Электромагнитный дисковый тормоз Российский патент 2025 года по МПК F16D55/28 H02K49/00 

Изобретение относится к области приводных механизмов, в частности к электромагнитным тормозам для электродвигателей или вращающихся звеньев кинематических цепей, и может быть использовано в качестве элемента автоматики в кинематических цепях различных устройств приборостроения, станкостроения и общего машиностроения.

Известен дисковый тормоз [SU 903619 А1, опубл. 02.07.1982, МПК F16D 55/44], содержащий смонтированные соосно валу в корпусе неподвижный диск с фрикционными накладками, толкатель в виде диска с фрикционными накладками, ступица которого связана с тормозной пружиной, установленной на валу, с механизмом регулировки тормозного усилия, тормозной диск, помещенный между неподвижным диском и толкателем, а также направляющие осевого перемещения толкателя, которые расположены симметрично относительно продольной оси вала и выполнены в виде пальцев с закрепленными на них сухарями и сферических выступов, выполненных на ступице толкателя. Неподвижный диск с фрикционными накладками жестко закреплен на корпусе, а тормозной диск выполнен в виде гибкой пластины и жестко закреплен на валу.

Недостатками такого дискового тормоза являются:

- значительный габарит пружины необходимый для обеспечения стабильности усилия при перемещении тормозного диска, что, в конечном счете, приводит к необходимости увеличения тягового усилия электромагнита, и, следовательно, увеличению массы и габаритов устройства;

- усложнение конструкции тормозного диска для обеспечения его деформации при каждом цикле работы тормоза, что ограничивает рабочий ресурс устройства.

Лишенным данных недостатков, наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является электромагнитный тормоз фирмы «КЕВ Automation» (Германия), содержащий в своей конструкции электромагнит, выполненный с возможностью его крепления к объекту использования; подпружиненный якорь с возможностью регулирования усилия прижатия пружин, и имеющий возможность поступательного движения в сторону к электромагниту и от него вдоль направляющих; фланец, тормозной диск, размещенный между якорем и фланцем; промежуточную втулку для соединения тормозного диска с валом объекта использования [КЕВ: BRAKES AND CLUTCHES [сайт]. URL: https://www.keb-automation.com/products/brakes-clutches/spring-applied-brakes/sealed-brake-combistop-28 (дата обращения: 17.06.2024 г.)].

В представленном электромагнитном тормозе при отсутствии питания на электромагните тормозной диск зажат между якорем и фланцем, что противодействует повороту вала объекта использования. При подаче напряжения на обмотку электромагнита в нем возникает магнитный поток, якорь притягивается к электромагниту, освобождая тормозной диск с фрикционными накладками или без них, при этом вал объекта использования получает возможность свободно вращаться совместно с тормозным диском.

Недостатком прототипа является повышенный и неравномерный износ между фрикционными поверхностями, вызванный отсутствием между ними постоянного зазора: при растормаживании и вращении тормозного диска он может свободно перемещаться в осевом направлении в пределах зазора и затирать о неподвижные детали устройства, между которыми диск расположен. Подобное явление приводит к нестабильности тормозного момента, повышению динамических нагрузок, ограничению применения электромагнитного тормоза в высокоточных приборах, а также общему снижению надежности устройства.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении надежности и расширении области применения электромагнитного дискового тормоза по сравнению с прототипом.

Заявляемое техническое решение обеспечивает следующий технический результат: снижение динамической нагрузки, снижение износа фрикционных поверхностей и повышение надежности работы электромагнитного дискового тормоза путем обеспечения постоянного зазора между фрикционными поверхностями.

Указанный результат заявляемого технического решения достигнут в электромагнитном дисковом тормозе, содержащем электромагнит, выполненный с возможностью его крепления к объекту использования; подпружиненный якорь с возможностью регулирования усилия прижатия регулировочными винтами, и имеющий возможность поступательного движения в сторону к электромагниту и от него вдоль направляющих; фланец; тормозной диск, размещенный между якорем и фланцем, за счет выполнения в конструкции фланца и якоря со сторон плоскостей, прилегающих к тормозному диску, отверстий, расположенных равномерно по окружностям с установленными в них подпружиненными телами качения.

Наличие в конструкции фланца и якоря отверстий, расположенных равномерно по окружностям с установленными в них подпружиненными телами качения, обеспечивает выравнивание тормозного диска при его растормаживании, тем самым обеспечивая постоянные зазоры между вращающимся тормозным диском и фрикционными поверхностями.

На фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 приняты следующие обозначения: 1 - электромагнит, 2 - прижимная пружина, 3 - опора, 4 - направляющая, 5 -фланец, 6 - возвратная пружина, 7 - тело качения, 8 - якорь, 9 - тормозной диск, 10 - фрикционная накладка, 11 - регулировочный винт.

Предлагаемый электромагнитный дисковый тормоз (фиг. 1) состоит из электромагнита 1, якоря 8, имеющего возможность поступательного движения вдоль направляющих 4, тормозного диска 9 с фрикционными накладками 10 или без них, прижимными пружинами 2, установленными через опоры 3, усилие поджатая которых настраивается регулировочными винтами 11. Фланец 5 и якорь 8 выполнены с расположенными равномерно по окружности отверстиями, в которые установлены возвратные пружины 6 и промежуточные тела качения 7.

Функционирует электромагнитный дисковый тормоз следующим образом.

При отсутствии питания на электромагните 1 (фиг. 2) прижимные пружины 2, установленные через опоры 3 сдвигают якорь 8 вдоль направляющих 4 в сторону фланца 5 на расстояние δ. При этом тела качения 7 поджимают возвратные пружины 6, жесткость которых значительно меньше жесткости прижимных пружин 2, тормозной диск 9 зажимается между фланцем 5 и якорем 8 и за счет сил трения теряет возможность вращения. Усилие поджатая тормозного диска 9 прижимными пружинами 2 настраивается регулировочными винтами 11.

При подаче напряжения на электромагнит 1 (фиг. 3) в нем нарастает магнитный поток, замыкающийся по контуру Б. При прохождении магнитного потока через якорь 8, тяговое усилия электромагнита 1 преодолевает усилие от действия прижимных пружин 2 и якорь 8 притягивается к электромагниту 1, двигаясь вдоль направляющих 4, при этом освобождая тормозной диск 9. При этом тела качения 7, установленные во фланце 5 и в якоре 8, под действием возвратных пружин 6 обеспечивают равноудаленное положение тормозного диска 9 относительно фланца 5 и якоря 8 с зазором 8/2. Освобожденный тормозной диск 9 получает возможность вращения, тела качения 7, обкатываясь по тормозному диску 9 или по фрикционным накладкам 10, не оказывают сопротивлению вращению.

Предлагаемое техническое решение проверено математическим моделированием и техническими расчетами.

Изобретение относится к области приводных механизмов, в частности к электромагнитным тормозам для электродвигателей или вращающихся звеньев кинематических цепей. Электромагнитный дисковый тормоз предназначен для остановки или затормаживания вала электродвигателя или звеньев кинематических цепей различных устройств приборостроения, станкостроения и общего машиностроения. Электромагнитный дисковый тормоз состоит из электромагнита, якоря, имеющего возможность поступательного движения вдоль направляющих, тормозного диска с фрикционными накладками или без них, прижимными пружинами, установленными через опоры. Усилие поджатия прижимных пружин настраивается регулировочными винтами. Фланец и якорь при этом выполнены с расположенными равномерно по окружности отверстиями, в которые установлены возвратные пружины и промежуточные тела качения, обеспечивающими выравнивание тормозного диска при его растормаживании. Технический результат - снижение динамической нагрузки, снижение износа фрикционных поверхностей и повышение надежности работы электромагнитного дискового тормоза путем обеспечения постоянного зазора между фрикционными поверхностями. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромагнитный дисковый тормоз, содержащий соединенные вместе электромагнит, выполненный с возможностью его крепления к объекту использования; подпружиненный якорь с возможностью регулирования усилия прижатия регулировочными винтами, и имеющий возможность поступательного движения в сторону к электромагниту и от него вдоль направляющих; фланец; тормозной диск, размещенный между якорем и фланцем, отличающийся тем, что во фланце и якоре со сторон плоскостей, прилегающих к тормозному диску, выполнены отверстия, расположенные равномерно по окружностям, с установленными в них подпружиненными телами качения.

2. Электромагнитный дисковый тормоз по п. 1, отличающийся тем, что тормозной диск имеет фрикционные накладки.