一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置，其特征在于：它包括一緊固連接在車輪軸上的主動齒輪，一緊固連接在所述車輪軸上的制動盤，一緊固連接在從動軸上并與所述主動齒輪嚙合的從動齒輪，一通過聯軸器轉動連接所述從動軸一端的電機，一轉動連接在所述從動軸另一端的磁流變裝置，一連接在車體上的彈簧底座和所述磁流變裝置的殼體之間的回位彈簧，一其中一端球鉸接在所述磁流變裝置的殼體上的連桿，以及一球鉸接在所述連桿另一端的楔形自增力裝置。本發明結構簡單、制動力矩大，同時能進行制動能量回收，降低能耗。本發明可以廣泛用于汽車制動領域。
【專利說明】一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種車用制動裝置，特別是關于一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置。
【背景技術】
[0002]磁流變液是一種新型的智能材料，它是由高磁導率、低磁滯性的超微金屬軟磁顆粒通過表面活性劑均勻分散于非導磁性基液中而構成的穩定懸浮液體系。零磁場情況下粘度很低，表現為可自由流動的牛頓流體；在外加磁場作用下，可在毫秒量級時間內轉變為高粘度、難流動的賓漢流體，并且這種變化是連續的、瞬時的、可逆的。同時，磁流變液的剪切應力與外加磁場強度(或電流)的大小有穩定的對應關系，易于控制。基于磁流變液這些優良特性，它已被廣泛應用于軍事、汽車、建筑、生物器械等領域。磁流變液制動器是磁流變液應用的一個重要分支。其中，制動力矩的大小是衡量磁流變液制動器制動性能及適用范圍的一個重要指標。因此，如何提高磁流變液制動器的制動力矩也是目前該領域的一個重要研究方向。
[0003]目前，提高制動力矩的措施主要可以分為兩類:1)通過采用多盤結構或改變制動盤形狀來提高制動力矩。目前很多相關研究增加了制動盤的數量，即雙盤或多盤式磁流變液制動器，雙盤或多盤結構可以有效增加磁流變液工作面積，實現制動力矩的增大。另外，采用轉子為葉輪結構的磁流變液制動器也能提高制動力矩，此時可通過與離合器的配合控制轉子是否與車輪軸一起轉動，避免零磁場時葉輪與磁流變液相對運動產生的阻力。還有采用電磁離合機構和行星增速器結構將制動力矩放大的方法，通過改變行星增速機構的增速比來改變制動力矩大小。2)制動時通過擠壓固化的磁流變液來增大制動力矩。根據磁流變液在受壓時其剪切屈服應力可有效增大的特性，一些研究通過在磁流變液制動器上增加徑向或軸向加壓裝置，在制動時對磁流變液進行徑向或軸向加壓，提高磁流變液剪切屈服應力，進而提高制動力矩。但上述兩類增大磁流變液制動器制動力矩的方法都存在一定的不足。前者通過增加制動盤數量或改變制動盤結構雖能有效增加制動力矩，但同時也極大地增加了制動器結構的復雜程度，加工及裝配難度大，而且對冷卻系統要求較高，散熱性能不佳將對磁流變液的工作性能有較大影響；后者通過擠壓磁流變液可一定程度上提高制動力矩，但擠壓力的大小與制動力矩大小之間的對應關系復雜，增加了制動器的控制難度。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的目的是提供一種結構及裝配簡單，且在有效提高制動力矩的同時，能對制動能量進行回收，降低能耗的可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝直。
[0005]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置，其特征在于:它包括一緊固連接在車輪軸上的主動齒輪，一緊固連接在所述車輪軸上的制動盤，一緊固連接在從動軸上并與所述主動齒輪嚙合的從動齒輪，一通過聯軸器轉動連接所述從動軸一端的電機，一轉動連接在所述從動軸另一端的磁流變裝置，一連接在車體上的彈簧底座和所述磁流變裝置的殼體之間的回位彈簧，一其中一端球鉸接在所述磁流變裝置的殼體上的連桿，以及一球鉸接在所述連桿另一端的楔形自增力裝置；其中，所述磁流變裝置包括一密閉殼體，所述密閉殼體內具有一圓形槽，所述圓形槽內設置有一剪切盤，所述從動軸貫穿所述密閉殼體后與所述剪切盤緊固連接；所述圓形槽內還注有磁流變液；所述圓形槽的外圍設置有一環形線圈；所述楔形自增力裝置包括一與所述連桿相連的移動楔塊，所述移動楔塊與所述制動盤相鄰的一側連接有一制動襯片；所述移動楔塊的另一側為與其楔面相配合且固定在車體上的固定楔塊，所述固定楔塊的楔面上轉動設置若干滾柱，所述滾柱與所述移動楔塊的楔面相接觸。
[0006]所述磁流變裝置的密閉殼體包括第一磁流變殼體、第二磁流變殼體和端蓋，所述第一磁流變殼體為圓槽形結構，其內部具有一體設置的環形凸臺，所述環形凸臺將所述第一磁流變殼體內部空間分隔為一圓形槽和一環形槽，所述線圈設置在所述第一磁流變殼體的環形槽內，所述剪切盤設置在所述第一磁流變殼體的圓形槽內并鍵連接在所述從動軸上，且所述剪切盤通過所述從動軸的定位凸臺和擋圈進行軸向定位；所述第二磁流變殼體通過一深溝球軸承連接在所述第一磁流變殼體敞口端一側的所述從動軸上，且所述第二磁流變殼體的形狀與所述第一磁流變殼體的形狀相配合，所述第二磁流變殼體和所述第一磁流變殼體通過若干周向設置的螺釘緊固連接成一體；所述端蓋套設在靠近所述第二磁流變殼體的所述從動軸上，所述端蓋和第二磁流變殼體通過若干周向設置的螺釘緊固連接成一體。
[0007]所述環形凸臺上和所述端蓋內壁均開設有一環形凹槽，兩所述環形凹槽內均設置有O型密封圈。
[0008]所述電機為扁平電機。
[0009]所述第一磁流變殼體和第二磁流變殼體之一上開設有連通其內部密封腔室的進油孔和出油孔。
[0010]本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明采用單盤式磁流變裝置與楔形自增力裝置相結合，且磁流變裝置與楔形自增力裝置之間通過連桿進行機械連接，傳動效率高并且容易實現準確控制。楔形自增力裝置采用楔形結構的移動楔塊一側連接制動襯片，另一側為與其楔面相配合的固定在車體上的固定楔塊，兩者之間通過滾柱滾動連接。當制動過程中，磁流變裝置推動連桿促使楔形自增力裝置中移動楔塊運動時，固定楔塊通過滾柱傳遞反作用力給移動楔塊，使得與移動楔塊相連的制動襯片對制動盤的壓緊力相比移動楔塊受到連桿處的輸入力增大，制動力矩得到有效提高，且本發明結構簡單，安裝、拆卸方便，且單盤式結構散熱性能較好。2、本發明在磁流變裝置所在的從動軸上連接有電機，可以在制動時回收制動能量，回收的電能可用于車用耗電設備(比如車燈、音樂播放等等)所需電能。電機無需與車輪軸同軸布置，只要在車輪軸與從動軸之間增加主動齒輪和從動齒輪便可以實現，采用此種布置方式簡化結構，有效節約能耗。另外，通過調節電機的負載及線圈通電電流的大小，還可以實現回饋制動和機械制動的耦合控制。本發明可以廣泛用于汽車制動領域。
【專利附圖】
【附圖說明】[0011]圖1是本發明結構示意圖
[0012]圖2是本發明的磁流變裝置結構示意圖
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0014]如圖1所示，本發明包括主動齒輪1、制動盤2、從動齒輪3、從動軸4、電機5、磁流變裝置6、回位彈簧7、連桿8和楔形自增力裝置9。
[0015]主動齒輪I和制動盤2依次鍵連接在車輪軸10上，主動齒輪I嚙合鍵連接在從動軸4上的從動齒輪3。從動軸4的一端通過聯軸器11轉動連接電機5，另一端轉動連接磁流變裝置6。回位彈簧7的一端連接在磁流變裝置6的殼體上，另一端連接固定在車體上的彈簧底座12。連桿8的一端亦球鉸接在磁流變裝置6的殼體上，另一端球鉸接楔形自增力裝置9。楔形自增力裝置9包括一與連桿8相連的移動楔塊91，移動楔塊91與制動盤2相鄰的一側連接有一制動襯片92。移動楔塊91的另一側為與其楔面相配合且固定在車體上的固定楔塊93，固定楔塊93的楔面具有一凹槽，凹槽內轉動設置若干滾柱94，滾柱94與移動楔塊91的楔面相接觸。
[0016]上述實施例中，電機5為扁平電機。
[0017]如圖2所示，磁流變裝置6包括第一磁流變殼體61、線圈62、剪切盤63、深溝球軸承64、第二磁流變殼體65、端蓋66和磁流變液67。
[0018]第一磁流變殼體61為圓槽形結構，其內部具有一體設置的環形凸臺，該環形凸臺將第一磁流變殼體61內部空間分隔為一圓形槽和一環形槽，且環形凸臺上還開設有一環形凹槽，該環形凹槽內嵌入一 O型密封圈13。線圈62設置在第一磁流變殼體61的環形槽內，剪切盤63設置在第一磁流變殼體61的圓形槽內并鍵連接在從動軸4上，且剪切盤63兩側的從動軸4分別設置有一定位凸臺和一擋圈14，以對剪切盤63進行軸向定位。第二磁流變殼體65通過深溝球軸承64連接在環形凸臺另一側的從動軸4上，且第二磁流變殼體65的形狀與第一磁流變殼體61的形狀相配合，第二磁流變殼體65和第一磁流變殼體61通過若干周向設置的螺釘緊固連接成一體。端蓋66套設在靠近第二磁流變殼體65的從動軸4上，端蓋66和第二磁流變殼體65通過若干周向設置的螺釘緊固連接成一體。端蓋66內壁具有一環形凹槽，環形凹槽內嵌入一 O型密封圈15。磁流變液67設置在第一磁流變殼體61、第二磁流變殼體65及端蓋66形成的密封腔室內。O型密封圈13和O型密封圈15均用于防止第一磁流變殼體61、第二磁流變殼體65及端蓋66形成的密閉空間內的磁流變液67流出。
[0019]上述實施例中，第一磁流變殼體61或第二磁流變殼體65上開設有連通其內部密封腔室的進油孔和出油孔(圖中未示出)，磁流變液67可以從進油孔或出油孔加入或流出密封腔室，磁流變液67加滿腔體后封住進油孔。
[0020]下面以車輪軸10逆時針轉動為例來說明本發明的工作原理:
[0021]車輛在正常行駛時，線圈62不充電，因此磁流變液67表現出牛頓流體，楔形自增力裝置9中的制動襯片92不接觸制動盤2。車輪軸10轉動帶動套設在其上的主動齒輪I和制動盤2逆時針轉動，主動齒輪I轉動帶動嚙合的從動齒輪3轉動，從動齒輪3帶動聯軸器11、電機5和磁流變裝置6中的剪切盤63同步順時針轉動。此時，磁流變液67對剪切盤63的阻力僅為液體黏性引起的很小的阻力，因此可以忽略對剪切盤63轉動的阻力影響。
[0022]車輛需要制動時(駕駛員踩下踏板進行制動)，根據所需制動力矩大小控制通過線圈62的電流，線圈62產生磁場使磁流變液67瞬間轉變為類固體，帶動磁流變裝置6與從動軸4 一起順時針轉動。此時，設置在磁流變裝置6外殼上的連桿8推動移動楔塊91順時針轉動，而移動楔塊91為楔形結構，因此當收到由滾柱94傳遞來的來自固定楔塊93的反作用力時，制動襯片92對制動盤2的壓緊力相比移動楔塊91受到連桿8處的輸入力增大，制動力矩得到提高，帶動與移動楔塊91固連的制動襯片92壓緊制動盤2實現制動。其中，滾柱94可以有效減少制動過程中固定楔塊93與移動楔塊91之間的摩擦力。在制動過程中，電機5對制動能量回收，回收的電能可用于車用耗電設備所需電能。另外，通過調節線圈62上通電電流的大小，可以準確控制磁流變液67將磁流變裝置6隨著從動軸4轉動的轉動力矩，進而控制通過連桿8連接磁流變裝置6的楔形自增力裝置9在制動盤2上的制動力大小。另外，通過調節電機5的負載及線圈62通電電流的大小，還可以實現回饋制動和機械制動的稱合控制。
[0023]當車輛轉為正常行駛的過程中，線圈62斷電，磁流變液67瞬間轉變為低粘度、高流動性的牛頓流體。磁流變裝置6在其殼體上設置的回位彈簧7的作用下向逆時針方向轉動，進而帶動連桿8拉動移動楔塊91逆時針轉動。由于采用的回位彈簧7預緊力較小，因此在制動過程中對制動力矩大小的影響可以忽略不計。
[0024]上述各實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置，其特征在于:它包括一緊固連接在車輪軸上的主動齒輪，一緊固連接在所述車輪軸上的制動盤，一緊固連接在從動軸上并與所述主動齒輪嚙合的從動齒輪，一通過聯軸器轉動連接所述從動軸一端的電機，一轉動連接在所述從動軸另一端的磁流變裝置，一連接在車體上的彈簧底座和所述磁流變裝置的殼體之間的回位彈簧，一其中一端球鉸接在所述磁流變裝置的殼體上的連桿，以及一球鉸接在所述連桿另一端的楔形自增力裝置； 其中，所述磁流變裝置包括一密閉殼體，所述密閉殼體內具有一圓形槽，所述圓形槽內設置有一剪切盤，所述從動軸貫穿所述密閉殼體后與所述剪切盤緊固連接；所述圓形槽內還注有磁流變液；所述圓形槽的外圍設置有一環形線圈； 所述楔形自增力裝置包括一與所述連桿相連的移動楔塊，所述移動楔塊與所述制動盤相鄰的一側連接有一制動襯片；所述移動楔塊的另一側為與其楔面相配合且固定在車體上的固定楔塊，所述固定楔塊的楔面上轉動設置若干滾柱，所述滾柱與所述移動楔塊的楔面相接觸。
2.如權利要求1所述的一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置，其特征在于:所述磁流變裝置的密閉殼體包括第一磁流變殼體、第二磁流變殼體和端蓋，所述第一磁流變殼體為圓槽形結構，其內部具有一體設置的環形凸臺，所述環形凸臺將所述第一磁流變殼體內部空間分隔為一圓形槽和一環形槽，所述線圈設置在所述第一磁流變殼體的環形槽內，所述剪切盤設置在所述第一磁流變殼體的圓形槽內并鍵連接在所述從動軸上，且所述剪切盤通過所述從動軸的定位凸臺和擋圈進行軸向定位；所述第二磁流變殼體通過一深溝球軸承連接在所述第一磁流變殼體敞口端一側的所述從動軸上，且所述第二磁流變殼體的形狀與所述第一磁流變殼體的形狀相配合，所述第二磁流變殼體和所述第一磁流變殼體通過若干周向設置的螺釘緊固連接成一體；所述端蓋套設在靠近所述第二磁流變殼體的所述從動軸上，所述端蓋和第二磁流變殼體通過若干周向設置的螺釘緊固連接成一體。
3.如權利要求2所述的一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置，其特征在于:所述環形凸臺上和所述端蓋內壁均開設有一環形凹槽，兩所述環形凹槽內均設置有O型密封圈。
4.如權利要求1或2或3所述的一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置，其特征在于:所述電機為扁平電機。
5.如權利要求2或3所述的一種可進行制動能量回收的自增力式磁流變液制動裝置，其特征在于:所述第一磁流變殼體和第二磁流變殼體之一上開設有連通其內部密封腔室的進油孔和出油孔。
【文檔編號】F16D65/14GK103697089SQ201310740859
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】于良耀, 劉旭輝, 馬良旭, 王治中, 宋健 申請人:清華大學