一种外抱带式浮动齿形换挡制动器

摘要

本发明公开了一种外抱带式浮动齿形换挡制动器，包括制动带、浮动带齿、弹簧、制动鼓、限位机构、自锁装置及驱动机构；当制动器不工作时，两个制动带的活动端处于分离状态，浮动带齿与制动鼓齿处于脱离状态，弹簧处于拉伸状态；当制动器制动时，两套驱动机构带动两个制动带的活动端同步相向运动，使浮动带齿与制动鼓齿啮合，浮动带齿在制动鼓齿的带动下沿制动带周向移动，由限位机构限位此时制动鼓停转，同时浮动带齿由自锁装置锁定，限制浮动带齿的反向运动；当自锁装置解锁时，浮动带齿在弹簧的作用下复位。本发明在制动时可保证所有带齿均能与制动鼓齿啮合，能避免碰撞时因非全齿啮合造成的各齿制动力矩分配不均、局部零件应力过大的问题。

权利要求

1.一种外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，包括制动带、浮动带齿、弹簧、制动鼓、限位机构、自锁装置及驱动机构；

所述制动鼓为回转部件，制动鼓的外圆周面设有2N个沿周向均匀分布的制动鼓齿，N为大于等于1的整数；

所述制动带为半圆形结构，且制动带中部沿周向挖空；每个制动带外表面设有2N个沿周向均匀分布的径向伸出部，两个径向伸出部为一组；

所述浮动带齿安装在制动带的两个径向伸出部之间，且浮动带齿两端分别通过弹簧与两侧的径向伸出部相连，浮动带齿能够沿制动带周向移动；浮动带齿为2N个，用于与所述制动鼓齿啮合；所述限位机构固定在径向伸出部上，用于在制动过程中限制浮动带齿位置；所述自锁装置固定在制动带上，用于在制动鼓停转后限制浮动带齿的复位运动；

两个制动带对称布置于制动鼓两侧，合围后外抱在制动鼓外部，一端为固定端，另一端为活动端；两个制动带活动端相对，每个制动带的活动端对应一套驱动机构；

当制动器不工作时，两个制动带的活动端处于分离状态，所述浮动带齿与制动鼓齿处于脱离状态，弹簧处于拉伸状态；当制动器制动时，两套驱动机构带动两个制动带的活动端同步相向运动，使浮动带齿与制动鼓齿啮合，浮动带齿在制动鼓齿的带动下沿制动带周向移动，由限位机构限位此时制动鼓停转，同时浮动带齿由自锁装置锁定，限制浮动带齿的反向运动；当自锁装置解锁时，浮动带齿在弹簧的作用下复位。

2.如权利要求1所述的外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，所述制动器进一步包括换挡拨叉轴，两个制动带的活动端同时套装在换挡拨叉轴上，在驱动机构的带动下沿换挡拨叉轴轴向移动。

3.如权利要求1所述的外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，所述浮动带齿包括浮动外齿、浮动内齿及连接螺栓；

浮动外齿、浮动内齿沿单个制动带对称分布，浮动外齿位于制动带外侧，浮动内齿位于内侧，浮动外齿、浮动内齿通过连接螺栓径向固定，所述连接螺栓穿过制动带中空部分。

4.如权利要求3所述的外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，所述浮动内齿为梯形齿或矩形齿，所述制动鼓齿与浮动内齿齿形结构对应。

5.如权利要求1所述的外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，所述限位机构包括限位螺柱及螺母，所述限位螺柱的轴线方向与径向伸出部所在平面垂直，且所述限位螺柱沿其轴向位置可调并由螺母固定。

6.如权利要求1所述的外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，所述自锁装置包括自锁钢片和钢丝；

所述自锁钢片由钢板钣金折叠而成，具备一定弹性变形能力；每个浮动带齿周围分布四个自锁钢片，所述自锁钢片包括倾斜部和回折部；所述倾斜部固定在制动带侧边边缘凸出部上，倾斜部和回折部形成的回折角开口朝外，所述倾斜部向制动带中线方向倾斜一定角度，回折部下端通过钢丝与外部壳体固连；

浮动带齿移动时，挤压倾斜部，经限位机构限位后，由回折部限制浮动带齿回到初始位置；制动带分离时，在钢丝带动下，自锁钢片弹性变形，解除对浮动带齿的限位。

7.如权利要求1所述的外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，所述制动带的固定端通过连接销与固定支座铰接。

8.如权利要求1所述的外抱带式浮动齿形换挡制动器，其特征在于，所述驱动机构包括伺服电机、螺杆螺母组件；

伺服电机与螺杆连接，所述螺杆螺母组件将伺服电机的旋转运动转换为螺母的平移运动，螺母与所述制动带的活动端连接。

说明书

一种外抱带式浮动齿形换挡制动器

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆传动技术领域，具体涉及一种外抱带式浮动齿形换挡制动器。

背景技术

[0002] 目前开发的电驱动履带车辆受限于电机与电池技术，为满足履带车辆动力性能技术要求的需要，履带车辆配备的电机需加装两挡行星变速箱，通过改变传动比来实现较大
的爬坡度和较高的最高车速的目的，并减轻电机与电池的负担，能够使电机持续工作在最
佳效率范围内，提升电驱动履带车辆的动力性和经济性。传统的履带车辆行星变速箱通常
采用湿式摩擦片式换挡机构，通过液压装置压紧主被动端摩擦片，利用摩擦片间的摩擦转
矩实现对行星构件的制动，从而改变传动比。

[0003] 然而该方案中摩擦片为易损件，使用经验表明传统的湿式摩擦片式换挡制动器存在摩擦片易烧蚀、磨损、翘曲变形的问题，在恶劣工况下可能导致摩擦片断裂和破碎的严重
情况，并使制动器失效。另外，湿式摩擦片式制动器在工作过程中存在不可忽略的带排损
失，制约传动系统效率的提高，而为该装置配备的液压部件由于包括油箱、泵、马达和管路
等结构，导致整个操纵装置结构体积偏大，重量较重，不便于布置在以电能为动力的履带车
辆上。为提高电驱动履带车辆的可靠性、工作效率以及车体轻量化的实现，亟需为电驱动履
带车辆两挡变速箱开发一种结构简单，布置方便，能源获取便捷且传动效率高的换挡制动
器。基于此应用背景，现有中国发明专利中公开了一种外抱带式齿形制动器(公布号：
CN110439940A)，制动带采用分段对称结构，使得制动带能够同心同步收紧，且采用丝杠螺
母作动机构完成对称齿带的收紧动作，使得制动力矩全部由零件机械强度承担，制动时无
需持续做功输出制动力源，如图1所示。该方案能够解决现有制动器在接合后执行电机持续
做功的问题，依靠梯形丝杠螺母副的自锁特性即可保持制动带活动端的位置，使得换挡制
动器能耗大幅下降；能够减少执行电机的重量与体积，避免电机持续堵转带来的发热烧坏
风险。

[0004] 但在实际使用过程中，上述方案在工作可靠性等方面依然有一定的问题，可行性差。首先，采用外抱对称带式齿形制动器并不能彻底根除制动过程中的非全齿啮合问题，原
因在于实际接合过程中，制动带齿所对制动鼓圆心角在不断发生变化，与制动鼓齿所对圆
心角并不完全相等，若制动带尚未移动至最终位置时制动带齿就已经与制动鼓发生碰撞，
则同样会产生非全齿啮合的问题。非全齿啮合会极大增加接触啮合部位的应力，不仅使制
动机构无法受力平衡，加重制动机构连接部位的负担，更无法实现制动过程的可靠和稳定
性，影响制动件的工作可靠性和使用寿命，甚至会直接损坏制动件。

[0005] 对于采用滚动螺旋传动的丝杠螺母机构而言，其结构复杂，制造精度要求高，抗冲击性能差。该结构中制动带顶部需依靠丝杠螺母机构保持固定，而在制动过程中尽管制动
齿以及弹性齿套吸收了大量的制动冲击能量，仍无法避免制动齿碰撞产生的冲击力矩将对
丝杠造成过大的剪切力，容易使丝杠产生弯曲变形。一旦丝杠发生形变，将极大地影响执行
机构传递运动的精确性，更可能使制动执行机构失效。因此直接采用丝杠螺母传动的执行
机构将进一步限制制动器的工作可靠性。

[0006] 综上所述，虽然上述方案相比现有技术有了一定的进步，但依然存在不可忽略的问题，并直接影响到制动器工作性能和使用寿命，距实际投入使用存在一定的距离，因此对
上述缺陷进行优化与改进十分必要。

发明内容

[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种外抱带式浮动齿形换挡制动器，在制动时可保证所有带齿均能与制动鼓齿啮合，能够避免碰撞时因非全齿啮合现象造成的各齿制动力矩分配
不均、局部零件应力过大的问题。

[0008] 本发明采取的技术方案如下：

[0009] 一种外抱带式浮动齿形换挡制动器，包括制动带、浮动带齿、弹簧、制动鼓、限位机构、自锁装置及驱动机构；

[0010] 所述制动鼓为回转部件，制动鼓的外圆周面设有2N个沿周向均匀分布的制动鼓齿，N为大于等于1的整数；

[0011] 所述制动带为半圆形结构，且制动带中部沿周向挖空；每个制动带外表面设有2N个沿周向均匀分布的径向伸出部，两个径向伸出部为一组；

[0012] 所述浮动带齿安装在制动带的两个径向伸出部之间，且浮动带齿两端分别通过弹簧与两侧的径向伸出部相连，浮动带齿能够沿制动带周向移动；浮动带齿为2N个，用于与所
述制动鼓齿啮合；所述限位机构固定在径向伸出部上，用于在制动过程中限制浮动带齿位
置；所述自锁装置固定在制动带上，用于在制动鼓停转后限制浮动带齿的复位运动；

[0013] 两个制动带对称布置于制动鼓两侧，合围后外抱在制动鼓外部，一端为固定端，另一端为活动端；两个制动带活动端相对，每个制动带的活动端对应一套驱动机构；

[0014] 当制动器不工作时，两个制动带的活动端处于分离状态，所述浮动带齿与制动鼓齿处于脱离状态，弹簧处于拉伸状态；当制动器制动时，两套驱动机构带动两个制动带的活
动端同步相向运动，使浮动带齿与制动鼓齿啮合，浮动带齿在制动鼓齿的带动下沿制动带
周向移动，由限位机构限位此时制动鼓停转，同时浮动带齿由自锁装置锁定，限制浮动带齿
的反向运动；当自锁装置解锁时，浮动带齿在弹簧的作用下复位。

[0015] 进一步地，所述制动器进一步包括换挡拨叉轴，两个制动带的活动端同时套装在换挡拨叉轴上，在驱动机构的带动下沿换挡拨叉轴轴向移动。

[0016] 进一步地，所述浮动带齿包括浮动外齿、浮动内齿及连接螺栓；

[0017] 浮动外齿、浮动内齿沿单个制动带对称分布，浮动外齿位于制动带外侧，浮动内齿位于内侧，浮动外齿、浮动内齿通过连接螺栓径向固定，所述连接螺栓穿过制动带中空部
分。

[0018] 进一步地，所述浮动内齿为梯形齿或矩形齿，所述制动鼓齿与浮动内齿齿形结构对应。

[0019] 进一步地，所述限位机构包括限位螺柱及螺母，所述限位螺柱的轴线方向与径向伸出部所在平面垂直，且所述限位螺柱沿其轴向位置可调并由螺母固定。

[0020] 进一步地，所述自锁装置包括自锁钢片和钢丝；

[0021] 所述自锁钢片由钢板钣金折叠而成，具备一定弹性变形能力；每个浮动带齿周围分布四个自锁钢片，所述自锁钢片包括倾斜部和回折部；所述倾斜部固定在制动带侧边边
缘凸出部上，倾斜部和回折部形成的回折角开口朝外，所述倾斜部向制动带中线方向倾斜
一定角度，回折部下端通过钢丝与外部壳体固连；

[0022] 浮动带齿移动时，挤压倾斜部，经限位机构限位后，由回折部限制浮动带齿回到初始位置；制动带分离时，在钢丝带动下，自锁钢片弹性变形，解除对浮动带齿的限位。

[0023] 进一步地，所述制动带的固定端通过连接销与固定支座铰接。

[0024] 进一步地，所述驱动机构包括伺服电机、螺杆螺母组件；

[0025] 伺服电机与螺杆连接，所述螺杆螺母组件将伺服电机的旋转运动转换为螺母的平移运动，螺母与所述制动带的活动端连接。

[0026] 有益效果：

[0027] 1、本发明采用浮动带齿的结构后，在制动时可保证所有带齿均能与制动鼓齿啮合，能够避免碰撞时因非全齿啮合现象造成的各齿制动力矩分配不均、局部零件应力过大
的问题，同时利用弹性阻尼元件，起到了很好的缓冲与吸收制动鼓转动能量的效果，使得制
动鼓对制动器的冲击力矩大大减小，相较于前几种方案，本方案制动器在工作时允许制动
鼓拥有更高的初始制动转速，扩大了电机调速范围，使得制动器受电机调速效果的优劣以
及加工、安装误差等外部制约因素的影响效果更小，换挡制动器的鲁棒性，工作可靠性与使
用寿命得到了根本性的提高，换挡性能、驾驶舒适度也有了明显改善。

[0028] 2、本发明的换挡拨叉轴能够很好地承担部分径向载荷，同时采用螺杆螺母的执行机构抗冲击振动的能力相比采用丝杠螺母机构的更强，抗冲击性好，可靠性高，因此该方案
换挡制动器的执行机构性能也有一定的提升，能够与提升后的制动器寿命相匹配。

[0029] 3、本发明浮动带齿与弹簧共同构成弹性元件，连接浮动内齿与浮动外齿的螺栓施加较大的螺栓预紧力，使得浮动带齿与制动带间产生一定的摩擦阻力，与弹簧共同构成弹
性阻尼元件，以期实现制动时吸收制动能量与缓冲的目的，能够有效减少制动时碰撞与冲
击对制动器造成的损坏。

[0030] 4、本发明浮动内齿采用梯形齿或矩形齿，能够抵消制动鼓对制动带施加的力矩，避免制动带有张开分离的趋势。

附图说明

[0031] 图1为现有技术中的一种外抱带式齿形制动器结构示意图；

[0032] 图2为本发明制动器的整体结构示意图；

[0033] 图3为无制动鼓与驱动机构的制动器结构示意图(接合时)；

[0034] 图4为无制动鼓与驱动机构的制动器结构示意图(分离时)；

[0035] 图5为图4的斜视图；

[0036] 图6为浮动带齿结构局部放大示意图；

[0037] 图7为自锁钢片结构示意图；

[0038] 其中，1‑伺服电机、2‑螺杆螺母组件、3‑换挡拨叉轴、4‑浮动外齿、5‑制动带、6‑浮动内齿、7‑制动鼓、8‑限位螺柱、9‑螺旋弹簧、10‑自锁钢片、11‑固定支座。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0040] 本发明提供了一种外抱带式浮动齿形换挡制动器，如图2所示，包括制动带5、浮动带齿、弹簧、制动鼓7、限位机构、自锁装置、换挡拨叉轴3、驱动机构及固定支座11。

[0041] 制动对象为制动鼓7，制动鼓7为回转部件，制动鼓7的外圆周面设有2N个沿周向均匀分布的制动鼓齿，N为大于等于1的整数。

[0042] 制动带5为半圆形结构，且制动带5中部沿周向挖空；每个制动带5外表面设有2N个沿周向均匀分布的径向伸出部，两个径向伸出部为一组。径向伸出部上加有耳孔，用于安装
弹簧。本实例中弹簧采用螺旋弹簧9，也可采用膜片弹簧、扭转弹簧、碟片弹簧等具有相同功
能的弹性元件。两个制动带5对称布置于制动鼓7两侧，合围后外抱在制动鼓7外部，一端为
固定端，另一端为活动端；两个制动带5活动端相对，每个制动带5的活动端对应一套驱动机
构。制动带5两侧侧边边缘设有凸出部，用于固定安装自锁钢片10。

[0043] 如图3、图4所示，固定支座11位于底部，制动带5的固定端通过钣金弯曲成型后插入连接销与固定支座11铰接。两个制动带5的活动端同时套装在换挡拨叉轴3上，在驱动机
构的带动下沿换挡拨叉轴3轴向移动。

[0044] 驱动机构包括伺服电机1、螺杆螺母组件2；伺服电机1与螺杆连接，螺杆螺母组件2将伺服电机1的旋转运动转换为螺母的平移运动，螺母与制动带5的活动端连接。具体的连
接方式可采用铆钉、螺栓连接或粘接等多种方式，应视具体结构与安装空间而定。

[0045] 如图5、图6所示，浮动带齿包括浮动外齿4、浮动内齿6及连接螺栓；浮动外齿4、浮动内齿6沿单个制动带5对称分布，浮动外齿4位于制动带5外侧，浮动内齿6位于内侧，浮动
外齿4、浮动内齿6通过连接螺栓径向固定，连接螺栓穿过制动带5中空部分，且浮动带齿安
装在制动带5的两个径向伸出部之间，同时浮动带齿两端分别通过螺旋弹簧9与两侧的径向
伸出部相连，浮动带齿能够沿制动带5周向移动；浮动外齿4两端加工有耳孔，以便为螺旋弹
簧9提供安装位置。浮动带齿为2N个，用于与制动鼓齿啮合。浮动内齿6为梯形齿或矩形齿，
也可采用其他结构的齿形结构，如渐开线齿，三角状齿等。制动鼓齿与浮动内齿6齿形结构
对应。连接浮动内齿6与外齿4的螺栓施加较大的螺栓预紧力，使得浮动带齿与制动带5间产
生一定的摩擦阻力，与螺旋弹簧9共同构成弹性阻尼元件，以期实现制动时吸收制动能量与
缓冲的目的，能够有效减少制动时碰撞与冲击对制动器造成的损坏。

[0046] 限位机构固定在径向伸出部上，用于在制动过程中限制浮动带齿位置，即限制浮动带齿在制动鼓齿带动下的周向移动。限位机构包括限位螺柱8及螺母，限位螺柱8的轴线
方向与径向伸出部所在平面垂直，且限位螺柱8沿其轴向位置可调并由螺母固定。

[0047] 自锁装置固定在制动带5上，用于在制动鼓7停转后限制浮动带齿的复位运动。自锁装置包括自锁钢片10和钢丝；如图7所示，自锁钢片10由钢板钣金折叠而成，具备一定弹
性变形能力；每个浮动带齿周围分布四个自锁钢片10，自锁钢片10包括倾斜部和回折部；倾
斜部通过销钉与制动带5侧边边缘凸出部键连接，使得自锁钢片10不能转动，倾斜部和回折
部形成的回折角开口朝外，倾斜部向制动带5中线方向倾斜一定角度，回折部下端通过钢丝
与外部壳体或变速器箱体连接固连；由于自锁钢片10具备一定弹性变形能力，便于浮动带
齿在啮合过程中的移动，浮动带齿移动时，挤压倾斜部，然后浮动带齿经限位螺柱8限位，由
回折部限制浮动带齿回到初始位置；制动带5分离时，在钢丝带动下，自锁钢片10弹性变形，
解除对浮动带齿的限位。自锁装置也可采用其他外形和结构的自锁装置，如专门采用自锁
夹具和配套电机，在制动带5接合后夹具将夹紧浮动带齿，在制动带5分离时夹具松开。

[0048] 整个外抱带式浮动齿形换挡制动器的工作原理为：

[0049] 当制动器不工作时，两个制动带5的活动端处于分离状态，浮动带齿与制动鼓齿处于脱离状态，螺旋弹簧9处于拉伸状态；当制动器进行制动时，自动变速箱控制器
(Transmission Control Unit)发出换挡控制指令，伺服电机1开始旋转，并带动制动带5顶
部活动端沿换挡拨叉轴3进行移动，两套驱动机构带动两个制动带5的活动端同步相向运
动，逐渐向制动鼓7中心靠拢，直到浮动内齿6进入制动鼓7两齿之间，此时制动鼓7继续旋
转，并与浮动内齿6齿侧啮合。浮动带齿在制动鼓7带动下沿制动带5表面移动，最终与制动
带5上的限位螺柱8碰撞，使得制动鼓7停转，自锁钢片10的回折部限制浮动带齿回到初始位
置，由于浮动带齿主要依靠螺旋弹簧9回位，回位力不大，因此该自锁钢片10可有效锁止浮
动带齿的位置，直到制动带5分离。浮动带齿在限位螺柱8和自锁钢片10的作用下位置始终
固定，直到下一次换挡时制动带5分离为止，分离后浮动带齿回到初始位置。分离时，伺服电
机1反向转动，使得制动带5分离。钢丝将自锁钢片10向外侧拉伸，自锁钢片10变形，不再限
制浮动带齿的位置，此时浮动带齿在回位弹簧力的作用下回到初始位置。

[0050] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。