输出轴非旋转的平动力传递机构及电动制动装置
阅读说明：本技术 输出轴非旋转的平动力传递机构及电动制动装置 (Flat power transmission mechanism with non-rotating output shaft and electric brake device ) 是由 潘亚敏 杨铜新 丁炜琦 高波丰 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种输出轴非旋转的平动力传递机构及电动制动装置,解决现有电子机械制动器结构较为复杂、密封性差的问题。该机构包括空心输入轴、行星架、输出轴以及多个行星辊组件；每个行星辊组件包括行星辊和行星轴；空心输入轴内侧面设置有内螺纹或者内环形凸凹槽；行星架同轴设置在于空心输入轴内；多个行星辊组件圆周布置在行星架上,每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外螺纹；或者,多个行星辊组件圆周布置在行星架上,且多个行星辊沿空心输入轴轴向依次错位设置,每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外环形凸凹槽或与空心输入轴内环形凸凹槽配合的外螺纹；输出轴偏心设置在行星架的前端部,输出轴的前端伸出空心输入轴。(The invention provides a non-rotating flat power transmission mechanism of an output shaft and an electric brake device, which solve the problems of complex structure and poor sealing property of the existing electronic mechanical brake. The mechanism comprises a hollow input shaft, a planet carrier, an output shaft and a plurality of planet roller assemblies; each planetary roller assembly comprises a planetary roller and a planetary shaft; the inner side surface of the hollow input shaft is provided with internal threads or an inner annular convex-concave groove; the planet carrier is coaxially arranged in the hollow input shaft; a plurality of planetary roller assemblies are circumferentially arranged on the planetary carrier, and each planetary roller is provided with an external thread matched with the internal thread of the hollow input shaft; or the plurality of planetary roller assemblies are circumferentially arranged on the planetary frame, the plurality of planetary rollers are sequentially arranged along the axial direction of the hollow input shaft in a staggered manner, and each planetary roller is provided with an outer annular convex-concave groove matched with the inner thread of the hollow input shaft or an outer thread matched with the inner annular convex-concave groove of the hollow input shaft; the output shaft is eccentrically arranged at the front end part of the planet carrier, and the front end of the output shaft extends out of the hollow input shaft.)
技术领域
本发明涉及电子机械制动器技术，具体涉及一种输出轴非旋转的平动力传递机构及电动制动装置。
背景技术
随着汽车技术飞速发展，特别是新能源汽车及自动驾驶的发展，车流量密度的不断增加和车速逐渐提高，人们对汽车的安全性、可靠性要求越来越高，汽车制动系统能否实时快速有效地实现驾驶者的制动意图，已成为影响道路交通安全的关键问题。
传统的液压制动系统主要由制动踏板、制动主缸、真空助力器、制动轮缸、制动器等组成。当驾驶者踩下制动踏板时，在真空助力器的助力作用下，将液压油通过液压管路从制动主缸压向制动轮缸，作用于制动钳体或者制动蹄，压向制动盘或者制动鼓，实现车辆制动。然而液压制动系统存在系统复杂，以及制动力需要通过真空助力器、液压管路等，导致反应速度慢、体积大，在整车上布置装配难度大、ABS电控系统复杂、制造和维修成本高等诸多缺陷。
而电子机械制动系统(EMB)不仅克服了液压制动系统的固有缺陷，同时还具有系统简单、制动反应速度快、效率高等突出优点。随着无刷直流电机电控技术和汽车电子控制技术的发展，EMB电子机械制动系统作为新一代汽车制动器，具有取代目前传统液压和气动制动系统的趋势。
目前，EMB电子机械制动器通过驱动机构输出制动动力，带动运动转换机构转动，运动转换机构推动制动力输出元件非旋转轴向平移运动，实现车辆行车制动。为了实现制动力输出元件的平动，需要在运动转换机构和制动力输出元件上分别设置相配合的轴向凹/凸槽和导向组件，使得结构较为复杂，以及轴向凹/凸槽的开设，使得密封性下降，进而应用范围受限。
发明内容
为了解决现有电子机械制动器需要设置相配合的轴向凹/凸槽和导向组件，使得结构较为复杂，以及轴向凹/凸槽的开设，使得密封性下降的技术问题，本发明提供了一种输出轴非旋转的平动力传递机构及电动制动装置。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种输出轴非旋转的平动力传递机构，其特殊之处在于：
包括空心输入轴、行星架、输出轴以及多个行星辊组件；每个行星辊组件包括行星轴和设置在行星轴上的行星辊；
所述行星架同轴设置在空心输入轴内；
所述多个行星辊组件的多个行星轴圆周布置在行星架上，每个行星辊能够相对行星架自转；
所述空心输入轴的内侧面设置有内螺纹，每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外螺纹；
或者，所述空心输入轴的内侧面设置有内螺纹，每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外环形凸凹槽，多个行星辊沿空心输入轴轴向依次错位设置；
或者，所述空心输入轴的内侧面设置有内环形凸凹槽，每个行星辊设置有与空心输入轴内环形凸凹槽配合的外螺纹，多个行星辊沿空心输入轴轴向依次错位设置；
所述输出轴的轴线与空心输入轴的轴线不同轴，且偏心设置在行星架的前端部，输出轴的前端可轴向非旋转平动并伸出空心输入轴。
进一步地，多个行星辊组件的多个行星轴圆周布置在行星架上；
所述每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外环形凸凹槽，多个行星辊沿空心输入轴轴向依次错位设置，具体为：每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外环形凸凹槽，相邻行星辊之间沿空心输入轴轴向距离为空心输入轴内螺纹螺距的1/N，N为行星辊组件的个数；
所述每个行星辊设置有与空心输入轴内环形凸凹槽配合的外螺纹，多个行星辊沿空心输入轴轴向依次错位设置，具体为：每个行星辊设置有与空心输入轴内环形凸凹槽配合的外螺纹，相邻行星辊之间沿空心输入轴轴向距离为行星辊外螺纹螺距的1/N，N为行星辊组件的个数。
进一步地，所述空心输入轴包括前端开口的筒体以及设置在筒体开口端的前端盖；所述前端盖与输出轴间设置有动密封结构。动密封结构包括滑套和密封圈，前端盖上设有供输出轴伸出的通孔，滑套设置在前端盖的通孔内，滑套和输出轴之间、滑套和前端盖之间均设有所述密封圈；
进一步地，所述行星架为工字型结构，其包括前行星架体、后行星架体以及设置在前行星架体中部和后行星架体中部之间的连接杆；多个行星辊布置在连接杆的外周；
或者，所述行星架为鼠笼型结构，其包括前行星架体、后行星架体以及设置在前行星架体和后行星架体之间的鼠笼式套管；多个行星辊位于鼠笼式套管内，且行星辊能够与空心输入轴的内螺纹或内环形凸凹槽啮合；
或者，所述行星架为工字鼠笼型结构，其包括前行星架体、后行星架体、设置在前行星架体和后行星架体之间的鼠笼式套管以及设置在前行星架体中部和后行星架体中部之间的连接杆，多个行星辊布置在连接杆的外周，且位于鼠笼式套管内，行星辊能够与空心输入轴的内螺纹或内环形凸凹槽啮合。
进一步地，每个行星轴上设有自动调心机构，自动调心机构包括套装在行星轴上且位于行星架和行星辊之间的球面调心单元及第二推力轴承；
所述球面调心单元包括配合形成球面副的球面座和球面凸块；
所述行星辊与行星轴之间设置有轴承。
进一步地，所述输出轴的前端部设有偏心设置的力输出件，且力输出件的轴线与空心输入轴的轴线同轴。
同时，本发明还提供了一种电动制动装置，其特殊之处在于：包括外壳、驱动电机以及设置在外壳内的制动力传递机构；
所述制动力传递机构包括空心输入轴、行星架、输出轴以及多个行星辊组件；每个行星辊组件包括行星轴和设置在行星轴上的行星辊；
所述驱动电机驱动空心输入轴转动；
所述行星架同轴设置在空心输入轴内；
所述多个行星辊组件的多个行星轴圆周布置在行星架上，每个行星辊能够相对行星架自转；
所述空心输入轴的内侧面设置有内螺纹，每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外螺纹；优选，多个行星辊组件沿同一圆周均布；
或者，所述空心输入轴的内侧面设置有内螺纹，每个行星辊设置有与空心输入轴内螺纹配合的外环形凸凹槽，多个行星辊沿空心输入轴轴向依次错位设置；优选，多个行星辊组件的多个行星轴圆周均布，则相邻行星辊之间沿空心输入轴轴向相差空心输入轴内螺纹螺距的1/N，N为行星辊组件的个数；
或者，所述空心输入轴的内侧面设置有内环形凸凹槽，每个行星辊设置有与空心输入轴内环形凸凹槽配合的外螺纹，多个行星辊沿空心输入轴轴向依次错位设置；优选，多个行星辊组件的多个行星轴圆周均布，则相邻行星辊之间沿空心输入轴轴向相差行星辊外螺纹螺距的1/N，N为行星辊组件的个数；
所述输出轴偏心设置在行星架的前端部，其前端以外壳作支撑并可平动伸出外壳。
进一步地，所述行星架为工字型结构，其包括前行星架体、后行星架体以及设置在前行星架体中部和后行星架体中部之间的连接杆；多个行星辊布置在连接杆的外周；
或者，所述行星架为鼠笼型结构，其包括前行星架体、后行星架体以及设置在前行星架体和后行星架体之间的鼠笼式套管；多个行星辊位于鼠笼式套管内，且行星辊能够与空心输入轴的内螺纹或内环形凸凹槽啮合；
或者，所述行星架为工字鼠笼型结构，其包括前行星架体、后行星架体、设置在前行星架体和后行星架体之间的鼠笼式套管以及设置在前行星架体中部和后行星架体中部之间的连接杆，多个行星辊布置在连接杆的外周，且位于鼠笼式套管内，行星辊能够与空心输入轴的内螺纹或内环形凸凹槽啮合。
进一步地，所述外壳包括依次连接的前端盖、中间壳体和后盖；
所述空心输入轴为前端开口的筒体结构，其前端动密封设置在前端盖的筒体孔内壁上；
所述前端盖上设有供输出轴伸出的通孔，且前端盖与输出轴间设置有动密封结构。
进一步地，每个行星轴上设有自动调心机构，自动调心机构包括套装在行星轴上且位于行星架和行星辊之间的球面调心单元、第二推力轴承；
所述球面调心单元包括配合形成球面副的球面座和球面凸块。
进一步地，所述动密封结构包括滑套和密封圈，滑套设置在前端盖的通孔内，滑套和输出轴之间、滑套和前端盖之间均设有所述密封圈；
所述行星辊与行星轴之间设置有轴承。
进一步地，所述中间壳体内具有连接板，将外壳内腔分为前腔体和后腔体；
所述驱动电机和制动力传递机构均位于前腔体内，驱动电机的电机转子为中空结构，制动力传递机构的空心输入轴同轴固定在电机转子内；
所述空心输入轴的后端面中部设有支撑在连接板上的磁铁固定轴，磁铁固定轴后端设有感应磁铁；
所述后腔体内设有电路板，电路板上与感应磁铁相对位置设有磁性感应元件。
进一步地，所述空心输入轴的外侧设有离合锁锁止机构，用于实现对空心输入轴的分离和锁止；
所述输出轴的前端部设有偏心设置的力输出件，且力输出件的轴线与空心输入轴的轴线同轴。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明制动力传递机构采用行星滚柱机构(行星架和多个行星辊组件)可实现以较小的结构输出更大的制动力，并高效率的制动力输出；空心输入轴转动时，由于输出轴和行星架为偏心设置，空心输入轴内壁的内螺纹升角或内环形凸凹槽会驱使行星辊自转而不公转，进而行星辊推动行星架以及输出轴沿输出轴轴线方向非旋转前后平移运动，实现车辆行车制动，同时输入轴为空心结构，可保证密封性，即可实现行星滚柱油润滑又避免水或者杂质进入力传递机构内部，影响传力效果。
2、本发明电动制动装置的制动力传递机构采用行星滚柱机构，可实现以较小的结构输出较大的制动力，既使得该装置安装方便，又可确保高效率的制动力输出，本发明电动制动装置具有结构紧凑、输出制动力大、安装方便、可靠性高的特点。
3、本发明电机转子设计为中空结构，将制动力传递机构内置于电机转子的中空部分，充分利用了有限空间，减小了电动制动装置的体积。
4、本发明电动制动装置通过离合锁锁止机构可实现机构断电自锁达到驻车制动功能，实现将行车制动、驻车制动等功能融为一体。
附图说明
图1是本发明电动制动装置实施例一的结构示意图；
图2是本发明电动制动装置实施例一中一种制动力传递机构的结构示意图(未示出空心输入轴)；
图3是图2的剖视图；
图4是本发明电动制动装置实施例一中离合锁锁止机构处的结构示意图；
图5为本发明电动制动装置实施例一中自动调心机构处的结构示意图；
图6为本发明电动制动装置实施例一中另一种制动力传递机构的结构示意图(未示出空心输入轴)；
图7为本发明易于摩擦滚动及间隙补偿的电动制动装置实施例二中自动调心机构处的结构示意图；
图8为本发明电动制动装置实施例四的结构示意图；
其中，附图标记如下：
1-前端盖，2-中间壳体，3-后盖，4-电机定子，5-电机转子，6-第一推力轴承，7-输出轴，71-后行星架体，72-前行星架体，73-鼠笼式套管，8-空心输入轴，81-内螺纹，82-磁铁固定轴，9-行星辊，91-外螺纹，10-行星轴，11-感应磁铁，12-滑套，13-固定螺钉，14-电路板，15-轴用挡圈，16-电磁制动器，17-锁止固定圈，18-锁止外圈，19-摩擦片，20-动压片，21-第二推力轴承，22-球面凸块，23-球面座，24-第一调整垫片，25-第二调整垫片，26-轴承，27-力输出件，28-连接板，30-驱动电机，31-减速机，311-减速机壳体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
实施例一
如图1所示，一种具有密封功能的电动制动装置，包括外壳以及设置在外壳内的驱动电机30、制动力传递机构、控制单元和离合锁锁止机构。
外壳包括依次连接的前端盖1、中间壳体2和后盖3，中间壳体2内具有连接板28，将外壳内腔分为前腔体和后腔体；前端盖1上设置有固定螺钉13，便于本实施例电动制动装置整体与外部车辆轮端进行固定连接。
驱动电机30设置在前腔体内，驱动电机30由电机定子4和电机转子5组成，电机定子4固定在前端盖1上，本实施例将电机转子5设计为中空结构，制动力传递机构内置于电机转子5的中空部分，充分利用了有限空间，减小了电动制动装置的体积。
制动力传递机构包括空心输入轴8、行星架、输出轴7以及多个行星辊组件；空心输入轴8同轴设置在电机转子5内，空心输入轴8的外壁与电机转子5内壁固定连接，空心输入轴8的外圆侧两端可通过第一推力轴承6直接或者间接地固定于前端盖1上；空心输入轴8可被电机转子5带动旋转；空心输入轴8为前端开口的筒体结构，且前端动密封设置在前端盖1上；空心输入轴8内侧面设置有内螺纹81；
行星架采用间隙配合方式同轴设在空心输入轴8内的后侧；多个行星辊组件圆周布置在行星架上，优选多个行星辊组件沿同一圆周均布；每个行星辊组件包括设置在行星架上的行星轴10和设置在行星轴10上的行星辊9，多个行星辊9分别通过多个行星轴10安装在行星架上，每个行星辊9外圆面设置有与空心输入轴8内螺纹81相啮合的外螺纹91；本实施例行星轴10设置在行星架上，且行星辊9与行星轴10之间设有至少一个轴承26，该轴承26为向心轴承，行星轴10的两端伸出行星架，并通过轴用挡圈15实现与行星架的固定，则行星辊9仅可绕行星轴10自转。在其它实施例中，也可在行星轴10与行星架之间设置轴承，行星辊9与行星轴10固连，实现行星辊9和行星轴10在行星架上自转。
输出轴7的轴线与空心输入轴8的轴线不同轴，即输出轴7偏心设置在行星架的前端部，如图3所示，本实施例输出轴7与行星架的偏心距离d可设计为1mm～3mm，输出轴7的前端可轴向非旋转平动伸出前端盖1，由于输出轴7与行星架为偏心设置，为防止作用到输出轴7上的阻力反作用到均布的行星辊组件上的力不一致，导致行星辊9偏磨，因此本实施例输出轴前端部的力输出件27与输出轴为偏心设置，且力输出件27的轴线与空心输入轴8的轴线同轴，可使阻力作用方向和输入轴8是同轴，避免行星辊9偏磨。前端盖1与输出轴7间设置有动密封结构，动密封结构包括滑套12和密封圈，前端盖1上设有供输出轴7伸出的通孔，滑套12设置在前端盖1的通孔内，滑套12和输出轴7之间、滑套12和前端盖1之间均设有所述密封圈，主要用于对前端盖1进行密封以及对输出轴7进行导向；为了提高导向作用，滑套12可为金属或非金属滑套。
本实施例行星架给出了两种结构形式，第一种，如图2所示，行星架为中空结构，其包括前行星架体72、后行星架体71以及设置在前行星架体72和后行星架体71之间的鼠笼式套管73，行星辊组件为4个，4个行星辊9位于鼠笼式套管73内，且行星辊9能够与空心输入轴8内侧面的内螺纹81啮合；为了提高行星架连接的刚性和稳定性，在前行星架体72中部和后行星架体71中部之间设有一个连接杆，前行星架体72、后行星架体71、连接杆、鼠笼式套管73与输出轴7为一个整体，但前行星架体72、后行星架体71的中心轴线与输出轴7的中心轴线设置为不同轴，如此设置可使行星辊9仅可自转，而不能公转，空心输入轴8的旋转，其内壁上的螺旋升角只会带动行星架以及输出轴7沿着输出轴7的轴线方向前后平移运动，而行星架以及输出轴7不能进行旋转运动。第二种，如图6所示，行星架为工字型结构，其包括前行星架体72、后行星架体71以及设置在前行星架体72中部和后行星架体71中部之间的连接杆，行星辊组件为6个，6个行星辊9均布在连接杆的外周。
如图5所示，本实施例行星轴10上套装有自动调心机构，自动调心机构包括由前向后依次设置在前行星架体72和行星辊9前端面之间的球面调心单元和第二推力轴承21，球面调心单元包括配合形成球面副的可倾斜移动的球面座23和可倾斜移动的球面凸块22，球面凸块22与第二推力轴承21相邻设置，球面调心单元用于调整行星辊9和行星轴10始终处于同一轴线上，从而降低传动过程中力的损耗。
如图1所示，控制单元包括感应磁铁11和电路板14，空心输入轴8的后端设有支撑在连接板28上的磁铁固定轴82，感应磁铁11设置在磁铁固定轴82上；电路板14设置在中间壳体2上且位于后腔体内，电路板14上与感应磁铁11相对位置设有磁性感应元件，磁性感应元件可识别感应磁铁11在运动过程中径向N/S级磁场的强弱，电路板14用来分析计算输出轴7平移运动的行程并进行实时控制。
如图4所示，离合锁锁止机构设置在空心输入轴8后端的外侧部，该离合锁锁止机构主要由电磁制动器16、锁止固定圈17、锁止外圈18、摩擦片19以及动压片20组成，电磁制动器16固定于中间壳体2上，动压片20一端贴合或者靠近于电磁制动器16，另一端靠近或者贴合于摩擦片19，电磁制动器16内设置有多个弹簧，其一端与电磁制动器16本身接触，另一端与动压片20接触；摩擦片19的另一端贴合或者靠近于锁紧外圈18的内壁上，锁止固定圈17的外圈和内圈均设置有花键，内圈花键与设置在空心输入轴8外壁上的花键啮合，外圈花键与设置在摩擦片19内圈上的花键啮合，该离合锁锁止机构可通过对电磁制动器16通电或者断电来分别实现对空心输入轴8的分离和锁止。
本实施例电动制动装置的制动动作过程为：
行车过程时，当驾驶员踩下制动踏板时，驱动电机30启动，电机转子5带动空心输入轴8旋转运动，空心输入轴8旋转运动从而带动多个行星辊9进行自转，由于行星架中心轴线与输出轴7的中心轴线设置为不同轴，因此行星辊9只能绕行星轴10自转，进一步地，行星辊9推动行星架和输出轴7沿着输出轴7的轴线方向前平移运动，输出轴7前端的力输出件27与车辆制动片固定连接，从而实现车辆行车制动。
实施例二
与实施例一不同之处在于：如图7所示，每个行星辊9设置有与空心输入轴8内螺纹81配合的外环形凸凹槽，每个行星轴10上还套装有第一调整垫片24和第二调整垫片25，第一调整垫片24位于前行星架体72和球面座23之间，第二调整垫片25位于行星辊9后端面和后行星架体71之间，通过调整第一调整垫片24和第二调整垫片25的厚度，使多个行星辊9沿空心输入轴8轴向依次错位设置，优选多个行星辊组件圆周均布，则相邻行星辊9之间沿空心输入轴8轴向相差空心输入轴内螺纹螺距的1/N，N为行星辊组件的个数，实现多个行星辊9在轴向与空心输入轴8内壁螺旋升角的螺纹啮合，行星辊9的外环形凸凹槽可以是与空心输入轴8牙型相配的直线或圆弧牙型。在其它实施例中，第一调整垫片24和第二调整垫片25可采用在行星架上设置的凸台来实现。
实施例三
与实施例二不同之处在于：空心输入轴8内侧面设置有内环形凸凹槽，每个行星辊9设置有与空心输入轴8内环形凸凹槽配合的外螺纹91，通过调整第一调整垫片24和第二调整垫片25的厚度，使相邻行星辊之间沿空心输入轴轴向相差行星辊外螺纹螺距的1/N，实现多个行星辊9的外螺纹在轴向与空心输入轴8内壁内环形凸凹槽相啮合。
实施例四
与实施例一至三不同之处在于：如图8所示，驱动电机30位于外壳的外侧，制动力传递机构的空心输入轴8后端伸出外壳，并通过减速机31与驱动电机30连接；图中未示出控制单元，空心输入轴8的后端设有支撑在减速机壳体311上的磁铁固定轴82，控制单元的感应磁铁11设置在磁铁固定轴82上；电路板14设置外壳外侧，电路板14上与感应磁铁11相对位置设有磁性感应元件，磁性感应元件可识别感应磁铁11在运动过程中径向N/S级磁场的强弱，电路板14来分析计算输出轴7平移运动的行程并进行实时控制。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。