CN105317886B - 盘式制动器组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盘式制动器组件及其制造方法。盘式制动器具有一个或多个具有环形摩擦表面、可轴向移动的转子盘，所述转子盘沿轴向设置于形成在壳体中的环形压力腔中的环形活塞与附接至活塞的环形反作用板之间。摩擦片设置于反作用板上并且还设置于转子盘之间的可轴向移动的环形反作用盘上。定位板设置于活塞和转子盘之间并且其上具有可轴向移动的托架，每个托架具有用于接触相邻的转子盘的摩擦片。每个托架上的各个弹簧将托架片、转子盘和摩擦片轴向地偏压在一起从而提供所需的初始制动转矩。在对活塞腔施加流体压力后，壳体使定位板移动以移动托架，从而释放制动转矩。

Description

盘式制动器组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有一个或多个旋转盘的盘式制动器组件，所述旋转盘上具有环形摩擦表面，抵靠摩擦表面的是用于向旋转盘施加制动力的受力的静止的摩擦片/垫片。特别地，本发明涉及具有制动摩擦片的类型的盘式制动器，所述制动摩擦片由用于提供所需制动力的弹簧促动以接触转子盘上的环形摩擦表面来断开或启动所述盘上的转矩。这种类型的盘式制动器利用响应于在环形压力腔室中施加的流体压力的环形活塞以沿轴向移动该活塞从而使活塞片从环形盘释放并因此释放盘上的制动力。

背景技术

上述类型的盘式制动器用于重型机器应用，例如油井钻具和地面开采设备；以及，在特定应用中，可以用作紧急止动制动器。这种类型的制动器的一个示例采用具有50英寸(127cm)的直径和5,578,000in-lbs(630,282牛米)的断开或起动转矩的转子盘。

参见图6和7，摩擦片已经安装在压力板1上，压力板1由间隔件4和螺栓5固定至形成环形压力腔室3的壳体2。设置于腔室3中的环形活塞6具有可滑动地定位于间隔件4上的孔口。压力板1具有可滑动地被接纳在间隔件7上的孔口；以及，活塞6经由越过间隔件7的螺纹柱19的***阵列和锁定螺母19a紧固至环形静止安装板8上，使得腔的流体加压导致壳体和压力板1轴向移动。转子盘9、10被接纳在驱动轮毂11上并在其上花键连接以允许所述盘在花键10上关于轮毂11轴向移动，同时维持与轮毂的转动驱动接合。多个制动压力弹簧12围绕活塞6以***阵列设置，每个弹簧的一端抵接活塞6，每个弹簧的对向端抵接压力板1。在操作中，腔室3中没有流体压力时，弹簧12在图6和7中的向左方向上推动压力板1和壳体2，从而将设置在转子盘9周围的摩擦片14压靠在转子的环形摩擦表面上，并使转子盘9移动以与安装在轴向可动的环形反作用板16上的摩擦片15接触，反作用板16在间隔件7上可滑动地轴向移动，但被螺栓19和间隔件7限制而不能转动。反作用板16具有设置在其周围的摩擦片17，摩擦片17被迫压在第二转子盘10上的环形摩擦表面上，第二转子盘10抵靠设置于压力板1上的摩擦片18轴向移动，因此将全部摩擦片压靠在转子上的全部摩擦表面上并产生所需的止动转矩。

在操作中，当流体压力施加于腔室3时，壳体2移动并使压力板1在向右方向上移动，使弹簧12压靠在压力板1上，因此释放摩擦片14、15、17、18，可动板16，转子盘9、10，和压力板1上的压力，从而释放转子盘9、10上的制动动作。

上述现有技术的制动器在服务中具有压力板1的径向向内区域在弹簧12的促动下发生悬臂式轴向弯曲的问题，使得压力板1的径向向内部分沿图6和7中的向左方向轴向弯曲，导致制动力在转子盘的径向向内区域上局部化；并且，因此，通过制动接合提供了小于所需水平的初始止动转矩。因此，期望提供一种消除盘式制动器的反作用部件的弯曲影响并由此对于通过弹簧作用在摩擦片上的力的给定设计水平实现期望的初始止动转矩的方法或手段。

发明内容

本发明提供了一种具有一个或多个转子盘的盘式制动器组件，所述转子盘在其轴向的相对侧上具有环形摩擦表面，该盘通过用花键连接至转动轴而能沿轴向移动。环形壳体具有环形活塞腔，环形活塞设置于该腔中，以形成流体压力腔室。活塞螺栓连接至静止不动的环形安装板并与其用间隔件轴向隔开。定位板轴向设置于活塞和相邻的转子盘之间，并且其中设置有多个沿周向和径向隔开的孔口。每个定位板孔口中都设置有用于相对于孔口的有限轴向运动的可动托架/支架(poppet)，每个托架具有设置于其上、邻接转子盘的摩擦表面。托架中的每一者都通过设置于托架和活塞之间的弹簧被沿轴向偏压，以使其上的摩擦表面抵靠相邻的转子盘；并且，在弹簧力的作用下，托架上的摩擦表面的力使转子轴向移动以抵靠摩擦片，并且摩擦片抵靠转子和转子盘与安装板(通过螺栓连接至活塞)之间的可动反作用板，以产生制动动作。托架被保持在相邻转子盘周围的期望位置，但除此之外在弹簧促动下可在轴向方向自由移动一有限的量。在向流体压力腔室引入流体压力后，壳体和定位板沿轴向移动离开安装板；并且，在壳体和定位板进一步运动后，托架和其上的摩擦表面与相邻的转子脱开接触，因此，制动力被释放。

因此，本发明的制动器组件通过如下方式提供所需的起动制动力，即，弹簧分别将托架推靠在转子盘上，并由此在转子盘的摩擦表面上提供均匀的制动力，而与定位板的弯曲无关，由此实现期望的初始止动转矩。

附图说明

图1是本发明的盘式制动器组件的透视图；

图2是沿图1的剖面指示线2-2剖开的剖视图；

图3是沿图2的剖面指示线3-3剖开的剖视图，示出了平面图中的定位板；

图4是图2的一部分的放大视图，示出了托架上的与相邻转子接合的制动片；

图5是与图4相似的视图，示出了托架上的与相邻转子脱开的制动片；

图6是与图2相似的剖视图的一部分，示出了现有技术的盘式制动器组件；

图7是与图2相似的视图，从图6的剖视图中为现有技术盘式制动器组件转动剖开的剖视图；

图8a和8b分别是本发明的托架的另一构型的俯视图和正视图；

图9a和9b分别是本发明的托架的另一构型的俯视图和正视图；

图10a和10b分别是本发明的托架的另一构型的俯视图和正视图；以及

图11a和11b分别是本发明的托架的又一构型的俯视图和正视图。

具体实施方式

参见图1-5，根据本发明的盘式制动器组件总的指示为20，并包括具有大致环形构造的壳体22，壳体22的内圆周24尺寸设置为允许所需直径的转动轴以具有所需间隙的方式穿过。壳体22包括与设置于其中的环形活塞31配合来限定环形流体压力腔室30的环形腔26。腔室30具有穿过壳体22形成的多个流体压力入口28。活塞31通过适合的密封圈32围绕腔26的径向***密封在环形腔26中；并且，腔26的径向内圆周通过内密封圈34绕活塞22密封。

环形活塞31具有多个沿周向隔开的径向向外延伸的沿外周间隔布置的凸耳36，每个凸耳都具有轴向贯穿其中形成的孔口38。

用作反作用板40的环形静止安装板设置成与活塞31轴向隔开的布置，并通过管状间隔件42与活塞31隔开，并通过穿过间隔件42、一端连接至板40的螺纹柱44紧固至活塞，活塞在螺纹柱上通过螺纹锁定螺母46紧固。安装板40具有设置成邻近外圆周的多个沿周向隔开的安装孔41，该孔使得安装板能螺栓连接至未示出的静止支承结构。

轴向浮动环形反作用板48设置于环形安装板40和活塞31之间；并且，板48具有形成于其中的以周向间隔布置以与螺纹柱44的位置重合的孔口50，以便可以沿螺纹柱44自由地轴向移动。板48借助于穿过孔口50的螺纹柱44被紧固而不能转动。

轴向浮动反作用板48设置于一对转子盘52、54之间，转子盘中的每一个都在其轴向的对向侧上分别具有环形摩擦表面56、58、60、62。转子52、54中的每一个都分别具有轮毂64、66，其内部形成花键以用于与动力传动轴68的驱动连接；并且，盘52、54可以在花键轴68上自由地轴向移动。

环形安装板40具有环形摩擦片，或可替代地具有在其上以环形阵列布置的多个弓形片部段，如通过附图标记70标识的，其设置用于接触转子52上的环形摩擦表面56；并且，片70通过适合的紧固件如螺钉72紧固至安装板40。轴向浮动反作用板48在其一个轴向面上紧固有一环形摩擦片或分段的片73，以接触转子盘52的摩擦表面58。设置在轴向浮动反作用板48的对向侧上的是另一环形摩擦片或分段的片76，其通过适合的紧固件如螺钉78紧固在板48上。这样，片76设置成与摩擦表面60和转子盘54摩擦接触。

定位板80轴向设置于转子盘54和活塞31之间并通过多个周向隔开的间隔件82紧固于其中。板80由穿过设置于壳体22中的孔口86的螺栓84紧固；并且，螺栓穿过间隔件82中的每一个并螺纹接合于定位板80中。定位板80具有多个周向隔开的孔口88，孔口88沿周向间隔布置并定位成与间隔件42中的每一个重合，间隔件42在孔口88内可自由地轴向移动。

参见图2-5，定位板80具有以附图标记90标识的附加的孔口阵列，其设置成从孔口88沿径向向内并沿周向间隔布置。孔口90中的每一个在其中设置有托架92，托架在孔口88中轴向延伸穿过板80，并且每个托架在板80的对向侧上、在托架端部上分别设置有保持凸缘94、96。凸缘94设置成邻接转子盘54并在其轴向表面上附接有摩擦表面，该摩擦表面在图4和5所示的构型中处于分开的片98的形式，片98定位成用于与转子盘54的环形轴向表面62摩擦接触。

参见图5，定位板示出为向右移动一足够的量以引起托架92上的凸缘96抵接板80的向右的表面，因此限制托架在制动片98中的进一步移动。壳体22和定位板80的进一步向右移动导致托架使其摩擦表面从盘表面62移开至图5所示位置并释放转子盘上的全部制动转矩。

参见图8a和8b，托架的另一构型总的指示为192并具有体部197，该体部具有沿径向向外延伸的凸缘196，指示为198的该凸缘的下表面适于抵接定位板80的表面。托架192具有沉孔199形式的中心腔，其适于在其中接纳制动预载弹簧100中的一者的一个端部。托架192具有其体部197的端表面100，该端表面形成为与托架的体部集成为一体的摩擦表面。在本实施例中，托架由金属和陶瓷、金属陶瓷或有机摩擦材料的混合物整体地形成为一体。

参见图9a和9b，本发明的托架的另一构型总的指示为292并具有凸缘296，凸缘具有矩形的构型，与托架292的体部297一样。标识为298的凸缘296的下表面适于接触定位板80的表面。托架体部297的下端表面299构造成摩擦表面299并与托架体部297和凸缘296整体地形成为一件。托架292具有沉孔200形式的中心腔，在该腔中接纳托架制动预载弹簧100中的一者的端部。在本实施例中，托架292由提供摩擦表面299的期望特性的金属陶瓷材料形成。

参见图10a和10b，本发明的托架的另一构型总的指示为392并具有向外延伸的凸缘396，该凸缘具有梯形构造，与托架392的体部397一样。凸缘396具有适于接触定位板80的表面的下表面398。托架体部397具有标识为399的下端表面，其形成为与托架体部397整体地形成为一件的摩擦表面。托架392具有设置其中的腔或沉孔400，用于在其中接纳制动预载弹簧100中的一者的一个端部。在本实施例中，托架392由提供摩擦表面399的适当特性的金属陶瓷材料整体地形成为一件。

参见图11a和11b，本发明的托架的另一构型总的指示为492并具有向外延伸的凸缘496，该凸缘具有梯形构造，与体部497一样。凸缘496具有构造成用于接触定位板80的表面以限制托架的运动的下表面498。托架492的标识为499的下端表面构造成摩擦表面；并且，表面499与托架497的体部和凸缘496整体地形成为一个构件。托架492具有设置于其中的标识为500的多个沉孔或腔，每个沉孔或腔用于接纳单独的各个空载弹簧100，促动托架摩擦表面499以接触转子盘54的表面62。在本实施例中，托架492由金属陶瓷材料整体地形成为一个构件。

在操作中，制动弹簧100沿图4中的轴向向左促动托架92直到制动片98接触转子盘54的表面62。转子盘54进而在轴68上沿轴向移动，导致转子54上的环形摩擦表面60接触轴向浮动反作用板48上的摩擦片76。这样，反作用板48被向左促动以导致其上的制动摩擦片73接触转子52上的环形摩擦表面58，这进而导致转子52沿轴向移动，导致其上的摩擦表面接触安装板40上的制动垫70，由此在转子盘上提供制动锁定转矩以防止转子盘转动。

因此，本发明的盘式制动器在定位板中提供多个单独的弹簧偏压托架，每个托架都在其上具有制动摩擦表面或片从而在预载弹簧的促动下在托架上提供均匀的制动压力，以在转子盘上提供均匀的制动转矩摩擦并因此实现所需的初始止动转矩，而不发生压力板或定位板的不想要的轴向弯曲。

显然，其他人在阅读和理解了前面的详细描述后可以进行修改和变型。本文所述示例性的构型应理解为包括全部这些修改和变型，视为被包括在所附权利要求或其等同方案的范围内。

Claims (11)

1.一种盘式制动器组件，包括：

(a)限定环形流体压力腔的壳体，所述流体压力腔包括适于连接至加压流体源的入口；

(b)具有密封地设置于流体压力腔中的部分的环形活塞；

(c)固定至壳体并具有多个托架的环形定位板，所述托架中的每一者在托架上具有设置在托架周围并且能相对于所述环形定位板在轴向方向上单独移动的摩擦表面；

(d)设置在活塞周围的多个弹簧，所述弹簧可操作以在轴向远离活塞的方向上偏压托架；

(e)具有环形摩擦表面的至少一个转子，所述转子设置于输入轴上以便与输入轴一起转动和能在输入轴上沿轴向移动；以及

(f)连接至活塞的、具有环形摩擦表面的环形安装板，其中，在对所述压力腔流体加压后，壳体和定位板沿轴向远离转子、摩擦片和安装板移动，在对所述压力腔减压后，所述弹簧可操作以使摩擦片移动至与所述至少一个转子的环形摩擦表面接触，从而产生制动动作。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述托架中的每一者附接至通过孔口被接纳在定位板中的构件。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述至少一个转子包括多个转子，邻近的转子由能相对于转子沿轴向移动的环形反作用板隔开，所述反作用板具有邻近每个转子的环形摩擦表面设置于其上的摩擦材料。

4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述托架被单独地在轴向方向上朝向转子的环形摩擦表面弹簧偏压。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述至少一个转子用花键连接至输入轴。

6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述托架中的每一者都具有在接触邻近的转子盘的方向上偏压托架的多个弹簧。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述托架中的每一者都具有腔，在所述腔中接纳所述多个弹簧之一的一端。

8.一种制造盘式制动器组件的方法，包括：

(a)提供具有环形压力腔的壳体，所述环形压力腔具有用于流体加压的入口；

(b)将环形活塞可移动地设置在压力腔中并且将活塞密封在压力腔上和形成流体压力腔；

(c)以轴向隔开的布置将具有环形摩擦表面的环形安装板连接至活塞；

(d)将至少一个转子沿轴向设置在环形安装板与活塞之间，所述转子在转子的轴向相对侧上具有环形摩擦表面；

(e)将环形定位板沿轴向设置在所述至少一个转子与活塞之间，并提供在环形定位板周围设置的多个周向隔开的托架，托架中的每一者在其上均具有摩擦表面并可相对于环形定位板在轴向方向移动并将定位板连接至壳体；

(f)在对压力腔室减压的情况下，单独地弹簧偏压周向隔开的托架中的每一者以使所述至少一个转子的环形摩擦表面中的一个摩擦表面与相应的托架摩擦表面接触，并且将环形安装板上的摩擦材料弹簧偏压至和与所述一个摩擦表面相对的转子摩擦表面摩擦接触；以及

(g)在对腔室加压后相对于活塞移动壳体和定位板并释放转子环形表面上的摩擦接触。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，提供多个周向隔开的托架包括通过环形定位板中的多个孔口中的每一者设置托架。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，设置托架包括沿促使托架上的摩擦片与转子环形摩擦表面接触的方向弹簧偏压所述托架。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，设置至少一个转子包括设置多个转子并在邻近的转子之间设置可轴向移动的带有环形摩擦材料的反作用板。