TWI403385B - 斷電煞車裝置 - Google Patents

Description

斷電煞車裝置

本發明係有關於一種斷電煞車裝置，尤指一種利用油壓驅動彈性爪張開，以達到煞車目的之斷電保護裝置，其煞車力穩定確實、結構簡單、製作成本低、重量輕、體積小、更換容易，尤適用於大型旋轉模組，可避免大型旋轉模組運作時突然的斷電產生時所造成的工安危害。

一般所稱之大型旋轉模組，包含工具機中含液靜壓軸承與伺服馬達而能做大型車銑複合加工的旋轉工作台，以及風力發電設備、石油鑽勘設備。大型旋轉模組在高速轉動時，由於轉動慣量極高的緣故，當斷電發生時往往會產生相當程度的破壞，輕則造成模組精密傳動元件的損傷或是工件的毀損，重則可能會造成人員的傷亡。因此為了避免這種狀況，設計或安裝斷電煞車模組會是相當保險的作法。

上述斷電煞車保護對於液靜壓軸承使用的旋轉工作台尤其重要，液靜壓軸承有低摩擦係數，以及高剛性的特點，但是不可避免的，液靜壓軸承需要一組油壓單元以提供作為軸承的油膜流量來源。而大型化的旋轉工作台由於高旋轉慣量與高速旋轉的效應，往往在斷電發生時油膜的供應也跟著消失，如此一來會產生相當大的破壞能量，也進而破壞昂貴的加工表面。因此需要一組安全裝置使斷電發生時協助將旋轉中的工作台停止，以延長液靜壓軸承的使用壽命以及增進操作者使用上的安全性。此外，斷電煞車也必須擁有方便更換的特點。由於斷電煞車器並非永久不壞的模組。在災害發生後也應相當容易的將耗損的斷電煞車器更新。以永久保障旋轉模組的精度可靠度與安全性。

針對習知專利而言，例如美國專利公開號US20100175505「CLAMPING DEVICE FOR ROTARY INDEX DEVICE FOR MACHINE TOOL」，該案結構特徵在於含有彈力預壓的彎曲壓盤及薄型煞車盤，其彎曲曲面煞車壓盤經由加工至某一定的高度預壓量，使其在彈力變形的狀況下壓住碟盤而達成煞車的目的與作用，當油壓進入活塞時，則使壓盤鬆脫對碟盤的夾持力，使工作台得以轉動，該案之缺點在於，該彎曲壓盤加工不易，組裝間隙調整困難、更換不易，且其煞車力道不易控制，作動移位煞車定位困難，也無法應用於大型化或高轉速之旋轉工作台。

又例如美國專利US6457383「ROTATING OR SWIVELING DEVICE OF A MACHINE TOOL」，該案係採用油壓上下驅動工作台並使用斜面以增加煞車力，該案所存在之缺點在於其結構複雜，導致組裝或更換不易，也無法應用於高轉速旋轉工作台，而由於該案煞車結構並非針對斷電煞車，因此並無法於斷電時煞車。

又例如美國專利US3786721「CLAMP FOR ROTARY TABLES」，該案係採用油壓裝置帶動凸輪機構使夾爪撐開或夾緊，達到煞車目的，該案所存在之缺點在於，難以同步控制夾爪同時撐開，其煞車變位量大、精密定位煞車功能薄弱，且其煞車間隙難以掌握，煞車時會造成台面偏擺，無法應用於高轉速旋轉工作台，而由於該案煞車結構並非針對斷電煞車，因此並無法於斷電時煞車。

又例如中國專利CN2835553Y「在鑽油或是風力發電的斷電煞車裝置」，該案係於斷電或是工作台停止時，經由一彈簧裝置將相對煞車來令片夾合而使旋轉中的物件停止，當再次啟動時，係由油壓缸撐出使該來令片鬆脫，該案架構雖然夾持扭力高，但是煞車元件倍數大於旋轉截面，安裝時必須使用吊具，安裝不易，而且也很難使用在一般的旋轉工作台上，此外，該案結構並無法確保所有煞車來令片同時夾合，其煞車變位量大，精密定位煞車功能薄弱。

據此可知，如何能有一種煞車力穩定確實、結構簡單、製作成本低、重量輕、體積小、更換容易，且適用於大型旋轉模組之斷電煞車裝置，係相關技術領域業者急需解決之課題。

有鑑於習知技術之缺失，本發明提出一種斷電煞車裝置，利用油壓驅動彈性爪張開，以達到煞車目的，其煞車力穩定確實、結構簡單、製作成本低、重量輕、體積小、更換容易，尤適用於大型旋轉模組，可避免大型旋轉模組運作時突然的斷電產生時所造成的工安危害。

為達到上述目的，本發明提出一種斷電煞車裝置，係提供一旋轉工作台煞車作用，該斷電煞車裝置包含：一彈性爪元件，其具有一管狀主體，該管狀主體具有一軸心，該管狀主體沿著其軸心具有相對且相互連通之一第一端及一第二端，於該管狀主體之第一端設有複數彈性爪，該複數彈性爪係環繞該軸心設置，於該旋轉工作台設有一凹部，該彈性爪元件之彈性爪係位於該凹部內；一心軸，係由一軸體以及一錐形頭部構成，該錐形頭部具有一第一端及第二端，該錐形頭部之第一端之外徑大於該錐形頭部之第二端之外徑，該錐形頭部之第二端係連接於該軸體之一軸向端，該軸體係軸設於該管狀主體內，該錐形頭部係位於該環繞之複數彈性爪內；以及一驅動裝置，係用以驅動該心軸平行於該軸體之軸心方向往復移動於一第一位置及一第二位置間，當該心軸位於該第一位置時，該錐形頭部之第一端係與該複數彈性爪脫離，且該複數彈性爪不與該旋轉工作台之凹部接觸，當該心軸位於該第二位置時，該錐形頭部之第一端內縮於該複數彈性爪內且推動該複數彈性爪，使該複數彈性爪與該旋轉工作台之凹部相互抵靠。

為使　貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。

以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利　貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱第一圖至第三圖所示，本發明所提供之斷電煞車裝置100，其包含一彈性爪元件10、一心軸20以及一驅動裝置30，該彈性爪元件10、心軸20及驅動裝置30係設置於一底座40上。

該彈性爪元件10具有一管狀主體11，該管狀主體11具有一軸心Lc，該管狀主體11沿著其軸心Lc具有相對且相互連通之一第一端111及一第二端112，於該管狀主體11之第一端111設有一隔板113，於該隔板113設有一孔洞114，再於該管狀主體11之第一端111設有複數彈性爪12，該複數彈性爪12係環繞該軸心Lc設置，該每一彈性爪12之內側壁121具有一斜度θ1，該斜度θ1係由該彈性爪12內側壁121之頂緣向下且朝向該管狀主體11之軸心Lc傾斜，使該複數彈性爪12內側壁頂緣圍設之圓形直徑D1大於該複數彈性爪12內側壁底緣圍設之圓形直徑D2(顯示於第三圖)，於該複數彈性爪12內部圍設形成一上寬下窄之圓錐形空間，於本實施例中，相鄰二彈性爪12之間具有一間距G，該間距G係依實際需要而設計，沒有一定限制，亦可使相鄰二彈性爪12相互貼靠，此外，該彈性爪12之數目沒有一定限制，依實際所需設計，可為圖示六爪設計。

其次，該心軸20係由一軸體21以及一錐形頭部22構成，該錐形頭部22為一圓錐形，該錐形頭部22具有一第一端221及第二端222，該錐形頭部22之第一端221之直徑D3大於該錐形頭部22之第二端222之直徑D4，使該錐形頭部22之周緣具有一錐度θ2，值得注意的是，該第一端221之直徑D3並沒有一定限制，只要大於上述該複數彈性爪12內側壁頂緣圍設之圓形直徑D1即可，該錐形頭部22之第二端222係連接於該軸體21之一軸向端，且該第二端222之外徑大於該軸體21之外徑，該軸體21係穿設於上述該管狀主體11之該隔板113之孔洞114，且該軸體21軸設於該管狀主體11內，該錐形頭部22係位於該環繞之該複數彈性爪12內，於本實施例中，上述該彈性爪12內側壁121之斜度θ1係與該錐形頭部22之錐度θ2相同。

該驅動裝置30係用以驅動該心軸20可以平行於該軸體21之軸心方向往復移動，該驅動裝置30包括一盤型彈簧組31以及一活塞32，該盤型彈簧組31係設置於該管狀主體11內，且該盤型彈簧組31套設於該軸體21外部，該盤型彈簧組31具有相對之一第一彈性端311以及一第二彈性端312，該盤型彈簧組31可於該第一彈性端311及第二彈性端312之間彈性伸縮，該第一彈性端311係抵靠於該隔板113底部，該活塞32係設置於該管狀主體11內，且該活塞32係設置於該軸體21不具有該錐形頭部22之一端(亦即圖示該軸體21底端)，且該活塞32之一側係抵靠於該盤型彈簧組31之第二彈性端312，藉由一螺栓321由該活塞32螺入該活塞32及該軸體21，可將該活塞32與該軸體21相互螺合。

上述該彈性爪元件10、心軸20及驅動裝置30之組合件設置於該底座40，於該底座40設有流道41，該流道41具有二入口端411以及一出口端412，該出口端412係連通該管狀主體11之第二端112，該入口端411係連接於油壓裝置，該入口端411可提供油壓進入該流道41並由該出口端412流入該管狀主體11之第二端112，此外，為了避免油壓洩漏，於該螺栓321外套設有一第一防漏環322，且該第一防漏環322係設置於該軸體21與該活塞32之接觸面之間，再於該活塞32外套設有一單向油封323，該單向油封323係設置於該活塞32與該管狀主體11之間，再於該該管狀主體11外套設有複數第二防漏環324，且該第二防漏環324係設置於該管狀主體11與該底座40之間。

將該彈性爪元件10、心軸20、驅動裝置30與該底座40組合完成後，即可形成第一圖及第三圖所示模組化結構，該模組化結構有利於拆裝於旋轉工作台，但是該底座40之形式、尺寸並沒有一定限制，依實際所需而設計，亦可與旋轉工作台結合為一體，如第三圖所示，於一旋轉工作台50設有一凹部51，該旋轉工作台50為一大型旋轉模組，包含工具機中含液靜壓軸承與伺服馬達而能做大型車銑複合加工的旋轉工作台，以及風力發電設備、石油鑽勘設備，本發明該彈性爪元件之彈性爪12係伸入該凹部51，該底座40可定位於任意固定位置，該固定位置可為旋轉工作台50之基座或固定機架上，再由一油壓裝置將油壓由該底座40之入口端411輸入該流道41，油壓由該出口端412流出後，可進入該管狀主體11之第二端112，由於活塞32與該軸體21螺合，因此油壓可以同時推動該活塞32與該心軸20平行於該軸體21之軸心方向移動，由於軸體21外套設有盤型彈簧組31，因此該盤型彈簧組31可同時受到壓縮，此時，該活塞32係位於一壓縮位置，而該心軸20係位於一第一位置，位於該第一位置之心軸20之錐形頭部22係凸伸於該複數彈性爪12外，該錐形頭部22之第一端221係與該複數彈性爪12脫離，因此，該複數彈性爪12呈現未受力狀態，且該複數彈性爪12之外側壁不與該旋轉工作台50之凹部51之內側壁接觸，此時，該旋轉工作台50可以正常旋轉工作。

必須說明的是，輸入該流道41之油壓可共用該旋轉工作台50之油壓裝置，亦可採用獨立的油壓裝置，但是無論如何，提供該流道41之油壓裝置係與該旋轉工作台50之電力控制系統電性連接，亦即，當旋轉工作台50斷電時，該流道41所使用之油壓裝置也會立即切斷油壓供應，請參閱第四圖所示，當該旋轉工作台50突然斷電時，供應該流道41所使用之油壓裝置也立即切斷油壓供應，該活塞32與該心軸20由於失去油壓作用，因此會平行於該軸體21之軸心方向落下，該盤型彈簧組31可同時得到釋放，此時，該活塞32係位於一釋放位置，而該心軸20係位於一第二位置，位於該第二位置之心軸20之錐形頭部22之第一端221內縮於該複數彈性爪12之間，該第一端221係抵靠於該複數彈性爪12之內側壁，由於該第一端221之直徑D3大於該複數彈性爪12內側壁頂緣圍設之圓形直徑D1(顯示於第二圖)，因此該第一端221可以推動該複數彈性爪12，使該複數彈性爪12以該管狀主體11之軸心Lc為中心徑向背離該軸心Lc移動，由於該複數彈性爪12可以同時被外撐，使該複數彈性爪12之外側壁與該旋轉工作台50之凹部51內側壁相互抵靠，藉由彈性爪12與凹部51間之摩擦力，可使該旋轉工作台50停止旋轉，當旋轉工作台50電力再度接通時，油壓可再度被打入該流道41內，使彈性爪12與凹部51分離，如第三圖所示狀態，旋轉工作台50即可恢復旋轉工作。

另必須說明的是，請參閱第三圖，若是該彈性爪12內側壁121之斜度θ1為0度，亦即該複數彈性爪12內側壁平行於該管狀主體11之軸心Lc，該複數彈性爪12內側壁頂緣圍設之圓形直徑D1等於該複數彈性爪12內側壁底緣圍設之圓形直徑D2，或是該彈性爪12內側壁121之斜度θ1與該錐形頭部22之錐度θ2不相同時，仍然可以藉由該錐形頭部22之錐度推動該彈性爪12，但是斜度θ1與錐度θ2相同時，可降低彈性爪12與錐形頭部22之間的摩擦力，可使錐形頭部22推動彈性爪12之更為順暢，再者，若是該複數彈性爪12所圍設形成的空間並非圓錐形，或是該錐形頭部22並非圓錐形時，例如該複數彈性爪12所圍設形成的空間為多邊錐形，或是該錐形頭部22為多邊錐形時，或該複數彈性爪12所圍設形成的空間與該錐形頭部22形狀不同時，仍然可以藉由該錐形頭部22之錐度推動該彈性爪12，如前所述，本發明之設計重點在於該第一端221之直徑D3大於該複數彈性爪12內側壁頂緣圍設之圓形直徑D1(顯示於第二圖)即可。

對比第三圖及第四圖可知，於該錐形頭部22之第一端221被油壓往復上推或落下時，該複數彈性爪12可以徑向朝向或背離該軸心Lc往復移動，該複數彈性爪12對於旋轉工作台50所產生的煞車作用立即而確實，據實作樣品驗證本發明該斷電煞車裝置100之功效，若該盤型彈簧組31之拉力為500kg，該彈性爪12內側壁121之斜度θ1與該錐形頭部22之錐度θ2為1/12，該彈性爪12與凹部51間的摩擦係數為0.15，可計算煞車力及煞車扭力如下：

煞車力F=500kg*sin(1/12)*0.15=900kg

煞車扭力T=900*9.8*0.5=4410Nm

若是設置多組該斷電煞車裝置100，則煞車力與煞車扭力也倍數提高，例如，若是設置四組，則煞車扭力為4*4410Nm=17610Nm，據此可知，本發明確實能發揮實際的煞車作用，尤其作為大型旋轉模組的斷電保護裝置，可避免大型旋轉模組運作時突然的斷電產生時所造成的工安危害，此外，可將該彈性爪12以圓形車刀處理以避免塑性變形產生，該彈性爪12內側壁121之斜度θ1以精車方式加工，該心軸20可使用滲碳研磨方式增加硬度並減少摩擦阻力。

請參閱第五圖及第六圖所示，說明本發明具有不同的設置方式，如第五圖所示係平行於一旋轉工作台50A之軸心方向之二側對稱設置二凹部51A，於該凹部51A分別設有一斷電煞車裝置100，此外，亦可如第六圖所示，於一圓形旋轉工作台50B邊緣徑向等距安裝四組斷電煞車裝置100，於該旋轉工作台50B之邊緣徑向設有凹部51B，該斷電煞車裝置100係伸入該凹部51B內。

綜上所述，本發明提供之斷電煞車裝置，利用油壓控制錐形頭部撐開彈性爪，可於旋轉工作台斷電時，立即產生煞車作用，可避免大型旋轉工作台於運作時突然的斷電產生時所造成的工安危害，且由於本發明提供之斷電煞車裝置具有模組化的特性，其結構簡單、製作成本低、重量輕、體積小，利於更換及拆裝。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

100．．．斷電煞車裝置

10．．．彈性爪元件

11．．．管狀主體

111．．．第一端

112．．．第二端

113．．．隔板

114．．．孔洞

12．．．彈性爪

121．．．彈性爪內側壁

20．．．心軸

21．．．軸體

22．．．錐形頭部

221．．．第一端

222．．．第二端

30．．．驅動裝置

31．．．盤型彈簧組

311．．．第一彈性端

312．．．第二彈性端

32．．．活塞

321．．．螺栓

322．．．第一防漏環

323．．．單向油封

324．．．第二防漏環

40．．．底座

41．．．流道

411．．．入口端

412．．．出口端

50、50A、50B．．．旋轉工作台

51、51A、51B．．．凹部

D1、D2、D3、D4．．．直徑

G．．．間距

Lc．．．軸心

θ1．．．斜度

θ2．．．錐度

第一圖係本發明實施例之組合結構外觀立體圖。

第二圖係本發明實施例之部分分解結構外觀立體圖。

第三圖係第一圖之A-A剖面配合旋轉工作台凹部之結構示意圖。

第四圖係本發明實施例對旋轉工作台產生煞車作用時之剖面結構示意圖。

第五圖係本發明實施例軸方向安裝於液靜壓旋轉工作台之剖面結構示意圖。

第六圖係本發明實施例徑方向安裝於旋轉工作台之結構示意圖。

第七圖係第六圖之B-B剖面結構示意圖。

100．．．斷電煞車裝置

10．．．彈性爪元件

11．．．管狀主體

111．．．第一端

112．．．第二端

113．．．隔板

114．．．孔洞

12．．．彈性爪

121．．．彈性爪內側壁

20．．．心軸

21．．．軸體

22．．．錐形頭部

221．．．第一端

222．．．第二端

30．．．驅動裝置

31．．．盤型彈簧組

311．．．第一彈性端

312．．．第二彈性端

32．．．活塞

321．．．螺栓

322．．．第一防漏環

323．．．單向油封

324．．．第二防漏環

40．．．底座

41．．．流道

411．．．入口端

412．．．出口端

50．．．旋轉工作台

51．．．凹部

D2．．．直徑

Lc．．．軸心

θ1．．．斜度

θ2．．．錐度

Claims (10)

1. 一種斷電煞車裝置，係提供一旋轉工作台煞車作用，該斷電煞車裝置包含：一彈性爪元件，其具有一管狀主體，該管狀主體具有一軸心，該管狀主體沿著其軸心具有相對且相互連通之一第一端及一第二端，於該管狀主體之第一端設有複數彈性爪，該複數彈性爪係環繞該軸心設置，於該旋轉工作台設有一凹部，該彈性爪元件之彈性爪係位於該凹部內；一心軸，係由一軸體以及一錐形頭部構成，該錐形頭部具有一第一端及第二端，該錐形頭部之第一端之外徑大於該錐形頭部之第二端之外徑，該錐形頭部之第二端係連接於該軸體之一軸向端，該軸體係軸設於該管狀主體內，該錐形頭部係位於該環繞之複數彈性爪內；以及一驅動裝置，係用以驅動該心軸平行於該軸體之軸心方向往復移動於一第一位置及一第二位置間，當該心軸位於該第一位置時，該錐形頭部之第一端係與該複數彈性爪脫離，該錐形頭部之第一端係凸伸於該複數彈性爪外，且該複數彈性爪不與該旋轉工作台之凹部接觸，當該心軸位於該第二位置時，該錐形頭部之第一端係位於該複數彈性爪內且抵靠於該複數彈性爪之內側壁，且該錐形頭部之第一端推動該複數彈性爪以該管狀主體之軸心為中心徑向背離該軸心移動，使該複數彈性爪與該旋轉工作台之凹部相互抵靠。
2. 如申請專利範圍第1項所述之斷電煞車裝置，其中該每一彈性爪之內側壁具有一斜度，該斜度係由該彈性爪內 側壁之頂緣向下且朝向該管狀主體之軸心傾斜。
3. 如申請專利範圍第2項所述之斷電煞車裝置，其中該複數彈性爪內側壁之斜度係與該錐形頭部之錐度相配合，當該心軸位於該第一位置時，該彈性爪之內側壁可貼靠於該錐形頭部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之斷電煞車裝置，其中該彈性爪元件具有一隔板，該隔板係設置於該管狀主體之第一端，於該隔板設有一孔洞，該心軸之軸體係穿設於該隔板之孔洞，該錐形頭部係位於該環繞之複數彈性爪內。
5. 如申請專利範圍第4項所述之斷電煞車裝置，其中該錐形頭部之第二端之外徑大於該軸體之外徑。
6. 如申請專利範圍第4項所述之斷電煞車裝置，其中該驅動裝置包括：一彈簧組，係設置於該管狀主體內，且該彈簧組套設於該軸體外部，該彈簧組具有相對之一第一彈性端以及一第二彈性端，該彈簧組可於該第一彈性端及第二彈性端之間彈性伸縮，該第一彈性端係抵靠於該隔板；一活塞，係設置於該管狀主體內，且該活塞係設置於該軸體不具有該錐形頭部之一端，且該活塞之一側係抵靠於該彈簧組之該第二彈性端；一油壓裝置，係用以驅動該活塞平行於該軸體之軸心方向往復移動於一釋放位置及一壓縮位置間，且該活塞可推動該心軸往復移動於該第一位置及該第二位置間，當該活塞位於該釋放位置時，該心軸係位於該第一位置，以及當該活塞位於該壓縮位置時，該心軸係位於該第二 位置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之斷電煞車裝置，其中該驅動裝置更包括：至少一螺栓，係用以將該活塞與該軸體相互螺合；一第一防漏環，係套設於該螺栓外，且該第一防漏環係設置於該軸體與該活塞之間；以及一單向油封，係套設於該活塞外與該管狀主體之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之斷電煞車裝置，其更包括一底座，該彈性爪元件之管狀主體係設置於該底座上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之斷電煞車裝置，其更包括至少一第二防漏環，該第二防漏環係套設於該管狀主體外部與該底座之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之斷電煞車裝置，其中該底座具有一流道，該流道具有至少一入口端以及一出口端，該出口端係連通該管狀主體之第二端，該入口端係連接於油壓裝置，該入口端可提供油壓進入該流道並由該出口端流入該管狀主體之第二端。