CN101056731B - 带有章动齿轮减速器的夹头 - Google Patents

Abstract

一种工具夹头包括支承着夹爪的夹头体。夹头体可确定纵向轴线。从动齿轮可被安装成在夹头体上转动，从动齿轮的转动轴线可与夹头体的纵向轴线相平行。章动齿轮设置在夹头体上，章动齿轮可以围绕夹头体章动，以便相对于夹头体转动地驱动从动齿轮，从而使夹爪沿着夹头体的纵向轴线运动。

Description

带有章动齿轮减速器的夹头

技术领域

本发明一般地涉及用于将附件连接到动力工具上的工具夹头，更具体地说，本发明涉及不使用夹头钥匙就可以进行夹紧的工具夹头。

背景技术

传统的工具夹头可以包括使用夹头钥匙而旋转的转动环，以使得夹爪伸出或缩回。尽管通常认为这类工具夹头所提供的性能尚可以接受，但也并非没有缺点。例如，传统工具夹头所需的有关夹头钥匙的操作和保管都很麻烦，还有其它的诸多不便。

考虑到与夹头钥匙相关的诸多缺陷，现已开发了一些带有转动环(或转动套)的工具夹头，其可手动地转动该转动环而不使用夹头钥匙，以便夹紧诸夹爪。然而，使用这种无钥匙的工具夹头难以提供充分的夹紧力。

发明内容

根据本发明的一个非限制性的实施例，提供了一种工具夹头，它包括支承着夹爪的夹头体。该夹头体可确定一纵向轴线。一从动齿轮设置在夹头体上。一章动齿轮可设置在夹头体上，该章动齿轮可以围绕着夹头体章动，以便相对于夹头体转动地驱动从动齿轮，从而使夹爪沿着夹头体的纵向轴线运动。

根据本发明的另一个非限制性的实施例，提供了一种工具夹头，它包括一具有纵向轴线的夹头体。一从动齿轮可被安装成在夹头体上转动，从动齿轮可具有与所述纵向轴线相平行的转动轴线。一主动齿轮可安装在夹头体上，以便转动地驱动从动齿轮。主动齿轮可具有相对于夹头体的纵向轴线倾斜的轴线。

根据本发明的另一个非限制性的实施例，工具夹头可包括一夹头体。一前套筒被安装成在夹头体上转动。前套筒可以支承着一从动齿轮。一章动齿轮设置在夹头体上。章动齿轮可以围绕着夹头体章动，以便相对于夹头体转动地驱动从动齿轮。章动齿轮可以设置在一框架套筒中，该框架套筒被安装成在夹头体上转动。框架套筒可以转动地支承前套筒。一离合和锁定套筒能够转动地固定到框架套筒上。该离合和锁定套筒能够相对于框架套筒在第一位置(1)和第二位置(2)之间轴向移动，在第一位置中允许夹头体与前套筒之间有相对转动，在第二位置中将夹头体与前套筒转动地锁定到一起。

下面将结合附图更详细地描述本发明的上述以及其它的特征，包括各种新颖的结构细节以及元件组合。应当理解所示的诸实施例的细节只是用来进行说明，而并非意味着限制本发明。在不超出本发明的范围情况下本发明的原理和各项特征能够应用于变化的多个实施例中。

附图说明

通过下面的详细描述以及附图，将能够更充分地理解本发明，其中，相同的元件由相同的附图标记来表示，它们仅用来进行说明而并非意味着限制本发明。

图1A和图1B是根据本发明的一个非限制性实施例的、带有章动齿轮减速器的工具夹头的示意图；

图2是前套筒和后套筒的分解视图，它们可以装配到图1A和图1B所示的工具夹头中；

图3A是图1B所示的章动齿轮减速器的示意图；

图3B是可以装配到图1A和图1B所示的工具夹头中的、章动齿轮以及螺母的局部的透视图；

图4A和图4C是根据本发明另一个非限制性实施例的、带有章动齿轮减速器的工具夹头的示意图；

图4B是可以装配到图4A和图4C所示的工具夹头中的、夹爪的透视图；

图5A和图5B是根据本发明另一个非限制性实施例的、带有章动齿轮减速器的工具夹头的示意图；

图6是图5A所示的工具夹头的局部分解视图；

图7是根据本发明另一个非限制性实施例的、带有章动齿轮减速器的工具夹头的示意图；

图8是根据本发明另一个非限制性实施例的、带有章动齿轮减速器的工具夹头的示意图。

具体实施方式

I.图1-3所示的实施例：

图1A表示一个带有章动齿轮减速器的工具夹头75的非限制性实施例。该工具夹头75可以设置到动力驱动器(例如，钻床)上，以夹持住工具(例如，钻头)。然而应当能够理解，该工具夹头75还能够合适地配设到(钻床以外的)各种其它的动力驱动器上，用以夹持住(钻头以外的)各种其它的工具。

A.结构：

参见图1A，工具夹头75可以包括夹头体20。夹头体20的后端可装在动力驱动器95的主轴85上。夹头体20的前端可具有通道，通道中滑动地支承着多个夹爪2。夹爪2可以是倾斜的，于是各夹爪2的前端朝着夹头体20的轴线50汇集。各夹爪2还可以具有径向朝外的表面螺纹3。为了表达清楚起见，图1中仅示出了一个夹爪2。

在这个实施例中，夹爪2的特征可以是一种“螺纹的”夹爪。这就是说，通过径向朝外的表面螺纹3与螺母16上的径向朝内的表面螺纹18之间的相互作用，可以驱动夹爪2(即，前伸或回缩)。然而，本发明并非局限于这一方面。例如，如同下面结合本发明的其它非限制性实施例将要描述的那样，可以使用“推动器”夹爪而合适地装配章动齿轮减速器。

夹头体20可以转动地支承后套筒4和前套筒6。短暂地转到图2，后套筒4和前套筒6可以设置成两个分开的和不同的元件，以便于工具夹头75的装配。然而应当能够理解，后套筒4和前套筒6可以成形为一个整体的、单件式结构。后套筒4和前套筒6可以转动地固定到一起。通过这种方式，后套筒4和前套筒6可以相对于夹头体20一起转动。前套筒6可以具有相对于轴线50而倾斜的后表面7，该前套筒6的后表面7通过轴承8作用在章动齿轮10的前表面上。

章动齿轮10可以设置在工具夹头75中，这样使其轴线相对于夹头体20的轴线50倾斜。夹头体20可以延伸穿过章动齿轮10的开孔。章动齿轮10的后表面上包括一组与螺母16相互作用的齿12；而另一组齿13a则与固定齿轮5相作用。

固定齿轮5可以固定到夹头体20上。夹头体20可以延伸穿过固定齿轮5的开孔。固定齿轮5的前表面上包括一组与章动齿轮10上的齿13a相啮合的齿13b。固定齿轮5上的齿13b的齿数与章动齿轮10上的齿13a的齿数可以选择为：使得章动齿轮10和固定齿轮5(以及因此夹头体20)彼此之间保持相同的相对转动位置。于是，当章动齿轮10产生章动时，两组齿13a，13b可以相互作用，从而固定齿轮5阻止章动齿轮10围绕着轴线50相对于夹头体20发生转动。例如，可以设置相同数量的齿13a，13b，从而固定齿轮5阻止章动齿轮10围绕着轴线50相对于夹头体20的转动。

本发明并不限于将章动齿轮10转动固定在夹头体20上。例如，可以设置不同齿数的齿13a，13b，因而章动齿轮10可以相对于夹头体20转动。(章动齿轮10与夹头体20之间的)这种相对转动可以通过改变齿13a，13b之间的齿数差来控制。在这方面，章动齿轮10(相对于夹头体20)的转动受到相互作用的齿13a，13b的限制。

应当能够理解，章动齿轮10可通过固定齿轮5以外的其它结构而转动地固定到夹头体20上。例如，夹头体20可以包括花键(未示出)，它被容纳在章动齿轮10中设置的径向向内表面通道(未示出)中。这些通道可以沿着章动齿轮10的纵向轴线延伸。于是，当章动齿轮10进行章动时，花键可以在通道中前后穿行，同时阻止章动齿轮10相对于夹头体20转动。花键与内表面通道之间的配合将结合其它的实施例予以说明和表示。

轴承8可以置于前套筒6和章动齿轮10之间，以利于前套筒6和章动齿轮10之间的相对转动。

螺母16可以安装成围绕着夹头体10转动。螺母16可以是整体的单件结构，或者是本领域中公知的剖分结构。螺母16具有与夹爪2上的径向外表面螺纹3相啮合的径向内螺纹18，用于使夹爪2前伸和/或回缩。夹头体20延伸穿过螺母16的开孔。螺母16具有设有一组齿14的前表面，螺母16的齿14与章动齿轮10的齿12相啮合。

章动齿轮10相对于螺母16倾斜，从而章动齿轮10的齿12只在一个接触区25中与螺母16的齿14相接触。因此，章动齿轮10的直径和圆周都大于螺母16。此外，相应的两组齿12，14具有相同的节距，因而，较大的章动齿轮10相比于较小的螺母16而言，围绕着其圆周就具有较多的齿12。

在图1A所示的实施例中，两组齿12，13a都设置在章动齿轮10的同一表面上，因而固定齿轮5和螺母16设在章动齿轮10的同一侧。但是，本发明并不限于这一情形。例如，如图1B所示，两组齿12，13a可以设置在章动齿轮10的相反表面上。在这种情况下，固定齿轮5和螺母16位于章动齿轮10的相反的两侧。在所有其它的方面，图1B所示的工具夹头75与图1A中所示的工具夹头75相同。

参照图3A将能够理解章动减速器的传动比，图中示意性表示了如图1B所示布置的固定齿轮5，章动齿轮10，以及螺母16。传动比可以根据下式来确定：

传动比＝N1×N4/(N1×N4-N2×N3)

其中，N1是章动齿轮10的齿13a的齿数，N2是固定齿轮5的齿13b的齿数，N3是章动齿轮10的齿12的齿数，N4是螺母16的齿14的齿数。

因此，设计者可以适当地改变齿数N1-N4，以获得所需的齿轮减速。

例如，考虑这样一种情况，其中章动齿轮的齿13a的齿数N1是24，固定齿轮的齿13b的齿数N2也是24，章动齿轮的齿12的齿数N3是27，螺母的齿14的齿数N4是25，在这种情况下，传动比将等于24×25/(24×25-24×27)，即-12.5。传动比等于-12.5意味着后套筒4转动12.5圈将驱使螺母16转动完整的1圈。传动比的负值表明后套筒4与螺母16朝着相反方向转动。应当能够理解，夹爪2的螺纹3和螺母16的螺纹18可以是左旋螺纹或右旋螺纹，以实现所需的夹爪驱动。例如，可以适当地选定螺纹3，18，从而使得后套筒4的顺时针方向的转动(从工具夹头的前端观察)驱使夹爪2前伸。

相互面对的两组齿13a，13b(以及齿12，14)具有相同的节距，因而设计者可以通过改变齿轮的直径来改变相互面对的两组齿的齿数比。也就是说，可以通过改变各个齿轮的直径以实现所需的传动比。为此，设计者可以改变各种参数，其中包括章动角α以及齿轮齿的偏移量os1和os2。章动角α定义为：夹头体20的轴线50与章动齿轮10的轴线51之间的角度α。如图3A所示，轴线50，51相交于顶点A。齿轮齿的偏移量os1测定为：从轴线50到穿过包含章动齿轮10的一组齿13a所在平面的轴线51上的点的距离；齿轮齿的偏移量os2测定为：从轴线50到穿过包含章动齿轮10的一组齿12所在平面的轴线51上的点的距离。

B.操作：

工具夹头75的操作如下：操作者可以相对于夹头体20转动后套筒4，使得前套筒6相对于夹头体20转动。前套筒6的倾斜后表面7(通过轴承8)作用在章动齿轮10上，章动齿轮可以相对于夹头体20保持转动地固定(例如通过固定齿轮5)，因而使得章动齿轮10围绕着夹头体20产生章动。当章动齿轮10进行章动时，章动齿轮10与螺母6之间的接触区25围绕着轴线50转动。

如上所述，章动齿轮10可以转动地固定，因此，当章动齿轮10章动1圈时，受到驱动的螺母16其转过的角距离相当于章动齿轮10的齿12的齿数N3与螺母16的齿14的齿数N4之间的齿数差。因此，章动传动可以被认为是一种减速齿轮系统。

参照图3B的示意图可以理解章动齿轮与螺母16之间的相互作用。图3B表示了具有齿12的章动齿轮(为了表达清楚，没有表示出与固定齿轮5相互作用的齿13a，也没有表示出螺母的径向内表面上的螺纹)。这里，章动齿轮10包括参照标记R1，而螺母16包括参照标记R2。输入套筒6转动1圈使得章动齿轮10产生1圈章动。当章动齿轮10章动时，参照标记R1相对于夹头体20保持在同样的转动位置。章动齿轮10的1圈章动只驱使螺母16分级(fractional)转动，螺母16相对于夹头体20的分级转动表现为参照标记R2运动到位置R2’(以虚线表示)。

当驱动螺母16而转动时，借助于径向朝内的表面螺纹18和径向朝外的表面螺纹3之间的相互作用，螺母然后驱动夹爪2开启或闭合(取决于转动方向)。

较之传统的工具夹头，上面所述的章动驱动可以在螺母16的旋紧上达到较大的机械效益，其驱动夹爪2与工具相接触，例如钻头(用作举例)。

如上所述，应当能够理解，章动齿轮10上的齿12，13a各自的齿数N3，N1；固定齿轮5上的齿13b的齿数N2；以及螺母16上的齿14的齿数N4都是可以变化的，以改变从动螺母16最终的输出传动比。

II.图4A-4C所示的实施例：

图4A表示了另一个非限制性实施例的带有章动减速器的工具夹头175。该实施例在带有章动减速器这方面与前述实施例相同，但还是具有以下所述的一些明显区别。

A.结构：

参见图4A，工具夹头175可以包括确定轴线150的夹头体120。如同前述实施例中那样，夹头体120的后端可装在动力驱动器的主轴上。

与前面实施例中所述的螺纹型夹爪不同，在这一实施例中，夹爪102是“推动器”夹爪102。在这方面，夹爪102可通过螺杆115相对于夹头体120前伸和/或回缩。

夹头体120可以延伸穿过并且支承着螺杆115，因而夹头体120与螺杆115可以转动地固定为一体，而且螺杆115可以沿着轴线150的方向相对于夹头体120进行轴向运动。夹头体120可以包含花键117，花键可以容纳在螺杆115上提供的相应构形中。花键117可以引导螺杆115的轴向运动，与此同时，防止夹头体120与螺杆115之间的相对转动。应当能够理解，可以将花键改变为设置在螺杆115上，以及这些花键可以被容纳在夹头体120上的相应的构形中。

螺杆115的后端可以包括径向朝外的表面螺纹103，它与螺母116的径向朝内的表面螺纹118相互作用。螺纹103，118的相互作用可影响螺杆沿着夹头体120的轴线150前伸和/或回缩。螺杆115的前端可以包括径向方向的通道，夹爪102分别支承在这些通道中。径向方向的通道可以引导夹爪102的径向运动，与此同时，还可以将夹爪102相对于螺杆115转动地固定。

夹头体120可以支承着包括前套筒106和后套筒104的两件式的套筒。前套筒106可以包括分别供夹爪102滑动通过的通道。前套筒106的这些通道可以相对于夹头体120的轴线150倾斜。这样，当夹爪102前伸时(通过螺杆115)，前套筒106的通道可以影响夹爪102沿着径向向内的方向通过螺杆115上的径向通道，并且朝向轴线150；以及当夹爪102回缩时(通过螺杆115)，前套筒106的通道可以影响夹爪沿着径向向外的方向通过螺杆115上的径向通道，并且离开轴线150。前套筒106的这些通道可以将前套筒106转动地固定到夹爪102上。因此，前套筒106，夹爪102，夹头体120，以及螺杆115在转动地固定在一起。

短暂地转到图4B，图中示意地表示了推动器夹爪102的一个实例。如图所示，夹爪102可以是带有接触面102a的锥形。夹爪102可以具有一些与工具夹头175中的各个通道相配合的构形。例如，可以设置第一凸缘102b，以便与螺杆115上相应的径向方向的通道相配合；还可以设置第二凸缘102c，以便与前套筒106上相应的倾斜通道相配合。夹爪的凸缘以及相应的通道可具有互补的形状。本领域的技术人员显然容易明确，这些推动器的夹爪102可以有能够与工具夹头175的相应特征相配合的各种的替换形式，以实现夹爪102所需的前伸和回缩运动。

再回到图4A，后套筒104可安装成能够通过轴承132在夹头体120上转动。因此，后套筒104可以相对于前套筒106转动。为了便于这种相对转动，轴承130可以置于后套筒104和前套筒106之间。后套筒104中可以装有章动齿轮110和螺母116。

章动齿轮110可以安装成能够在后套筒104中转动，以致于它的轴线相对于夹头体120的轴线150倾斜。夹头体120可以延伸穿过章动齿轮110的开孔。章动齿轮110的前表面上可以包括一组与螺母116相互作用的齿112，以及一组与固定齿轮105相互作用的齿113a。

固定齿轮105可以固定在夹头体120上。夹头体120可以延伸穿过固定齿轮105的开孔。应当能够理解，夹头体120和固定齿轮105可以是整体的、单件式结构。固定齿轮105的后表面上可以包括一组与章动齿轮110的齿113a相啮合的齿113b。固定齿轮105上的齿113b的齿数N2，以及章动齿轮110上的齿113a的齿数N1可以选择为：使得章动齿轮110和固定齿轮105(以及因此夹头体120)彼此之间保持的相对转动位置相同。于是，当章动齿轮110章动时，两组齿113a，113b可以相互作用，从而固定齿轮105阻止章动齿轮110围绕着轴线150相对于夹头体120转动。例如，齿113a，113b可以(分别)设置相同的齿数N1，N2，从而固定齿轮105阻止章动齿轮110围绕着轴线150相对于夹头体120的转动。

如同前述实施例中那样，本发明并不限于将章动齿轮110转动固定在夹头体120上。例如，齿113a，113b可以(分别)设置不同的齿数N1，N2，因而章动齿轮110可以相对于夹头体120转动。(章动齿轮110与夹头体120之间的)这种相对转动可以通过改变齿113a，113b(各自)齿数N1，N2之间的差来控制。在这方面，章动齿轮110(相对于夹头体120)的转动受到齿113a，113b之间的相互作用的限制。

如前述实施例那样，应当能够理解，章动齿轮110可通过固定齿轮以外的其它结构而转动地固定到夹头体120上。

轴承108可以置于后套筒104和章动齿轮110之间，以利于后套筒104和章动齿轮110之间的相对转动。章动齿轮110的前表面上可以设置一组齿112。

螺母116可轴向固定到后套筒104上，但可以通过轴承131相对后套筒104转动。夹头体120可以延伸穿过螺母116的开孔。螺母116的前端上可包括径向朝内的表面螺纹118，它与螺杆115的径向朝外的表面螺纹103相互作用，以使得螺杆115(以及因此夹爪102)前伸和/或回缩。螺母106的后端可以设置一组齿114，螺母116的齿114与章动齿轮110的齿112相啮合。

章动齿轮110相对于螺母116倾斜，从而章动齿轮110的齿112只在一个接触区125中与螺母116的齿114相接触。因此，章动齿轮110的直径和圆周都大于螺母116的直径和圆周。此外，相应的两组齿112，114具有相同的节距，因而，较大的章动齿轮110比较小的螺母116，围绕着其圆周就具有较多的齿112。

在图4A所示的实施例中，两组齿112，113a都设置在章动齿轮110的同一表面上，因而固定齿轮105和螺母116设在章动齿轮110的同一侧。然而，本发明并不限于这一情形。例如，如图4C所示，两组齿112，113a可以设置在章动齿轮110的相反表面上。在这种情况下，固定齿轮105和螺母116位于章动齿轮110的相反的两侧。而且，螺母116相对于后套筒104在轴向上固定，并且通过两个轴承131而可以相对转动。在一些可选择的实施例中，可以适当地设置其它数量的轴承131。最后，如图4C所示，夹头体120的前端上可以包括一盲孔1。只是作为举例，该盲孔1可以是六角形的。盲孔1可用来容纳工具柄。在其它的方面，图4C所示的工具夹头175都与图4A中所示的工具夹头175相同。

B.操作：

工具夹头175的操作方式如下：操作者可以相对于夹头体120、螺杆115、夹爪102、前套筒106、以及章动齿轮110转动后套筒104。后套筒104的转动使得相对于夹头体120保持转动固定(例如通过固定齿轮105)的章动齿轮110围绕着夹头体120产生章动。当章动齿轮110进行章动时，章动齿轮110与螺母116之间的接触区125围绕着轴线150转动。

如上所述，章动齿轮110可以是转动固定的，因此，当章动齿轮110章动1圈时，受到驱动的螺母116其转过的角距离相当于章动齿轮110的齿112的齿数N3与螺母116的齿114的齿数N4之间的齿数差。

当螺母116被驱动而转动时，借助于径向朝内的表面螺纹118和径向朝外的表面螺纹103之间的相互作用，螺母驱动螺杆115前伸或者回缩(取决于转动方向)。在这个举例的实施例中，螺杆115的前伸和回缩可以是在螺纹115和夹头体120之间没有任何相对转动的情况下进行(例如通过花键117使它们保持转动地固定)。螺杆115的平移可以推动或拉动夹爪102，因而使之开启和/或闭合。

例如，在闭合操作中，螺杆115(连同夹爪102)可以沿着轴线150前进。此时，前套筒106的倾斜通道影响夹爪102朝着径向向内的方向(也就是朝着轴线150的方向)通过螺杆115上的径向通道。

如前述实施例那样，章动齿轮110上的齿112，113a各自的齿数N3，N1；固定齿轮105上的齿113b的齿数N2；以及螺母116上的齿114的齿数N4都是可以变化的，以改变受驱动螺母116最终的输出传动比。

III.图5A-6所示的实施例：

图5A-图6表示了另一个非限制性实施例的带有章动减速器的工具夹头275。该实施例在包括章动减速器这方面与前述实施例相同，而且，如同上述第II部分中所述的实施例那样，本实施例也设置了“推动器”夹爪202，然而，它还是具有以下所述的一些明显区别。

A.结构：

参见图5A，工具夹头275可以包括确定了轴线250的夹头体220。如同前述实施例中那样，夹头体220的后端可装在动力驱动器295的主轴285上。

夹头体220的中部可以设有花键(spline)217，它们与章动齿轮210的径向朝内的表面通道211相互作用。在这一实施例中，花键217可以是球形的。然而，应当能够理解，具有各种其它形状的花键217也是适合采用的。在该实施例中，可以有四个花键217均匀间隔地围绕着夹头体220的圆周。然而，本发明并非局限于此，例如，花键217的数量和间隔都可以改变。

夹头体220的前端可以包括螺母216。螺母216与螺杆215螺纹连接。为此，螺母216具有径向内螺纹218，它与螺杆215的径向朝外的表面螺纹203相互啮合。夹头体220(连同螺母216)可以相对于螺杆215转动。在这种相对转动过程中，相互作用的螺纹203，218可以影响螺杆215沿着夹头体220的轴线250前伸和/或回缩。

螺杆215的前端可以包括径向方向的通道215a，夹爪202分别支承在这些通道中。这些径向方向的通道215a可以引导夹爪202的径向运动，与此同时，还可以将夹爪202转动地固定到螺杆215上。

夹头体220可以支承着包括前套筒206和后套筒204的两件式的套筒。前套筒206可以安装成能够在夹头体220上转动，夹头体220延伸穿过前套筒206的开孔。前套筒206的前端固定地支承着锥套209。参见图6，在这个实施例中，前套筒206和锥套209可以设置成两个独立的元件，以便于工具夹头275的组装。然而应当能够理解，前套筒206和锥套209可以制造为整体的、单件式结构。

锥套209可以包括分别供夹爪202滑动通过的通道209a。锥套209的这些通道209a可以相对于夹头体220的轴线250倾斜。这样，当夹爪202前伸时(通过螺杆215)，锥套209的通道209a可以影响夹爪202沿着径向向内的方向滑过螺杆215上的径向通道215a，并且朝向轴线250；以及当夹爪202回缩时(通过螺杆215)，锥套209的通道209a可以影响夹爪202沿着径向向外的方向滑过螺杆215上的径向通道215a，并且离开轴线250。锥套209的这些通道209a可以将锥套209转动地固定到诸夹爪202上。因此，诸夹爪202，锥套209，前套筒206，以及螺杆215可转动地固定在一起。

前套筒206的后端可以固定地支承着输出齿轮226。夹头体220延伸穿过输出齿轮226的开孔。输出齿轮226的后表面上可以设置一组齿214。参见图6，在这个实施例中，前套筒206和输出齿轮226可以设置成两个独立的元件，以便于工具夹头275的组装，并且能够以传统的方式将输出齿轮226拆卸和更换为一个新的或者替换的输出齿轮(例如具有不同齿数的输出齿轮)。然而应当能够理解，前套筒206和输出齿轮226可以制造为整体的、单件式结构。

后套筒204可安装成能够在夹头体220上转动。夹头体220延伸穿过后套筒204的开孔。后套筒204可以相对于前套筒206转动。后套筒204的前表面207相对于夹头体220的轴线250倾斜。后套筒204的前表面207可以作用在章动齿轮210的后表面上。如图6所示，后套筒204可以是两件式的结构，以便于组装。后套筒204的这两部分元件204a，204b可被组装到一起，以便支承在章动齿轮210的相反的两侧。然而应当能够理解，后套筒204可以制造为整体的、单件式结构。

章动齿轮210可以设置在工具夹头275中，这样使其轴线相对于夹头体220的轴线250倾斜。夹头体220可以延伸穿过章动齿轮210的开孔。章动齿轮210可以这种方式安装，即其相对于夹头体220保持转动地固定。也就是说，章动齿轮210可以进行章动而不会相对于夹头体220围绕轴线250进行转动。为此，章动齿轮210可以包括与设置在夹头体220上的球形花键217相配合的径向朝内的表面构形。在这个实施例中，径向朝内的表面构形可以是分别容纳着球形花键217的通道211的形式。这些通道211可以沿着章动齿轮210的纵向轴线延伸。于是，当章动齿轮210进行章动时，球形花键217可以在通道211中前后穿过，同时阻止章动齿轮210相对于夹头体220转动。

一轴承(未示出的)可以置于后套筒204和章动齿轮210之间，以利于后套筒204和章动齿轮210之间的相对转动。章动齿轮210的前表面上可以设置一组齿212。章动齿轮210的齿212与输出齿轮226的齿214相啮合。

章动齿轮210相对于输出齿轮226倾斜，从而章动齿轮210的齿212只在一个接触区225中与输出齿轮226的齿214相接触。因此，章动齿轮210的直径和圆周都大于输出齿轮226的直径和圆周。此外，相应的两组齿212，214具有相同的节距，因而，较大的章动齿轮210比较小的输出齿轮226围绕着其圆周就具有较多的齿212。

应当能够理解，章动齿轮210可以通过球形花键217以外的其它结构而转动地固定到夹头体220上。例如，参见图5B，固定齿轮205可以固定到夹头体220上。该固定齿轮205的前表面上可以包括一组与章动齿轮210后表面上的齿213a相啮合的齿213b。固定齿轮205上的齿213b的齿数N2，以及章动齿轮210上的齿213a的齿数N1可以选择为：使得章动齿轮210和固定齿轮205(以及因此夹头体220)彼此之间保持相同的相对转动位置。这里，章动齿轮210的相反的两个表面上分别具有一组齿212，213a。因此，固定齿轮205和输出齿轮226分别设置在章动齿轮210相反的两侧。

如图5B所示，轴承221可以设置在夹头体220和前套筒206之间。为此，夹头体220和前套筒206可以设置有供轴承221置于其中的配合凹槽。轴承221可以轴向固定在一起，并且有助于夹头体220和前套筒206之间的相对转动。在其它的方面，图5B所示的工具夹头275都与图5A中所示的工具夹头275相同。

B.操作：

工具夹头275的操作方式如下：操作者可以相对于夹头体220和章动齿轮210转动后套筒204。后套筒204的转动使得章动齿轮210围绕着夹头体220产生章动，它同时还相对于夹头体220保持着转动地固定(例如，通过图5A所示的球形花键217和/或图5B所示的固定齿轮205)。当章动齿轮210进行章动时，章动齿轮210与输出齿轮226之间的接触区225围绕着夹头体220的圆周运动。

如上所述，章动齿轮210可以转动地固定，因此，当章动齿轮210章动1圈时，受到驱动的输出齿轮226转过的角距离相当于章动齿轮210的齿212的齿数N3与输出齿轮226的齿214的齿数N4之间的齿数差。

被驱动的输出齿轮226可以连同前套筒206和锥套209一起转动。锥套209(通过通道209a)与夹爪202一起转动。(装在径向通道215a中的)夹爪202可以驱动螺杆215相对于夹头体220的螺母216进行转动。由于径向朝内的表面螺纹218和径向朝外的表面螺纹203之间的相互作用，该相对转动可以使得螺杆215沿着轴线250前伸或者回缩(取决于转动方向)。当螺杆215相对于夹头体220前伸或者回缩时，螺杆215可以推动或拉动夹爪202，因而使之开启和/或闭合。

例如，在闭合操作中，螺杆215(连同夹爪202)可以相对于夹头体220转动，并且沿着夹头体220的轴线250前进此时，夹爪202通过锥套209的倾斜通道夹头体220’(连同螺母216’)可以相对于螺杆215’转动，以驱使螺杆215’沿着夹头体220’的轴线250’前伸和/或回缩。

螺杆215’的前端可以包括径向方向的通道，夹爪202’分别支承在这些通道中。径向方向的通道可以引导夹爪202’的径向运动，与此同时，还可以将夹爪202’转动地固定到螺杆215’上。

夹头体220’可以支承包括前套筒206’和后套筒204’的两件式的套筒。前套筒206’可以安装成能够在夹头体220’上转动。前套筒206’的前端固定地支承着锥套209’。锥套209’可以包括分别供夹爪202’滑动通过的通道209a’。锥套209’中的通道209a’可以将锥套209’转动地固定到夹爪202’上。因此，夹爪202’，锥套209’，前套筒206’，以及螺杆215’可转动地固定在一起。

前套筒206’可以支承输出齿轮226’。与前述实施例相同，输出齿轮226’以及前套筒206’可以转动地固定到一起。与前述实施例不同的是，输出齿轮226’可以相对于前套筒206’轴向移动(也就是，沿着轴线250’的方向)。例如，前套筒206’和输出齿轮226’可以通过沿轴向方向延伸的花键而连接。相配合的花键可以分别设置在前套筒206’的径向朝内表面上和输出齿轮226’的径向朝外表面上。这种花键连接(以及其它的替换连接形式)是本领域中公知的。输出齿轮226’(它与前套筒206’转动地固定)可以相对于夹头体220’(以及因此螺母216’)进行转动。输出齿轮226’的后表面上设有一组齿214’。

前套筒206’支承着开关240。该开关240可以沿着轴向相对于前套筒206’移动。前套筒206’可以包括槽249，用以引导开关240的轴向运动。开关240的径向内端可以固定地连接到换档环(shift ring)242上。换档环242可以固定地安装在输出齿轮226’上。于是，开关240、换档环242、以及输出齿轮226’可以一起沿着轴线250’相对于前套筒206’和夹头体220’(以及因此螺母216’)运动。

后套筒204’可安装成能够在夹头体220’上转动。后套筒204’可以相对于前套筒206’转动。后套筒204’的前表面207’相对于夹头体220’的轴线250’倾斜。后套筒204’的前表面207’可以作用在章动齿轮210’的后表面上。

章动齿轮210’可以设置在工具夹头275’中，这样使其轴线相对于夹头体220’的轴线250’倾斜。章动齿轮210’可以这种方式安装，即使其相对于夹头体220’保持转动地固定。为此，章动齿轮210’可以包括分别与球形花键217’相配合的径向朝内的表面通道211’。当章动齿轮210’章动时，球形花键217’可以在通道211’中前后穿行，同时阻止章动齿轮210’相对于夹头体220’转动。

章动齿轮210’的前表面上可以设置一组齿212’。章动齿轮210’的齿212’与输出齿轮226’的齿214’相啮合。

B.操作：

工具夹头275’可以根据开关240轴向位置而不同的操作。一方面，当开关240位于轴向向后的位置时，章动齿轮减速机构能够起作用，因而使用者在夹紧夹爪202’上获得机械的效益；另一方面，当开关240位于轴向向前的位置时，章动齿轮减速机构不起作用，因而使用者可以更加迅速地夹紧夹爪202’但没有机械的效益。

更具体地，使用者可以沿着轴向向后的方向推动开关240通过前套筒206’的槽249。开关240的轴向向后的运动可以赋予换档环242和输出齿轮226’相对于夹头体220’相应的轴向向后运动。在这一运动过程中，螺母216’可以在输出齿轮226’的开孔中穿过。

在开关240的轴向向后的位置上，输出齿轮226’的齿214’可以与章动齿轮210’的齿212’相啮合，从而使得章动齿轮减速机构起作用。操作者然后可以如同上面第III部分中所述那样转动后套筒204’，以驱动工具夹头275’。

操作者可以沿着轴向向前的方向推动开关240通过前套筒206’的槽249。开关240的轴向向前的运动可以赋予换档环242和输出齿轮226’相对于夹头体220’的相应的轴向向前运动。在这一运动过程中，螺母216’可以在输出齿轮226’的开孔中穿过。

在开关240的轴向向前的位置上，输出齿轮226’的齿214’与章动齿轮210’的齿212’脱离啮合，从而使得章动齿轮减速机构不起作用。操作者然后可以相对于夹头体220’转动前套筒206’(以及因此锥套209’)。锥套209’可以连同夹爪202’和螺杆215’一起转动。螺杆215’和螺母216’之间的相对转动使得螺杆215’沿着轴线250’前伸或者回缩(取决于前套筒206’的转动方向)。当螺杆215’相对于夹头体220’前伸或者回缩时，螺杆215’可以推动或拉动夹爪202’，因而使之开启或闭合。

V.图8所示的实施例

图8表示了另一个非限制性实施例的带有章动减速器的工具夹头375。该实施例在包括章动减速器这方面与前述实施例相同，而且，该实施例也设置了“推动器”夹爪302，然而，它还是具有以下所述的一些明显区别。

A.结构：

参见图8，工具夹头375可以包括夹头体320。夹头体320的后端可装在动力驱动器395的主轴上。

夹头体320的中部可以设有花键317，它们与章动齿轮310的径向朝内的表面通道311相互作用，从而夹头体320与章动齿轮310转动地固定到一起。在这一实施例中，花键317可以是球形的。然而，应当能够理解，具有各种可替换形状的花键317也是适合采用的。在该实施例中，可以有四个花键317均匀间隔地围绕着夹头体220的圆周。然而，本发明并非局限于此，例如，花键317的数量和间隔都可以改变。

夹头体320的前端可以包括一个螺母316。螺母316与螺杆315螺纹连接。为此，螺母316具有径向内螺纹318，它与螺杆315的径向朝外的表面螺纹303啮合。夹头体320(连同螺母316)可以相对于螺杆315转动。在这种相对转动过程中，相互作用的螺纹303，318可以影响螺杆315沿着夹头体320的轴线350前伸和/或回缩。

螺杆315的前端可以包括径向方向的通道315a，夹爪302分别支承在这些通道中。径向方向的通道315a可以引导夹爪302的径向运动，与此同时，还可以将夹爪302转动地固定到螺杆315上。

夹头体320支承着章动机构框架套筒(简称NMH套筒)360。NMT套筒360可以相对于夹头体320转动。通过轴承362可以使得这种相对转动变得容易。NMH套筒360的前表面307相对于夹头体320的轴线350倾斜。NMH套筒360的前表面307可以作用在章动齿轮310的后表面上。

NMH套筒360支承着前套筒306和离合和锁定套筒(简称CL套筒)370。前套筒306可以相对于NMH套筒360转动。通过轴承364可以使得这种相对转动变得容易。前套筒306可以包括分别使夹爪302滑动通过的通道。前套筒306的通道可以相对于夹头体320的轴线350倾斜。这样，当夹爪302前伸时(通过螺杆315)，前套筒306的通道可以夹爪302沿着径向向内的方向通过螺杆315上的径向通道315a，并且朝向轴线350。以及当夹爪302回缩时(通过螺杆315)，前套筒306的通道可以影响夹爪302沿着径向向外的方向通过螺杆315上的径向方向通道315a，并且离开轴线350。前套筒306的通道可以转动地固定前套筒306到夹爪302上。因此，夹爪302，前套筒306，以及螺杆315在转动上固定在一起。

前套筒306的后端可以固定地支承输出齿轮326。夹头体320延伸穿过输出齿轮326的开孔。输出齿轮326的后表面上可以设置一组齿314。

章动齿轮310可以设置在工具夹头375中，这样使其轴线相对于夹头体320的轴线350倾斜。夹头体320可以延伸穿过章动齿轮310的开孔。章动齿轮310可以这种方式安装，即其相对于夹头体320保持转动地固定。也就是说，章动齿轮310可以章动而没有相对于夹头体320的轴线350转动。为此，章动齿轮310可以包括与设置在夹头体320上的球形花键317相配合的径向朝内的表面构形。在这个实施例中，径向朝内的表面构形可以是分别容纳球形花键317的通道311的形式。通道311可以沿着章动齿轮310的纵向轴线延伸。于是，当章动齿轮310章动时，球形花键317可以在通道311中前后穿过，同时阻止章动齿轮310相对于夹头体320转动。

应当能够理解，章动齿轮310可以通过球形花键317以外的其它结构而转动地固定到夹头体320上。

轴承(未示出的)可以置于NMH套筒360和章动齿轮310之间，以利于NMH套筒360和章动齿轮310之间的相对转动。章动齿轮310的前表面上可以设置一组齿312。章动齿轮310的齿312与输出齿轮326的齿314相啮合。

章动齿轮310相对于输出齿轮326倾斜，从而章动齿轮310的齿312只在一个接触区325中与输出齿轮326的齿314相接触。因此，章动齿轮310的直径和圆周都大于输出齿轮326的直径和圆周。此外，相应的两组齿312，314具有相同的节距，因而，较大的章动齿轮310比较小的输出齿轮326围绕着其圆周就具有较多的齿312。

CL套筒370可以安装在NMH套筒360上，使得CL套筒370能够相对于NMH套筒360轴向移动，并且与NMH套筒360转动地固定。例如，CL套筒370的径向朝内的表面上可以包括纵向花键(未示出)，它与NMH套筒360的径向朝外的表面上相应的构形相互配合。这种相互配合的构形是本领域中公知的，因而省略对其详细的描述。

CL套筒370可以相对于NMH套筒360在一个图示的朝后位置(或称夹头驱动模式)和向前位置(或称夹头锁定模式)之间进行轴向运动。如图8所示，在夹头驱动模式时，CL套筒370的后表面上所包括的构形372，其与设置在驱动器壳体上相应的构形374相接合。构形372，374相互配合，以此将CL套筒370(以及因此还有NMH套筒360)转动地固定到驱动器壳体上。构形372，374可以设计成具有这样的廓形：使得当预定的扭矩作用在CL套筒370和驱动器壳体之间时，这两者相互分开。

在夹头锁定模式中，CL套筒370的前表面上包括凸起376，其可以与设置在前套筒306的后表面上相应的槽378相接合。凸起376和槽378相互配合，以此将CL套筒370(以及因此NMH套筒360)转动地固定于前套筒360上。另外，CL套筒370的另一个前表面上包括的凸起380，其与设置在夹头体320的后表面上相应的槽382相接合。凸起380和槽382相互配合，以将CL套筒370(以及因此NMH套筒360)转动地固定于夹头体320上。在夹头锁定模式中，CL套筒370、NMH套筒360、前套筒306，以及夹头体320被转动地固定到一起。CL套筒370可以包括弹簧加载的掣子机构390，它与设置在NMH套筒360上的槽392配合，以便将CL套筒370暂时地保持在夹头锁定模式中。

B.操作：

工具夹头375可以根据CL套筒370轴向位置不同的操作。

如图8中所示，操作者可以沿轴向向后的方向推动CL套筒370，以便在夹头驱动模式中操作工具夹头375。夹头驱动模式可以使得操作者能够利用驱动器395的输出来致动夹爪302。这与前面实施例中所述的手动操作的工具夹头相比，可以加快夹爪的致动过程。

在上述的、以及图8所示的夹头驱动模式中，相互配合的构形372，374可以接合，以使得CL套筒370(以及因此NMH套筒360)和驱动器壳体转动地固定到一起。此外，如图所示，CL套筒370的凸起376可从前套筒306的槽378中脱离，以及CL套筒370的凸起380可从夹头体320的槽382中脱离。因此，前套筒306可相对于CL套筒370转动，而且夹头体320可相对于CL套筒370转动。

操作者然后可以致动驱动器395，以转动夹头体320。借助于花键317，夹头体320可以连同章动齿轮310一起相对于NMH套筒360转动(后者转动地固定到CL套筒370和驱动器壳体上)。通过章动齿轮310与NMH套筒360之间的相对转动，NMH套筒360的前表面307可以使得章动齿轮310围绕着夹头体320进行章动。当章动齿轮310相对于NMH套筒360转动并且围绕着夹头体320进行章动时，它可以通过齿312，314之间的相互作用而转动地驱动前套筒306。

当夹头体320转动1圈时，章动齿轮310可以驱动输出齿轮326(以及因此前套筒306)转动1整圈，再加上相当于章动齿轮310的齿312的齿数N3和输出齿轮326的齿314的齿数N4之间的齿数差的角距离。与此同时，夹头体320的螺母316转动完整的1圈。因此，在受到转动驱动的前套筒306和受到转动驱动的螺母316之间存在速度差。以及由于前套筒306可以连同夹爪302一起转动，因而(座落在径向通道315a中的)夹爪302可以驱动螺杆315相对于夹头体320的螺母316转动。由于径向朝内的表面螺纹318和径向朝外的表面螺纹303之间的相互作用，该相对转动可以使得螺杆315沿着轴线350前伸或者回缩(取决于夹头体320的转动方向)。当螺杆315相对于夹头体320前伸或者回缩时，螺杆315可以推动或拉动夹爪302，因而使之开启和/或闭合。

如前述实施例那样，章动齿轮310上的齿312的齿数N3与输出齿轮326上的齿314的齿数N4两者之间的齿数差是可以变化的，以改变输出齿轮326最终的输出传动比。

相互配合的构形372，374可以起到限制CL套筒370和驱动器壳体之间的扭矩的作用。这种限制扭矩的特性可以使得操作者终止作业，从而有效地防止工具夹头过紧。

一旦夹爪302将工具夹紧，操作者就可以沿着轴向向前的方向推动CL套筒370，使工具夹头375在夹头锁定模式下工作。夹头锁定模式可以防止夹爪302松开。例如，当由夹爪302夹紧的工具受到逆向的驱动时(例如，当拧出一个螺钉时)，这种松开是有可能发生的。螺钉的转动阻力将影响到夹爪302(以及因此影响到螺杆315)，使螺杆相对于螺母316转动。这种相对转动会导致由夹爪302所施加的夹紧压力的降低。在最坏的情况下，夹爪302被转动地驱动，而夹爪302与工具之间发生打滑。

在夹头锁定模式中，相互配合的构形372，374可以脱离，从而CL套筒370(以及因此NMH套筒360)可以相对于驱动器壳体转动。此外，CL套筒370的凸起376可以与前套筒306的槽378接合，CL套筒370的凸起380可以与夹头体320的槽382接合。于是，CL套筒370、NMH套筒360、以及前套筒306能够连同夹头体320一起转动。当操作者致动驱动器时，整个工具夹头373作为一个单个单元一起转动。与槽392相配合的掣子机构390可以将CL套筒保持在轴向向前的位置。

在夹头锁定模式中，CL套筒370可以防止前套筒306(以及因此夹爪302和螺杆315)与夹头体320(以及因此螺母316)之间发生相对转动。因此，CL套筒370可以防止夹爪302松开。

应当能够理解，CL套筒适用于本发明的其它实施例。例如，通过一些依照本说明书而显而易见的略微变型，CL套筒也将能够与上述第III和第VI部分中的实施例相结合，所结合的CL套筒也将提供与上述相同的有益功能。

上述各实施例中都包括了夹头体，它是与驱动器主轴相独立和不同的元件。然而本领域的技术人员都已经理解，夹头体与主轴可以是整体的、单件式结构。

Claims (20)

1.一种工具夹头，包括：

支承夹爪的夹头体，该夹头体确定纵向轴线；

设置在夹头体上的从动齿轮；以及

设置在夹头体上的章动齿轮，该章动齿轮具有相对于夹头体的纵向轴线倾斜的轴线，该章动齿轮围绕夹头体可章动，以便相对于夹头体转动地驱动从动齿轮，从而夹爪沿着夹头体的纵向轴线运动。

2.如权利要求1所述的工具夹头，其中，所述章动齿轮被安装成在夹头体上转动。

3.如权利要求1所述的工具夹头，其中，所述章动齿轮转动地固定到夹头体上。

4.如权利要求1所述的工具夹头，其中，还包括固定在夹头体上并且与章动齿轮相接合的固定齿轮。

5.如权利要求4所述的工具夹头，其中，所述固定齿轮定位于章动齿轮和从动齿轮之间。

6.如权利要求4所述的工具夹头，其中，所述章动齿轮定位于固定齿轮和从动齿轮之间。

7.如权利要求1所述的工具夹头，其中，所述章动齿轮通过花键连接到夹头体上。

8.如权利要求7所述的工具夹头，其中，所述夹头体具有分别容纳在章动齿轮中设置的通道内的花键。

9.如权利要求8所述的工具夹头，其中，所述花键具有球形的形状。

10.如权利要求1所述的工具夹头，其中，所述从动齿轮是螺母。

11.如权利要求10所述的工具夹头，其中，所述螺母螺纹连接到夹爪上。

12.如权利要求10所述的工具夹头，其中，所述螺母螺纹连接到与夹爪转动地固定的螺杆上。

13.如权利要求1所述的工具夹头，其中，所述从动齿轮是转动地固定到套筒上的输出齿轮，该套筒被安装成在夹头体上转动。

14.如权利要求13所述的工具夹头，其中，所述输出齿轮能沿着夹头体的纵向轴线在第一位置和第二位置之间移动，

在第一位置中，输出齿轮与章动齿轮脱离啮合；

在第二位置中，输出齿轮与章动齿轮相啮合。

15.如权利要求1所述的工具夹头，其中，所述夹头体具有设置有盲孔的端部。

16.如权利要求15所述的工具夹头，其中，所述盲孔具有六角形的形状。

17.一种工具夹头，包括：

具有纵向轴线的夹头体；

被安装成在夹头体上转动的从动齿轮，该从动齿轮具有与纵向轴线相平行的转动轴线；以及

被安装在夹头体上的主动齿轮，所述主动齿轮具有相对于夹头体的纵向轴线倾斜的轴线，该主动齿轮可以围绕所述夹头体章动从而相对于所述夹头体旋转地驱动所述从动齿轮。

18.如权利要求17所述的工具夹头，其中，所述夹头体具有设置有盲孔的端部。

19.如权利要求18所述的工具夹头，其中，所述盲孔具有六角形的形状。

20.一种工具夹头，包括：

夹头体；

被安装成在夹头体上转动的前套筒，该前套筒支承从动齿轮；

设置在夹头体上的章动齿轮，该章动齿轮具有相对于夹头体的纵向轴线倾斜的轴线，该章动齿轮可以围绕夹头体章动，以便相对于夹头体转动地驱动从动齿轮；

其中设有章动齿轮的框架套筒，该框架套筒被安装成在夹头体上转动，框架套筒可转动地支承前套筒；以及

转动地固定于框架套筒上的离合和锁定套筒，该离合和锁定套筒能相对于框架套筒在第一位置和第二位置之间轴向移动，

在第一位置中允许夹头体与前套筒之间相对转动；

在第二位置中将夹头体与前套筒转动地锁定到一起。

Images