)平衡法設計，控制制動裝置釋放運動機構時只需要輸入較小電流，可有效地節(jié)省系統(tǒng)能耗和降低發(fā)熱量。

以上對本發(fā)明所提供的一種基于彈簧內(nèi)力補償?shù)牡凸挠来胖苿悠?，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。