专利名称：用于线性致动装置的制动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于线性致动装置的制动系统，所述线性致动装置包括工作台、导轨以及马达。
背景技术：
线性致动装置被广泛应用于各种工业领域中，比如以机床和输送机中的可移动工作台形式。这种致动装置一般由电动马达提供动力，并且在某些时候带有一个制动系统，以便即使在停电或者其它会导致电动马达停机的情况下，也可以对滑架或者工作台的动作加以控制。一旦探测到异常情况，这种制动系统一般会使得滑架或者工作台立即停止运动，而并非允许滑架或者工作台在其惯性作用下继续运动，由此提供了一种简化的安全装置。
但是，已经知道常规的制动系统具有很多问题。当需要高负载能力和高可靠性时，它们的重量和体积会令人难以接受。有限的耐用性也是一个问题。
日本已公开专利公告JP10-112971A公开了一种制动系统，包括一个制动垫片和一个电磁装置，制动垫片在弹簧的偏压力作用下配合在一个连接于导轨上的摩擦构件上，电磁装置通常在通电时使得制动垫片保持远离摩擦构件。在停电的情况下，制动垫片配合在摩擦构件上。当电能恢复供给时，一个汽缸装置克服弹簧的偏压力使得制动垫片远离摩擦构件。
日本已公开专利公告JP2000-184686A中公开了一种类似的制动系统，该制动系统由弹簧提供动力，并且利用一个电磁装置保持脱离配合。
在这些制动系统中，制动垫片从导轨横向移动，并且其制动力会以这样一种方式在工作台或者滑架上施加一个力矩，即该制动系统会趋于经受一个复杂的外力作用。这就要求所述制动系统被充分补强，并且这会导致制造成本和结构复杂性增加。还有，所述制动系统会趋向于比所希望的更大。另外，将会作用于所述制动系统上的力矩会导致制动垫片与摩擦构件之间的间隙发生变化，这会阻碍制动系统稳定地进行工作。
这些常规制动系统的另外一个问题是，没有一种配置用于放大由电磁装置产生的力，这将导致需要一个功率相对较大的电磁装置，其尺寸必然会很大。显而易见，并不希望如同在JP10-112971A中公开的发明中那样使用一个汽缸。
发明内容
鉴于现有技术中的所述问题，本发明的主要目的在于提供一种用于线性致动装置的制动系统，即使当制动负载很高时，其也能够稳定地发挥制动作用。
本发明的第二目的在于提供一种用于线性致动装置的制动系统，其在使用上安全可靠，在尺寸上紧凑小巧。
本发明的第三目的在于提供一种用于线性致动装置的制动系统，其在结构上较为简单，并且制造成本较低。
根据本发明，通过提供这样一种用于线性致动装置的制动系统，至少可以实现大部分所述目的以及其它目的，这种制动系统包括一个导轨；一个工作台，该工作台包括有一个滑动器，该滑动器由导轨进行导引，用于沿着导轨的长度方向进行运动，该滑动器包括一个可移动的滑块，该滑块适合于沿着导轨的表面进行滑动，并且由滑动器提供支撑，以便朝向和背离所述导轨表面进行移动；一个线性马达，用于驱动工作台沿着导轨进行运动；以及一个电力致动器(poweractuator)，用于选择性地使得可移动滑块朝向所述导轨表面进行移动；在电力致动器的第一状态下，可移动的滑块在所述导轨表面上滑动，用于起导引作用，而在电力致动器的第二状态下，承载在所述导轨表面上，用于起制动作用。
因此，滑动器用于双重目的，即对工作台沿着导轨的运动进行导引，和对工作台的运动进行制动。尤其是，由于制动力产生于导轨中，所以由于制动作用而作用于工作台上的力矩会减小，从而使得即使当制动负载很高时，也能够确保一个稳定的制动作用。这将有助于提高可靠性，使得设计紧凑，结构简化并且减低制造成本。
根据本发明的一个优选实施例，导轨包括一对相互平行的导轨构件，并且工作台包括一对以对应方式横向排布的滑动器。还有，各个导轨构件均带有一个上表面和一对侧表面，各个侧表面均相对于上表面形成一个锐角，并且滑动器中之一带有一个配合在所述上表面上的下表面，在可移动滑块配合在一个侧表面上的同时，一个固定滑块配合在另一侧表面上。至于另一个滑动器来，其带有一个配合在所述上表面上的下表面，一对固定滑块配合在导轨的相应侧表面上。
可以在工作台的各侧均设置一个制动单元，以获得横向的均衡的制动作用。但是，即使仅在工作台的一侧设置一个制动单元，也可以实现均衡的制动作用。为此，滑动器可以被以这样一种方式加工而成，即当电力致动器处于第二状态时，某一滑动器中的可移动滑块和另一滑动器中的一个固定滑块承载在导轨的相应侧表面上，其中所述固定滑块相对于可移动滑块对称设置。例如，当可移动滑块被置于滑动器之一的外侧时，所述滑动器可以被加工成使得另一滑动器中的外侧滑块和所述可移动滑块承载在导轨的相应侧表面上。
可以在滑块与导轨表面之间设置一个承载构件，来有助于导引作用和制动作用。该承载构件最好相对于对置表面具有0.15至0.25的静态摩擦系数。该承载构件可以为一种多孔含碳材料，这种多孔含碳材料通过对植物基碳与酚醛树脂的混合物进行烧结制备而成。
附图简述下面将参照附图对本发明进行描述，其中
图1是一个线性致动装置的正向视图，该线性致动装置中结合有一个实施本发明的制动系统；图2是图1中所示线性致动装置的局部侧视图；图3是沿着图2中III-III的剖视图，此时制动系统处于配合状态；图4a是沿着图2中IV-IV的剖视图，此时制动系统处于配合状态；图4b是沿着图2中IV-IV的剖视图，此时制动系统处于脱离配合状态；图5是一个类似于图4a的视图，示出了根据本发明的制动系统的第二实施例；图6是一个线性致动装置的正向视图，该线性致动装置中结合有根据本发明的制动系统的第三实施例；图7是图6中所示线性致动装置的局部侧视图；图8是沿着图7中VIII-VIII的剖视图，此时制动系统处于配合状态；图9a是沿着图7中IX-IX的剖视图，此时制动系统处于配合状态；图9b是沿着图7中IX-IX的剖视图，此时制动系统处于脱离配合状态；而图10是一个类似于图9a的视图，示出了根据本发明的制动系统的第四实施例。
对优选实施例的详细描述图1至4示出了一种用于实施本发明的制动系统，当能量供给中断时，该制动系统会配合起来。所图示的线性致动装置1包括一个导轨4，该导轨4包括一对连接于一底架5上的平行导轨构件4；一个工作台3，该工作台3经由四个滑动器2a至2d支撑在导轨4上，滑动器2a至2d由导轨4可滑动地进行导引；一个线性马达，该线性马达包括有一个连接于底架5上的固定部分6和一个连接于工作台3下表面上的可移动部分7，该可移动部分7与固定部件6对置；以及一个位置传感器，该位置传感器包括有一个固定部分9和一个可移动部分10。
导轨4中的各个导轨构件均带有一个水平上表面11和一对侧表面12，这对侧表面12从一个邻近上表面11的上端部向其下端部相向地倾斜延伸。因此，当在横剖面中进行观察时，各个侧表面12和上表面11共同限定出一个锐角。在本实施例中，各个导轨构件的底部基本上与所述上表面同样宽，从而使得所述导轨构件在其任一侧限定出一对V形沟槽。
图1示出了四个滑动器2a至2d中的前面两个2a和2c，并且由于后面两个滑动器2b和2d与前面两个具有相同结构，所以下面的描述将局限于对前面两个2a和2c进行描述。各个滑动器2a和2c均被牢固地连接在矩形工作台3的相应拐角的下表面上，并且均带有一个矩形的C状横剖面，该C状横剖面具有一个面朝下方的敞口端部。一对滑块15和16、25和26被以这样一种方式容置在各个滑动器2a和2c中，即在基本上没有任何游隙的条件下，相应的导轨构件与所述滑动器配合起来，其中所述滑块15、16、25和26均具有基本上呈直角三角形的横剖面。更具体地说，各个滑动器的下表面经由一个承载构件14配合在相应导轨构件的上表面11上，承载构件14在这种情况下被连接于所述滑动器上，并且各个滑块15、16、25和26的倾斜侧面均经由类似的承载构件14配合在导轨4的相应倾斜侧表面12上。
在本实施例中，在附图1中左侧所示用于滑动器2c的滑块25和26均被固定在相应的滑动器2c上。至于在图1中右侧示出的滑动器2a，一个位于内侧的滑块15被固定在该滑动器上，同时另外一个位于外侧的滑块16被保持起来，以便能够沿着横向在特定范围进行移动。
包括有可移动滑块16的滑动器2a额外带有一个螺线管装置8a，该螺线管装置8a包括有一个电磁体17和一个衔铁18，该衔铁18包括一个杆状主体部分18a，该主体部分18a居中地穿过一个形成于螺线管装置的盖元件上的穿孔以及一个贯穿滑动器2a的相应穿孔，并且由所述穿孔进行导引，一个螺接或者以其它方式连接于可移动滑块16上的第一端部18b，以及一个呈圆盘形状的第二端部18c，以便在电磁体17通电时被吸附到该电磁体17上(滑动器2b类似地带有一个螺线管装置8b)。如图3中所示，一对穿孔20贯穿滑动器2a，并且各个穿孔20均与一个形成于可移动滑块16上的凹槽19相连通。一个压缩螺旋弹簧21被容置在各个穿孔20中，从而使得螺旋弹簧21的内侧端部被容置在相应的凹槽19中，并且各个穿孔20的外侧端部由一个螺栓22封闭起来。通过将各个螺栓22螺接入穿孔20内和从该穿孔20中旋出，可以对压缩螺旋弹簧21的弹簧力加以调节。该弹簧力决定了由所述制动系统产生出的制动力。
因此，当螺线管装置8a没有通电时，可移动滑块16经由承载构件14压靠在导轨4的相应倾斜侧表面12上，并且对螺旋弹簧21的弹簧力加以选择，以便产生出所需的制动力。当螺线管装置通电时，衔铁18会克服螺旋弹簧21的弹簧力拉动可移动滑块16远离导轨4的倾斜侧表面12，导致工作台3基本上在没有任何摩擦的条件下沿着导轨4进行移动。螺线管装置8a因此通常处于通电状态，并且保持所述制动系统脱离配合，但是在停电或者其它异常情况下，会快速地将所述制动系统配合起来。各个承载构件14与对置的侧表面12之间的间隙(在图4b中以多少有些夸大的方式示出)被以这样一种方式加以选择，即在所述制动系统的脱离配合状态下，导轨4与滑动器2a之间的配合游隙和摩擦力均处于容许范围之内。
在本实施例中，如图2中示出的那样，一对制动单元被设置在工作台3的一侧，并且螺线管装置8a和8b以及螺旋弹簧21作用于外侧滑块16上。当各个制动单元被配合起来时，相应的螺旋弹簧21会推动相应的滑块16压靠在导轨4的相应侧表面12上。侧表面12上的压力会产生出一个竖直分力，并且该分力通过导轨4的上表面11与滑动器3的下表面之间经由承载构件14发生配合而得以承受。与此同时，由可移动滑块16施加于侧表面12上的压力会朝向螺线管装置8a拉动滑动器2a，导致固定滑块15承载在导轨4的相应侧表面12上。从而，弹簧力迫使滑块15和16以及滑动器2a从三个方向压靠在导轨4上。还有，在所图示的实施例中，承载构件14既用作用于提供滑动表面来对工作台3的运动进行导引的构件，也用作用于提供制动表面来对工作台3进行摩擦制动的构件。
尽管所述制动系统仅被设置在工作台3的一侧，但是通过合适地确定导轨4与滑动器2a和2c之间的间隙，可以在工作台3的两侧产生出制动力。更具体地说，当螺线管装置8a断电并且可移动滑块16被推压在对置的倾斜表面12上时，所产生的反作用力会使得工作台3被拉向螺线管装置8a。如果各种尺寸被以这样一种方式加以选定，即与位于螺线管装置8a侧的内侧滑块15被推压在导轨4的对置倾斜表面12上相比，利用一个较大压力将远离螺线管装置8a侧的外侧滑块26推压在导轨4的对置倾斜表面12上，那么所述制动系统的制动力实际上由外侧滑块16和26产生，从而导致制动力被横向均匀地施加于工作台3上，并且不会有力矩或者其它合力作用于所述滑动器或者制动系统上。
在所图示的实施例中，可移动滑块16被置于相应滑动器2a的外侧，但是其也可以被置于滑动器2a的内侧。在这种情况下，可以通过以这样一种方式确定所述滑动器的各种间隙和尺寸，即与位于螺线管装置8a侧的外侧滑块15被推压在导轨4的对置倾斜表面12上相比，利用一个较大压力将远离螺线管装置8a侧的内侧滑块推压在导轨4的对置倾斜表面12上，从而获得均匀的制动作用。
在前述实施例中，承载构件14被牢固地连接在滑动器的侧面上(滑动器的下表面和滑块的倾斜侧面)，并且这种配置允许使用相对较小的承载构件。但是，如果需要，也可以将某些或者所有承载构件连接于导轨4上。还有，正如本技术领域中那些熟练技术人员可以轻易明白的那样，滑动器和制动系统的数目可以自由选取。如果工作台具有较大的尺寸，所希望的是使用超过四个滑动器。还有，所述制动单元可以被以对称方式设置在任一侧，和/或可以根据是否需要均匀的制动作用和/或制动负载的大小，自由地选取制动单元的数目。
用于承载构件14的材料可以选自于大量可获得承载材料中的任一种。所希望的是，这种材料带有必要的耐磨能力和负载能力，并且所希望的是不会损坏诸如导轨这样的对置构件，所述导轨一般由不锈钢制成。所希望的是，承载元件具有合适的摩擦系数，根据由它们施加于对置表面上的压力，所述摩擦系数将能够使得它们既用作滑动构件又用作制动构件。负载材料的静态摩擦系数的优选范围是从0.15至0.25。
将满足所述条件的优选材料包括通常被称作RB陶瓷的多孔陶瓷材料。RB陶瓷是一种无需润滑的摩擦/滑动材料，并且一般通过将米糠或者其它木基或者植物基物质与酚醛树脂混合起来而后对混合物进行烧结制备而成。本发明人已经证实这种材料的确是一种实现本发明的优选材料。但是，这并不意味着排除了其它材料。相反，也存在有许多可以以同样令人满意的方式使用的其它材料。
图5示出了本发明的第二实施例，并且与前述实施例中相对应的部件利用相同数字来指代。在前述实施例中，可移动滑块与相应的滑动器具有基本上相等的长度，并且这两个部件在长度方向上一同延伸。在该第二实施例中，滑动器2a带有一个凹槽27，用于在其中容置一个可移动滑块16。因此，凹槽27的滑动表面提供了一种用于可移动滑块16朝向和背离导轨侧表面12进行运动的导引作用。还有，可移动滑块16具有比滑动器2a小得多的长度，从而该可移动滑块16经由一个承载构件14在相对较小的表面面积上被推压到导轨4的对置倾斜表面12上，并且根据承载构件14的本身属性，这将提供一种更好的制动作用。
图6至9示出了本发明的第三实施例，并且与前述实施例中相对应的部件利用相同数字来指代。在本实施例中，当供给电能时，制动系统会配合起来。螺线管装置8a的衔铁18带有一个杆状主体部分18a，一个螺接或者以其它方式连接于可移动滑块16上的第一端部18b，以及一个呈圆盘形状的第二端部18c，以便当电磁体17通电时被吸附在该电磁体17上。在本实施例中，与第一实施例相反，杆状主体部分18a居中地穿过电磁体17，并且受到电磁体17的导引作用，而衔铁18的第二端部18c与电磁体17之间的磁隙形成于远离可移动滑块16的电磁体17侧。一个压缩螺旋弹簧30被置于一个连接于杆状主体部分18a上的卡环31与可移动滑块16的对置表面之间。因此，当电磁体17通电时，所述制动系统会在螺线管装置8a的作用下克服螺旋弹簧的弹簧力而发生配合。当电磁体17断电时，所述制动系统在螺旋弹簧30的弹簧力作用下脱离配合。
螺线管一般被连接在一个应急电源上，以便当所述需求出现时提供电能。因此，螺线管通常处于断电状态，并且当不使用时不会消耗任何电能。当电能从螺线管中消失时，无需任何其它装置，所述制动系统会在螺旋弹簧30的弹簧力作用下脱离配合。
图10示出了本发明的第四实施例，并且与前述实施例中相对应的部件利用相同数字来指代。在前述实施例中，可移动滑块与相应的滑动器具有基本上相等的长度，并且这两个部件在长度方向上一同延伸。在该第四实施例中，滑动器2a带有一个凹槽37，用于在其中容置一个可移动滑块16。因此，该实施例提供了与图5中所示第二实施例相似的优点。
尽管已经针对本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但是对于本技术领域中的熟练技术人员来说，在不脱离在所附权利要求中陈述的本发明保护范围的条件下，可以进行多种替换和变型。
权利要求
1.一种用于线性致动装置的制动系统，包括一个导轨；一个工作台，该工作台包括一个滑动器，该滑动器由所述导轨进行导引，用于沿着所述导轨的长度方向进行运动，所述滑动器包括一个可移动滑块，该可移动滑块适合于沿着所述导轨的表面进行滑动，并且由所述滑动器提供支撑，以便朝向和背离所述导轨表面进行移动；一个线性马达，用于驱使所述工作台沿着所述导轨进行移动；以及一个电力致动器，用于选择性地使得所述可移动滑块朝向所述导轨表面进行移动；在所述电力致动器的第一状态下，所述可移动滑块在所述导轨表面上滑动，用于起导引作用，而在所述电力致动器的第二状态下，所述可移动滑块承载在所述导轨上，用于起制动作用。
2.根据权利要求1所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于所述电力致动器包括一个螺线管装置和一个弹簧构件，所述螺线管装置用于在通电时使得所述滑块朝向所述导轨表面进行移动，所述弹簧构件用于在所述螺线管装置断电时使得所述滑块远离所述导轨表面进行移动。
3.根据权利要求1所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于所述电力致动器包括一个螺线管装置和一个弹簧构件，所述螺线管装置用于在通电时使得所述滑块远离所述导轨表面进行移动，所述弹簧构件用于在所述螺线管装置断电时使得所述滑块朝向所述导轨表面进行移动。
4.根据权利要求1所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于所述导轨包括一对相互平行的导轨构件，并且所述工作台包括一对以对应方式横向排布的滑动器。
5.根据权利要求4所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于各个所述导轨构件均带有一个上表面和一对侧表面，各个侧表面均相对于所述上表面形成一个锐角，并且所述滑动器中之一带有一个配合在所述上表面上的下表面，一个固定滑块配合在所述侧表面之一上而所述可移动滑块配合在所述侧表面的另一个上。
6.根据权利要求5所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于所述滑动器中的另外一个具有配合在所述上表面上的下表面，一对固定滑块配合在所述导轨的相应侧表面上。
7.根据权利要求6所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于所述滑动器被以这样一种方式加工而成，即当所述电力致动器处于所述第二状态时，所述一个滑动器中的可移动滑块和所述另一滑动器中的一个固定滑块承载在所述导轨的相应侧表面上，其中所述固定滑块与所述可移动滑块对称设置。
8.根据权利要求1所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于一个承载构件被置于所述滑块与导轨表面之间。
9.根据权利要求8所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于所述承载构件相对于对置表面具有一个0.15至0.25的静态摩擦系数。
10.根据权利要求8所述用于线性致动装置的制动系统，其特征在于所述承载构件为一种多孔含碳材料，这种多孔含碳材料通过对植物基碳与酚醛树脂的混合物进行烧结制备而成。
全文摘要
在一种用线性致动装置的制动系统中，包括一对导轨构件(4)；一个工作台(3)，该工作台(3)包括有至少一对沿着导轨构件滑动的滑动器(2a至2d)；一个用于驱使工作台沿着导轨构件移动的线性马达(6和7)；一个结合入某个滑动器中的制动单元，所述滑动器带有一个可移动滑块(16)，该可移动滑块(16)由滑动器(2)提供支撑，以便能够朝向和背离导轨表面进行移动；以及一个电力致动器(8a和8b，21和30)，用于选择性地使得滑块朝向导轨表面进行移动。因此，所述滑动器用于双重目的，对工作台沿着导轨的运动进行导引和对工作台的运动进行制动。
文档编号F16D65/22GK1585240SQ0315512
公开日2005年2月23日 申请日期2003年8月22日 优先权日2003年8月22日
发明者大貫勝弘, 冨岡進, 服部成亨, 堀切川一男 申请人:三木普利有限公司