CN101147985B - 柔轮驱动式钻夹头 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种柔轮驱动式钻夹头，包括：钻体、多个夹爪，可滑动地设置在钻体的斜孔内、传动丝母、控制外套、以及设置在传动丝母和控制外套之间的柔轮谐波传动机构。这种钻夹头由于具有柔轮谐波传动机构，可以将钻夹头外套上作用的转动力矩，通过柔轮谐波规律的弹性变形齿轮传动的增力作用，传递到丝母上，使丝母驱动夹爪的力和夹爪对钻具的夹紧力比普通钻夹头增大很多，大大提高了钻夹头对钻具的夹紧功能，保证了钻夹头在负荷大和有震动的工况下可靠地工作。

Description

柔轮驱动式钻夹头

技术领域

本发明涉及一种钻夹头，特别是一种利用柔轮谐波传动原理，能够提供更大夹紧力的柔轮驱动式钻夹头。 

背景技术

现有的钻夹头，通常由钻体、夹爪、丝母、轴承和外套组成，钻体与动力源的传动轴联接，三个夹爪分别安装在钻体上三个均布的斜孔内，夹爪上有螺纹并与丝母形成螺纹传动，转动与丝母联接的外套时，可使夹爪沿斜孔相对钻体移动，从而夹紧或松开工具柄。 

以上结构由于夹爪与丝母之间的螺纹在工作负荷下产生很大的接触应力，使其相对滑动的摩擦力很大，因而通过丝母与夹爪之间的螺纹传动产生的夹紧工具柄的夹持力不易足够大，这就使得在负荷大和有震动的工况下，夹爪夹不牢工具柄，存在松动的隐患。 

为了改善钻夹头的夹紧性能，防止在工作过程中夹爪松脱，已知有的夹持结构采用了多种增力机构，以提供较大的夹紧力。 

1991年9月3号公布的美国专利US5044643披露了一种带有摆线齿轮传动机构的钻夹头。参见图39和图40，分别示出了这种钻夹头的主剖视图和沿II-II位置的剖视图。该钻夹头包括钻体41，其中具有多个沿圆周等分的斜孔；多个夹爪42，可滑动地设置在钻体1的斜孔内，其后端具有螺纹；传动丝母43，可旋转地套设在钻体41的外部，并与夹爪42的螺纹接合；控制外套45，可旋转地套 设在钻体41的外部，其外表面形成握持部，向传动丝母43提供旋转驱动力。控制外套45上形成管形操纵部分51，其外圆周轴线相对钻体1轴线偏心“e”。还包括一输入/输出环48，上面带有位于后端的内齿轮55、位于中部的内齿轮53，以及位于前端的内圆周表面，前端内圆周表面通过滚动轴承50支撑在管形操纵部分51的外圆周表面上。相对钻体轴线偏心的内齿轮55和53分别与具有较小齿数的锁紧环49的外齿轮56和传动丝母43的外齿轮54啮合，并且在夹紧操纵中，在夹爪42对传动丝母43的轴向推力作用下，销紧环49相对钻体1固定。操纵外套45时，输入/输出环48在管形操纵部分51的偏心外圆周表面的控制下，围绕钻体1偏心摆动，使得内齿轮55和53与外齿轮56和54不断地变换啮合齿对，构成摆线齿轮传动机构(cycloidal gear arrangement)，使输入/输出环48和丝母43相对控制外套45以很低的转速转动，从而提供增大的扭矩和夹紧力。 

这种钻夹头能够提供较大的夹紧力，但是其输入/输出环和锁紧环以及传动丝母上的啮合齿轮均为刚性结合，其控制外套的管形操纵部分必须偏心配置，并且偏心误差会对啮合对的啮合产生不利影响，影响操纵效果。 

1993年11月16日公布的美国专利申请US5261679也披露了一种带有摆线齿轮传动机构的钻夹头，其对US5044643的结构作了一些改进，增加了一个设置在控制外套和钻体之间的弹性驱动套，但其增力机构本身没有改变。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种能够提供更大夹紧力的柔轮驱动式钻夹头。 

为解决上述技术问题，提供了一种柔轮驱动式钻夹头，包括钻体，其中具有多个沿圆周等分的斜孔；多个夹爪，可滑动地设置在钻体的斜孔内，其后端具有螺纹；传动丝母，可旋转地套设在所述钻体的外部，并与所述夹爪螺纹接合；控制外套，可旋转地套设在所述钻体的外部，其外表面形成握持部，向所述传动丝母提供旋转驱动力；其特征在于，还包括柔轮谐波传动机构，设置在所述传动丝母和所述控制外套之间。 

根据本发明的一个方面，所述柔轮谐波传动机构包括：刚轮，固定设置于所述钻体上，并具有沿外圆周分布的刚轮齿；柔轮，与所述丝母连接，并具有沿内圆周分布的柔轮齿；以及波发生套，与所述控制外套连接，并且其上设置有驱使所述柔轮变形和旋转的波发生器，其中，当柔轮变形时，所述柔轮齿与所述刚轮齿啮合。 

其中，所述柔轮的上部固定套设在所述丝母的外表面上。 

其中，所述柔轮上设有沿周向延伸的长槽。所述长槽设置在柔轮上与丝母连接的部位以及与波发生器接触的部件之间。优选地，所述长槽包括沿周向平行分布的至少两组长槽，相邻组的长槽之间彼此错开。 

其中，所述柔轮上还包括驱动槽，与所述波发生套的波发生器接合。在所述波发生套的第一驱动阶段，所述波发生器啮合在所述柔轮的驱动槽内，在所述波发生套的第二驱动阶段，所述波发生器离开所述驱动槽，沿所述柔轮的外表面上旋转并施加压力。 

所述波发生器为形成于所述波发生套内表面上的内凸起，其沿旋转方向与所述驱动槽接触的侧面形成斜面。 

所述波发生套上还包括定位爪，所述柔轮上还包括定位槽，在所述钻夹头处于夹紧状态下，所述定位爪与所述定位槽接合。所述定位槽可以是所述驱动槽。 

优选地，在所述波发生套和所述柔轮上包括至少两组所述波发生器、驱动爪和驱动槽。在所述波发生套和所述柔轮上的各组所述波发生器、驱动爪和驱动槽沿所述钻夹头的轴向错开。 

所述波发生套套设在所述控制外套的内侧，其上设置有联接键，所述控制外套上设置有与所述联接键配合的联接槽。 

所述波发生套可以与所述控制外套一体形成。 

优选地，所述波发生器为滚动体。 

根据本发明的另一方面，还包括中间套，可旋转地套设在所述钻体的外部，并位于所述控制外套的后面，所述中间套与所述柔轮同步连接。 

其中，所述中间套的内表面设有驱动槽，所述柔轮的上端外表面设有与所述驱动槽配合的键。 

所述丝母与所述柔轮之间设置有联轴件。所述联轴件上设置有第一键和第二键，所述第一键与所述柔轮上的键槽配合，所述第二键与所述丝母上的键槽配合。 

其中，还包括丝母套，套设在所述丝母的外表面上。 

根据本发明的另一方面，所述柔轮谐波传动机构包括：刚轮，套设于所述钻体上，并具有沿外圆周分布的刚轮齿，在所述钻夹头的第一夹紧阶段，所述刚轮沿圆周方向相对所述钻体旋转，在所述 钻夹头的第二夹紧阶段，所述刚轮沿圆周方向相对所述钻体固定；柔轮，与所述丝母连接，并具有沿内圆周分布的柔轮齿；以及波发生套，与所述控制外套连接，并且其上设置有使所述柔轮变形和旋转的波发生器，其中，所述柔轮齿与所述刚轮齿啮合。 

其中，还包括离合花套，设置在所述刚轮与所述波发生套之间，并位于所述刚轮下端，与所述刚轮同步连接，并可以沿轴向在旋转位置和固定位置之间滑动，并与所述波发生套可脱开地连接。所述离合花套上端设有传动键，与所述刚轮下端的传动键接合。 

其中，还包括固定花套，固定设置在所述钻体上，其上具有离合齿槽，所述离合花套的下端设有与所述离合齿槽接合的离合齿。 

所述固定花套包括摩擦盘，所述离合齿槽设置在所述摩擦盘上，并且，所述摩擦盘支撑所述控制外套的前端凸缘平面。 

其中，还包括复位弹簧，设置在所述控制外套的前端凸缘内表面与所述离合花套之间，支撑所述离合花套。优选地，所述离合花套的下表面形成有环形凹槽，在所述复位弹簧处于完全压缩状态下，所述复位弹簧容纳在所述环形槽内，并且所述下表面与所述控制外套的前端凸缘内表面接触。 

所述离合花套上表面形成有第一定位槽； 

所述柔轮的下端形成有连接齿； 

其中，还包括压盘，设置在所述离合花套与所述柔轮之间，其上设有与所述离合花套的第一定位槽配合的压爪和与所述柔轮的连接齿配合的连接齿。 

所述离合花套上还包括环形面，位于所述第一定位槽旁边，在所述钻夹头的第一夹紧状态下，所述压盘的压爪啮合在所述离合花套的第一定位槽内，在所述钻夹头的第二夹紧状态下，所述压盘的压爪离开所述第一定位槽，沿所述离合花套的环形面旋转并施加压力，使所述离合花套沿轴向从旋转位置滑动到固定位置。 

其中，所述离合花套的环形面依次包括第一环形面和所述第二环形面，所述第二环形面高于所述第一环形面，使得当所述压盘的压爪与所述第二环形面接触时，所述离合花套沿轴向向下滑动并施压在所述所述控制外套的前端凸缘内表面上。 

其中，还包括复位弹簧，设置在所述控制外套的前端凸缘内表面与所述离合花套之间，所述离合花套的下表面形成有环形凹槽，在所述复位弹簧处于完全压缩状态下，所述复位弹簧容纳在所述环形槽内。 

所述离合花套还包括位于所述环形面的旁边并高于所述环形面的限位凸起。 

所述波发生套套设在所述控制外套的内侧，其上设置有联接键和驱动爪，所述联接键与设置在所述控制外套上的联接槽配合，所述驱动爪与设置在所述离合花套上的驱动槽配合。 

其中，还包括丝母套，固定套设在所述丝母外，所述丝母套与所述柔轮的上端键联接。 

根据本发明的另一方面，所述离合花套上设有驱动槽，与所述波发生套上设置的驱动爪可脱开地连接。所述离合花套上还包括一组沿圆周分布的第二定位槽，位于所述驱动槽的一侧，选择性地与所述波发生套的驱动爪接合。 

所述离合花套上还包括环形面，位于所述第一定位槽旁边，在所述钻夹头的第一夹紧状态下，所述压盘的压爪啮合在所述离合花套的第一定位槽内，在所述钻夹头的第二夹紧状态下，所述压盘的压爪离开所述第一定位槽，沿所述离合花套的环形面旋转并施加压力，使所述离合花套沿轴向从旋转位置滑动到固定位置。 

所述离合花套上还设有限位凸起，位于所述环形面的与所述第一定位槽相反的一端。 

所述柔轮(8”)由尼龙类或聚四氟乙烯制成。 

本发明的钻夹头在所述传动丝母(3)和所述控制外套(7)之间设置柔轮谐波传动机构，从而将钻夹头外套上作用的转动力矩，通过柔轮谐波规律的弹性变形齿轮传动的增力作用，传递到丝母上，使丝母驱动夹爪的力和夹爪对钻具的夹紧力比普通钻夹头增大很多，大大提高了钻夹头对钻具的夹紧功能。 

本发明的钻夹头中还进一步通过波发生套上的定位爪与柔轮上的驱动槽的配合、离合花套和固定花套对外套前端凸缘的夹持摩擦、波发生套的驱动爪与固定花套的第二定位槽的接合等结构，形成防松结构，保证了钻夹头在负荷大和有震动的工况下可靠地工作。 

附图说明

本发明的上述和其它的目的、特点通过下文结合附图对优选实施例进行的描述而变得更加清楚。其中相同的结构部件使用相同的标号，并且为清楚起见，在有些图中某些零件被省略。其中： 

图1是根据本发明第一实施例的钻夹头的主剖视图； 

图2是图1和图8中的钻夹头沿A-A向的剖视图(增力夹紧前的状态)； 

图3是图1和图8中的钻夹头沿A-A向的剖视图(增力夹紧时的状态)； 

图4是第一实施例中的柔轮的主剖视图； 

图5是图4中的柔轮沿B-B向剖视图； 

图6是第一实施例中的波发生套的主剖视图； 

图7是图6中的波发生套沿E-E位置的俯剖视图； 

图8是根据本发明的第二实施例的钻夹头的主剖视图； 

图9是第二实施例中的中间套的主剖视图； 

图10是图9中的中间套的俯视图； 

图11是第二实施例中的柔轮的主剖视图； 

图12是图11中的柔轮的俯剖视图； 

图13是第二实施例中的分体丝母的仰视图； 

图14是图13中的分体丝母的主剖视图； 

图15是第二实施例中的联轴件的主剖视图； 

图16是图15中的联轴件的俯视图； 

图17是外套的俯视图； 

图18是图17中的外套的主剖视图； 

图19是根据本发明的第三和第四实施例的钻夹头沿图20中的C-C向的主视局部剖视图； 

图20是图19中的钻夹头沿D-D向的剖视图； 

图21是第三实施例中的波发生套的主剖视图； 

图22是图21中的波发生套的俯视图； 

图23是第三实施例中的柔轮的主剖视图； 

图24是图23的柔轮的俯视图； 

图25是第三实施例中的离合花套的主剖视图； 

图26是图25中的离合花套的俯视图； 

图27是第三实施例中的压盘的主剖视图； 

图28是图27中的压盘的俯视图； 

图29是第三实施例中的刚轮的仰视图； 

图30是图29中的刚轮的主剖视图； 

图31是第三实施例中的丝母套的主视图； 

图32是图31中的丝母套的俯视图； 

图33是第三实施例中的固定花盘的主剖视图； 

图34是图33中的固定花盘的俯视图； 

图35是根据本发明的第四实施例的钻夹头中的离合花套的主剖视图； 

图36是图35中的离合花套的俯视图； 

图37是第四实施例中的波发生套的主剖视图； 

图38是图37中的波发生套的俯视图； 

图39是现有技术中的一种钻夹头的主剖视图； 

图40是图39中所现有技术中的钻夹头的剖视图。 

图中件号说明 

1——钻体； 

2——夹爪； 

3——分体丝母，32——驱动槽； 

4——轴承组件； 

5——轴承垫圈； 

6——后盖； 

7——外套，75——联接槽，76——端面； 

8——柔轮，81——柔性齿轮，82、83——驱动槽、85——槽，8’、8”——柔轮，86——槽，87——键，88——联接齿； 

9、9’——波发生套，91、93——定位爪，92、94——波发生器，95——联接键，96——驱动爪，96’——弹性驱动爪； 

10、10’——刚轮，101——刚轮齿，102——传动键； 

12——前盖； 

13——定位卡簧； 

15——中间套，157——驱动槽； 

16——联轴件，162——键，166——键； 

17’——丝母套； 

18——离合花套，181——定位槽，182——转动键，183——环形面，184——离合齿，185——环形凸起面，186——驱动槽，187——限位凸起，188——定位槽； 

19——压盘，191——压爪，198——联接齿； 

20——固定花套，201——摩擦盘，204——离合齿槽； 

21——弹性爪； 

41——钻体；42——夹爪；43——传动丝母；45——控制外套；48——输入/输出环；49——锁紧环；50——滚动轴承；51——管形操纵部分；53——内齿轮；54——外齿轮；55——内齿轮；56——外齿轮。 

具体实施方式

以下结合附图，详细描述本发明的具体实施方式。在描述中，相对于钻夹头本身，以工具柄所在方向为“前”，动力源驱动轴所在的方向为“后”。在结合附图进行说明时，“前”通常也称为“下”，“后”通常也称为“上”。另有特别说明或者明显不能按照该说明来理解的情况除外。 

本发明是将钻夹头外套上作用的转动力矩，通过柔轮谐波规律的弹性变形齿轮传动的增力作用，传递到丝母上，使丝母驱动夹爪的力和夹爪对钻具的夹紧力比普通钻夹头增大很多，大大提高了钻夹头对钻具的夹紧功能。 

第一实施例 

参见图1-3，所示为根据本发明的第一实施例的钻夹头的主剖视图和沿A-A向的俯剖视图。 

该钻夹头包括钻体1、多个夹爪2、丝母3、后盖6、外套7和前盖12等。 

钻体1位于钻夹头的中心，其后端通过螺纹孔或锥孔与动力源的传动轴连接，其前端形成夹持工具柄的容置空间。钻体1中具有多个围绕钻体中心轴线均匀分布的斜孔。 

多个夹爪2分别安装在钻体1的多个斜孔内，夹爪2的后端具有不完整的外螺纹，前端具有夹持部，该夹持部可以近似为多棱形，用于夹持工具柄。 

丝母3可以是分体丝母，可旋转地套设在钻体1外，并与夹爪2的外螺纹接合，以驱动夹爪2沿斜孔前进和后退。丝母3的后端与钻体1通过轴承组件4，由钻体1上的止推凸台支撑。轴承组件4与止推凸台的止推面之间还设置有轴承垫圈5。 

后盖6固定设置在钻体1的后端，后盖6既可以通过孔和紧固件，也可以通过键与钻体后端连接，或者也可以通过紧配合的方式进行连接。后盖6的周缘向前延伸，形成操作钻夹头时的一个握持部。 

钻体1的前端外表面上形成有环槽，其中装配有开口挡圈13。前盖12套设在钻体前端周围，并由开口挡圈13支撑。 

控制外套7可旋转地套设在钻体1周围，位于后盖6的前方位置，其后端由后盖6支撑，中部由设置在其与钻体1之间的内部构件支撑，前端形成有沿径向向内延伸的凸缘，并由前盖12止挡，以防止向前窜动。控制外套7的外表面形成握持部，通过内部机构向所述传动丝母3提供旋转驱动力。 

在传动丝母3和控制外套7之间设有柔轮谐波传动机构。柔轮谐波传动机构包括刚轮10、柔轮8和波发生套9。 

刚轮10固定套设在钻体1外表面上，并具有沿外圆周分布的刚轮齿101。刚轮10可以通过紧配合、键连接等方式固定在钻体1上，也可以是一体形成于钻体1上，例如在钻体1的相应部位直接形成相应的刚轮齿101，从而构成所述刚轮10。 

结合参见图4和图5，其中分别示出了柔轮8的主剖视图和沿BB位置的俯剖视图。柔轮8呈套形，上端固定套设在所述丝母3的外表面上，以驱动丝母3旋转，下端具有沿内圆周分布的柔轮齿81，以与所述刚轮10的齿101啮合。该柔轮8同时起到丝母套的作用。从图中可以看到，柔轮8上还分别设有驱动槽82、83。 

结合参见图6和图7，其中分别示出了波发生套9的主剖视图和沿E-E位置的俯剖视图。波发生套9套设在控制外套7内部，并与所述控制外套7固定连接。控制外套7前端内表面上具有联接槽75(参见图17和18)，波发生套9的下端形成有联接键95。当转动外套7时，通过联接槽75与联接键95的联接，波发生套9随之同步转动。当然，波发生套9和控制外套7也可以采用其他方式固定连接，例如紧配合等。可选择地，波发生套9与控制外套7也可以一体形成。 

另外，波发生套9上还设置有波发生器92、94，用于与柔轮8上的驱动槽82、83配合，驱使所述柔轮8旋转和变形。在波发生套9的第一驱动阶段，波发生器92、94啮合在柔轮8的驱动槽82、83内，在波发生套9的第二驱动阶段，波发生器92、94离开驱动槽82、83，沿柔轮8的外表面上旋转并施加压力。当柔轮8变形时，柔轮齿81与刚轮齿101啮合。 

从图6和图7中可以看出，在本实施例中，波发生器92、94为沿径向向内的凸起。该作为波发生器的内凸起可以是通过剪切和冲压形成于波发生套9的内表面上。如果波发生器采用注塑形成的话，该内凸起也可以一体形成于波发生套的本体上。在本实施例中，内凸起沿周向的两个侧面均为斜面，但作为一种可选择地实施方式，也可以仅使内凸起的沿旋转方向与所述驱动槽82、83接触的侧面形成斜面。 

波发生套9上还包括两个定位爪91、93，在所述钻夹头处于夹紧状态下，定位爪91、93可与柔轮8上的驱动槽82、83接合。波发生套9上的定位爪91、93的功能是在夹紧后使波发生套9与柔轮8保持相对不动，避免在振动冲击状态下发生反向相对转动而造成钻具从夹爪中松脱。本实施例中通过定位爪91、93与驱动槽82、83啮合来实现此功能，驱动槽82、83，既起驱动作用，又起在夹紧位置的定位防松作用。另外也可在柔轮8上另设定位槽或齿与定位爪91、93啮合来实现该定位防松作用。 

另外，从图4和5中可以看出，柔轮8上沿周向延伸设有平行排布的两组长槽85。长槽85位于在柔轮8上与丝母3连接的部位以及与波发生器92、94接触的部件之间。长槽的作用是使柔轮8的柔性更好，也可以没有。两组长槽中相邻的长彼此相邻的长槽之间彼此错开，如图4所示。 

在本实施例中，波发生套9和柔轮8上包括至少两组波发生器92、94，驱动爪91、93，以及驱动槽82、83。这两组波发生器、驱动和驱动槽之间沿圆周方向错开180度，并且沿钻夹头的轴向也错开一个距离D。由于沿轴向错开，保证了同一组中的波发生器和驱动爪可以相对该组中的驱动槽有更大的周向夹紧角度，并且不致造成与另一组中的驱动槽接合。 

为了减小钻夹头工作时波发生器92、94与柔轮8的接触摩擦，可选择地，波发生器92、94也可以是滚动体，例如滚珠或滚柱，可转动地设置在波发生套的本体上，从而在工作时可以在柔轮外表面上滚动。 

以下描述本实施例的工作原理。 

当转动外套7时，通过联接槽75与联接键95的联接，波发生套9随之同步转动。波发生套9上的波发生器92、94分别与柔轮8的驱动槽82、83啮合，而柔轮8与丝母3固定联接，因而转动外套7使丝母3同步转动。当沿夹紧方向转动外套7时，丝母3驱动三个夹爪2前移，这时钻夹头处于第一夹紧阶段，直到夹住钻具。 

然后，加力转动外套7可使夹爪2逐步增加对钻具的夹紧力，当达到某一限定值时，波发生器92、94的力迫使柔轮发生弹性变形，波发生器92、94克服柔轮的弹性变形力和摩擦阻力，从驱动槽82、83中脱出，抵顶在柔轮的局部外表面上，压迫柔轮继续变形成近似椭圆形，其齿81与刚轮(与钻体周向固定联接)轮齿101进入啮合，这时，进入钻夹头的第二夹紧阶段。继续转动外套7，使波发生器92、94在柔轮表面运动，迫使柔轮不断变形，其柔轮轮齿81的轮齿与刚轮齿不断变换啮合齿对，直到停止转动。 

柔轮与刚轮轮齿模数相同，而齿数不同，若刚轮齿数为m，柔轮齿数比刚轮多出n齿，则柔轮齿数为m+n，波发生器92、94在柔轮表面运动的过程，是迫使柔轮轮齿与刚轮轮齿变换啮合的过程。当波发生器92、94在柔轮表面相对刚轮转动一整周时，柔轮有m个齿与刚轮的m个齿完成啮合，而柔轮的另外多出的n个齿已相对刚轮前移了n个齿所对应的转角β，因此，波发生套转360度时，柔轮转过β角，波发生套9与柔轮8的传动比为i＝360°/β＝m/n，假如刚轮齿数为m＝30，柔轮齿数m+n＝33，则i＝m/n＝10。 从传动比可看出，该种结构使夹紧过程中丝母3较外套7和波发生套9的转动慢得多，忽略波发生器与柔轮和啮合轮齿之间摩擦力的影响，可认为转动外套7的力矩所做的的功近似地全部转化为丝母克服阻力矩做的功。设T是作用在外套7上的力矩，T1是丝母受到的力矩，则T×360≈T1β，T1/T≈360/β＝m/n＝i，由此说明施加在外套7的力矩T传递到丝母3上变为了T1≈Ti，即近似放大了i倍，所以此夹紧过程有明显的增力效果，与普通钻夹头相比，在外套上施加同样的力矩，本发明结构使夹爪对钻具的夹紧力近似是普通钻夹头夹紧力的i倍。 

本实施例的钻夹头的松开过程与上述过程相反。 

第二实施例 

第二实施例与第一实施例的差别在于：钻夹头增加中间套15，夹紧的两个阶段可分别通过操纵中间套和外套进行。为简洁起见，重复的描述不再赘述。 

图8是根据本发明的第二实施例的钻夹头的主剖视图。从图中可以看出，本实施例中，增加了中间套15。图9和图10分别示出了该中间套的主剖视图和俯视图。结合参见图9和10，中间套15可旋转地套设在钻体1的外部，并位于后盖6和控制外套7之间。中间套15的内表面设有驱动槽157。 

图11和图12所示为柔轮8’的主剖视图和俯剖视图。从图中可以看出，柔轮8’的上端外表面设有与驱动槽157配合的键87，内表面上形成相应的凹槽86。柔轮8’的中部形成驱动槽82，下端内表面形成柔轮齿81。通过键87与驱动槽157的接合，中间套15与柔轮8’同步连接。 

图13和图14示出了分体丝母3的仰视图和主剖视图。丝母3的下端面形成有键槽32。 

再参见图1，丝母3的外表面还固定套设有丝母套17，并且在丝母3与柔轮8’之间还设置有联轴件16。 

图15是联轴件16的主剖视图和俯视图。如图所示，联轴件16上设置有键166和键162，键166与前述柔轮8’上的键槽86配合，键162与前述丝母3上的键槽32配合，借此，将丝母3与柔轮8’同步连接起来。 

图17和图18分别示出了外套的俯视图和主剖视图。外套17下端弯折形成的凸缘上具有多个联接槽75，用于与波发生套9的联接键95连接。 

在该第二实施例中，由于中间套15的驱动槽157与柔轮8’的键87联接，柔轮8’的槽86与联轴件16的键166联接，联轴件16的键162与分体丝母3的驱动槽32联接，这样中间套15、柔轮8’和丝母3是同步转动的。 

在夹紧第一阶段，手同时转动中间套15和外套7，或者只转动中间套15，均可以使丝母转动，驱使夹爪向前移动。另外，由于控制外套7的联接槽75与波发生套9的联接键95联接，而波发生套9的波发生器92、94与柔轮8’的驱动槽82、83接合，因此，用手转动控制外套7也可以使丝母转动，并驱使夹爪向前移动。 

在夹紧第二阶段，只转动外套7驱动波发生套9转动，过程与第一实施例相同。 

本领域技术人员可以知道，在允许的情况下，同步联接的不同构件可以制成一体形成的整体件。例如，联轴件16可以与丝母套 17制成一体，柔轮8’与中间套15制成一体，联轴件16与柔轮8’制成一体，或者控制外套7与波发生套9制成一体，等等。 

第三实施例 

以下介绍本发明的第三实施例，为简洁起见，重复的描述不再赘述。 

参见图19和图20，示出了根据本发明第三实施例的钻夹头的主剖视图和沿D-D向的俯剖视图。该钻夹头内部设置的柔轮谐波传动机构包括刚轮10’、柔轮8”和波发生套9，还包括离合花套18、固定花套20、压盘19。 

刚轮10’可滑动地套设于钻体1上，并具有沿外圆周分布的刚轮齿101。结合参见图29和图30，所示为刚轮10’的仰视图和主剖视图。可以看到，刚轮10’的外表面形成刚轮齿101，下端形成均布的4个传动键102。 

离合花套18可旋转并且可上下滑动地套设在钻体1上，并连接在刚轮10’与波发生套9’之间以及刚轮10’与固定花套20之间。结合参见图25和图26，所示为离合花套18的主剖视图和俯视图。离合花套18上端设有传动键182，与刚轮10’下端的传动键102同步连接；下部沿径向延伸形成大致盘状结构，盘状结构的周缘形成径向缺口状的驱动槽186，与波发生套9’上的驱动爪96(见下文描述)接合；下端向下延伸形成与固定花套20的离合齿槽204(见下文描述)接合的离合齿184。该离合花套18可以沿轴向上下滑动，在滑动到上端位置时，与固定花套20的离合齿槽204脱开联接，可以旋转，在滑动到下端位置时，与固定花套20的离合齿槽204固定连接，由于固定花套20固定设置在钻体1上而不可转动。另外，该离合花套18上还包括第一定位槽181。 

固定花套20固定设置在钻体1上，其上具有离合齿槽204。参见图33和图34，分别示出了固定花套20的主剖视图和俯视图。该固定花套20包括径向延伸的摩擦盘201，离合齿槽204设置在摩擦盘201上，并且，摩擦盘201支撑控制外套7的前端平面。 

参见图23和图24，所示为柔轮8”的主剖视图和俯视图。柔轮8”上端内表面形成多个均布的键槽86，下端内表面形成均布的柔轮齿81，并且下端向下延伸形成多个均布的联接齿88。 

柔轮8”的键槽86连接到丝母套17’。该丝母套17’固定套设在所述丝母(3)外。图31和32示出了丝母套17’的主剖视图和俯视图，可以看到，丝母套17’下端形成沿径向向外延伸的键166，用以与柔轮(8’)的上端的键槽86配合构成键联接。柔轮8”通过丝母套17’而连接到丝母3上。 

参见图21和图22，所示为波发生套9’的主视图和俯视图，其中，波发生套9’下端设有联接键95，与控制外套7(其上具有相应的键槽75)连接；以及驱动爪96，两侧形成有斜面，与离合花套18上的驱动槽186连接。波发生套9’的中部内表面向内通过剪切和冲压变形形成波发生器92，用以使柔轮8”变形和旋转，使柔轮齿81与刚轮齿101啮合。 

与第一和第二实施例不同的是，该实施例中柔轮8”没有设置与波发生套9的波发生器92结合的驱动槽，两个波发生器92总是与柔轮8”的外表面接触施压。 

再来看图1，在控制外套7的前端凸缘内表面与离合花套18之间还包括复位弹簧21，用于支撑所述离合花套18并使之向上复位。 

为容置复位弹簧21，在离合花套18的下表面形成有环形凹槽。复位弹簧21在完全压缩状态下，可以全部容纳在环形槽内，并不妨碍所述离合花套18的下表面与控制外套7的前端凸缘内表面接触和施压和提供摩擦(后文将详细描述)。 

离合花套18的向下滑动是通过压盘19来实现的。压盘19设置在离合花套18与柔轮8”之间。图27和图28示出了压盘19的主剖视图和俯视图，该压盘19包括压爪191，用以与离合花套18上的第一定位槽181配合；以及连接齿198，用以与柔轮8”的连接齿88配合。 

相应地，离合花套18上第一定位槽181旁边包括环形面183、185。在钻夹头的第一夹紧状态下，压盘19的压爪191啮合在离合花套18的第一定位槽181内，在钻夹头的第二夹紧状态下，压盘19的压爪191离开第一定位槽181，沿离合花套18的环形面183，185旋转并向下施加压力，使离合花套18沿轴向向下滑动，从旋转位置滑动到固定位置。 

因此，借助刚轮10’与离合花套18的同步连接，可以实现在钻夹头的第一夹紧阶段，刚轮10’沿圆周方向相对钻体1旋转，在钻夹头的第二夹紧阶段，刚轮10’沿圆周方向相对钻体1固定。 

结合图25和26可以看到，离合花套18的环形面包括第一环形面183和第二环形面185，第二环形面185高于第一环形面183，为凸起环形面。这样，当压盘19的压爪191与第二环形面185接触时，离合花套18沿轴向向下滑动并施压在控制外套7的前端凸缘内表面上，使该前端凸缘被夹持在离合花套18与固定花套20的摩擦盘201之间，通过摩擦力限制控制外套7沿圆周方向的运动，实现防松。离合花套18通过复位弹簧21复位。 

离合花套18上还包括位于环形面的旁边并高于环形面的限位凸起187。防止压盘19的压爪21在夹紧过程中沿第二环形面(凸起环形面)滑动时再次落入第一定位槽181中而致使摩擦防松作用失效。 

在本实施例中，离合花套18的驱动槽186的斜面设置在沿夹紧方向侧，可选择地，由于波发生套9’的驱动爪96两侧均带有斜面，该离合花套18的驱动槽186在沿圆周方向的两侧可以不设置斜面，当然，也可以在两侧均设置斜面。 

本实施例中波发生套9’的波发生器92也可以是滚动体，例如滚珠或滚柱。 

以下描述第三实施例的工作原理。 

在夹爪没有夹到钻具(夹爪没有受到阻力)的状态下，转动外套7时，分别通过控制外套7的键槽75与波发生套9’的键95之间、波发生套9’的驱动爪96与离合花套18的驱动槽186之间、离合花套18的定位槽181与压盘19的压爪191之间、离合花套18的传动键182与刚轮10’的传动键102之间、以及压盘19的联接齿198与柔轮8”的联接齿88之间的联接，使波发生套9’、丝母3和丝母套17’、离合花套18、压盘19、刚轮10’以及柔轮8”随外套7同步转动。此为第三实施例的钻夹头的第一夹紧阶段。 

当夹爪夹住钻具而受到阻力时，丝母套17’和柔轮8”亦受到阻力。此时若继续转动外套7，会使波发生套9’的驱动爪96沿着离合花套18的驱动槽186的斜面运动，脱开与槽186的啮合，并压迫离合花套18克服弹性件21的弹性支撑力轴向向前移动，使其离合齿184与固定花套20(与钻体固定联接)的离合齿槽204联接，而离合花套18的传动键182此时仍与刚轮10’的传动键102保持联接， 因此刚轮10’和离合花套18与固定花盘20没有圆周方向的相对运动，即与钻体1之间无相对转动；在这种状态下，再转动外套7时，只会使波发生套9’的波发生器92、94驱使柔轮8”减速转动，并带动压盘19相对刚轮10’和钻体1转动。由于离合花套18前移，使压盘的压爪191从离合花套的定位槽181脱出，压爪191在环形面183上随着两件的相对转动而滑动，并压迫离合花套18一直处于使其离合齿184与离合齿槽204联接的位置，此状态已进入增力夹紧状态；随着继续转动外套，夹爪对钻具的夹紧力亦不断加大。柔轮8”在波发生器92的驱动下，压爪191继续在环形面183上滑动，当压爪191滑动到离合花套18的环形凸起面(第二环形面)185上时，压爪191对凸起面185的压力会使离合花套18对外套7的端面(即前端凸缘)76施加一定压力，而端面76的另一面受到固定花套摩擦盘201的支撑，这时转动外套7，外套7会受到离合花套18和摩擦盘201与其端面76间所产生的较大摩擦力矩的作用，必须施加较大的力矩才能使外套7相对钻体1转动，其效果是在振动冲击状态下，外套7与钻体1间不易产生反向相对转动，从而保持夹紧钻具的可靠性。当压盘19的压爪191沿凸起环形面185进入滑动到末端时，由限位凸起187止挡限位。此为该第三实施例的钻夹头的第二夹紧阶段。 

第四实施例 

根据本第四实施例的钻夹头也可参见图19和图20，其与第三实施例的差别在于：用弹性驱动爪96’与第二定位槽188的啮合来实现防松目的。 

图35、36所示为本第四实施例中的离合花套18’的主视图和俯视图。该离合花套18’与图25、26所示的第三实施例的离合花套18的差别在于设置了一组沿圆周分布的第二定位槽188，而无环形凸 起面185。该第二定位槽188位于驱动槽186上沿夹紧方向的一侧，选择性地与波发生套9’的驱动爪96’接合。 

相应地，离合花套18’上只有第一环形面183，位于第一定位槽181旁边。在钻夹头的第一夹紧状态下，压盘19的压爪191啮合在离合花套18’的第一定位槽181内，在钻夹头的第二夹紧状态下，压盘19的压爪191离开第一定位槽181，沿离合花套18的环形面183旋转并施加压力，使离合花套18沿轴向从旋转位置滑动到固定位置。离合花套18’上还设有限位凸起187，位于环形面183的与第一定位槽181相反的一端。 

图37和图78示出了该第四实施例的钻夹头中的波发生套9’的主剖视图和俯视图。其中驱动爪96’的形状适于与第二定位槽188啮合。 

为便于波发生套9’的驱动爪96’与离合花套18’的驱动槽186脱开，驱动槽186沿夹紧方向的一侧形成斜面。同样道理，为便于压盘19的压爪191与离合花套18’的第一定位槽181脱开，第一定位槽181的沿夹紧方向的一侧形成斜面。 

由于在钻夹头的第二夹紧阶段，波发生套9’的驱动爪96’在夹紧过程中不断地变换所啮合的第二定位槽188，保证了在夹紧结束后可以稳定地啮合在一个定位槽188中，因此可以有效地避免钻夹头在工作中因冲击和振动导致松脱。 

在本发明的各个实施例中，柔轮8、8’和8”都优选采用柔性好的材料，例如尼龙类或聚四氟乙烯类材料制成。而波发生器92、94均可以用安装于波发生套上同一位置的滚动体替代。 

尽管为了描述的目的，公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将理解本发明可以有各种更改和变化。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。 

Claims (16)

1.一种钻夹头，包括：

钻体(1)，其中具有多个沿圆周等分的斜孔；

多个夹爪(2)，可滑动地设置在所述钻体(1)的斜孔内，其后端具有螺纹；

传动丝母(3)，可旋转地套设在所述钻体(1)的外部，并与所述夹爪螺纹接合；

控制外套(7)，可旋转地套设在所述钻体(1)的外部，其外表面形成握持部，向所述传动丝母(3)提供旋转驱动力；以及

后盖(6)，固定设置在钻体(1)的后端，

其特征在于，还包括柔轮谐波传动机构，设置在所述传动丝母(3)和所述控制外套(7)之间，所述柔轮谐波传动机构包括：

刚轮(10)，固定设置于所述钻体(1)上，并具有沿外圆周分布的刚轮齿(101)；

柔轮(8，8’)，与所述丝母(3)连接，并具有沿内圆周分布的柔轮齿(81)；以及

波发生套(9)，由所述控制外套(7)驱动，并且其上设置有驱使所述柔轮(8，8’)变形和旋转的波发生器(92，94)，

其中，当所述柔轮变形时，所述柔轮齿(81)与所述刚轮齿(101)啮合。

2.根据权利要求1所述的钻夹头，其特征在于，所述柔轮(8)的上部固定套设在所述丝母(3)的外表面上。 

3.根据权利要求1所述的钻夹头，其特征在于，所述柔轮(8)上设有沿周向延伸的长形槽(85)，所述长形槽(85)设置在所述柔轮(8)上与所述丝母(3)连接的部位以及与所述波发生器(92，94)接触的部位之间，所述长形槽包括沿周向平行分布的至少两组长形槽，相邻组的长形槽之间彼此错开。

4.根据权利要求1所述的钻夹头，其特征在于，所述柔轮(8)上还包括驱动槽(82，83)，与所述波发生套(9)的波发生器(92，94)接合，在所述波发生套(9)的第一驱动阶段，所述波发生器(92，94)啮合在所述柔轮(8)的驱动槽(82，83)内，在所述波发生套(9)的第二驱动阶段，所述波发生器(92，94)离开所述驱动槽(82，83)，沿所述柔轮(8)的外表面上旋转并施加压力。

5.根据权利要求4所述的钻夹头，其特征在于，所述波发生器(92，94)为形成于所述波发生套(9)内表面上的内凸起，其沿旋转方向与所述驱动槽(82，83)接触的侧面形成斜面，所述波发生套(9)上还包括定位爪(91，93)，在所述钻夹头处于夹紧状态下，所述定位爪(91，93)与所述驱动槽(82，83)接合。

6.根据权利要求1所述的钻夹头，其特征在于，所述波发生套(9)套设在所述控制外套(7)的内侧，所述波发生套(9)上设置有联接键(95)，所述控制外套(7)上设置有与所述联接键(95)配合的联接槽。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的钻夹头，其特征在于，所述波发生器(92，94)为滚动体。 

8.根据权利要求1-6中任一项所述的钻夹头，其特征在于，还包括中间套(15)，可旋转地套设在所述钻体(1)的外部，并位于所述控制外套(7)的后面，所述中间套(15)与所述柔轮(8’)同步连接，所述中间套(15)的内表面设有驱动槽(157)，所述柔轮(8’)的上端外表面设有与所述中间套(15)的内表面上的该驱动槽(157)配合的键(87)。

9.一种钻夹头，包括：

钻体(1)，其中具有多个沿圆周等分的斜孔；

多个夹爪(2)，可滑动地设置在所述钻体(1)的斜孔内，其后端具有螺纹；

传动丝母(3)，可旋转地套设在所述钻体(1)的外部，并与所述夹爪螺纹接合；

控制外套(7)，可旋转地套设在所述钻体(1)的外部，其外表面形成握持部，向所述传动丝母(3)提供旋转驱动力；以及

后盖(6)，固定设置在钻体(1)的后端，

其特征在于，还包括柔轮谐波传动机构，设置在所述传动丝母(3)和所述控制外套(7)之间，所述柔轮谐波传动机构包括：

刚轮(10’)，套设于所述钻体(1)上，并具有沿外圆周分布的刚轮齿(101)，在所述钻夹头的第一夹紧阶段，所述刚轮沿圆周方向相对所述钻体旋转，在所述钻夹头的第二夹紧阶段，所述刚轮沿圆周方向相对所述钻体固定；

柔轮(8”)，与所述丝母(3)连接，并具有沿内圆周分布的柔轮齿(81)；以及

波发生套(9’)，与所述控制外套(7)连接，并且其上 设置有使所述柔轮(8”)变形和旋转的波发生器(92)，

其中，所述柔轮齿(81)与所述刚轮齿(101)啮合。

10.根据权利要求9所述的钻夹头，其特征在于，还包括

离合花套(18，18’)，并位于所述刚轮(10’)下端，与所述刚轮(10’)同步连接，并可以沿轴向在旋转位置和固定位置之间滑动，并与所述波发生套(9’)可脱开地连接，所述离合花套(18，18’)上端设有传动键(182)，与所述刚轮(10’)下端的传动键(102)接合。

11.根据权利要求10所述的钻夹头，其特征在于，还包括固定花套(20)，固定设置在所述钻体(1)上，所述固定花套(20)上具有离合齿槽(204)，

所述离合花套(18，18’)的下端设有与所述离合齿槽(204)接合的离合齿(184)；

所述固定花套(20)包括摩擦盘(201)，所述离合齿槽(204)设置在所述摩擦盘(201)上，并且，所述摩擦盘(201)支撑所述控制外套(7)的前端凸缘平面；还包括复位弹簧(21)，设置在所述控制外套(7)的前端凸缘内表面与所述离合花套(18)之间，支撑所述离合花套(18，18’)；

所述离合花套(18，18’)的下表面形成有环形凹槽，在所述复位弹簧(21)处于完全压缩状态下，所述复位弹簧(21)容纳在所述环形凹槽内，并且所述下表面与所述控制外套(7)的前端凸缘内表面接触。

12.根据权利要求10所述的钻夹头，其特征在于：

所述离合花套(18，18’)上表面形成有第一定位槽(181)；

所述柔轮(8”)的下端形成有连接齿(88)； 

还包括压盘(19)，设置在所述离合花套(18，18’)与所述柔轮(8”)之间，其上设有与所述离合花套(18，18’)的第一定位槽(181)配合的压爪(191)和与所述柔轮(8”)的连接齿(88)配合的连接齿(198)；

所述离合花套(18，18’)上还包括环形面(183，185)，位于所述第一定位槽(181)旁边，在所述钻夹头的第一夹紧状态下，所述压盘(19)的压爪(191)啮合在所述离合花套(18，18’)的第一定位槽(181)内，在所述钻夹头的第二夹紧状态下，所述压盘(19)的压爪(191)离开所述第一定位槽(181)，沿所述离合花套(18，18’)的环形面(183，185)旋转并施加压力，使所述离合花套(18，18’)沿轴向从旋转位置滑动到固定位置。

13.根据权利要求12所述的钻夹头，其特征在于，所述离合花套(18，18’)的环形面依次包括第一环形面(183)和所述第二环形面(185)，所述第二环形面(185)高于所述第一环形面(183)，使得当所述压盘(19)的压爪(191)与所述第二环形面(185)接触时，所述离合花套(18，18’)沿轴向向下滑动并施压在所述所述控制外套(7)的前端凸缘内表面上；还包括复位弹簧(21)，设置在所述控制外套(7)的前端凸缘内表面与所述离合花套(18，18’)之间，所述离合花套(18，18’)的下表面形成有环形凹槽，在所述复位弹簧(21)处于完全压缩状态下，所述复位弹簧(21)容纳在所述环形槽内；所述离合花套(18，18’)还包括位于所述环形面的旁边并高于所述环形面的限位凸起(187)。

14.根据权利要求10所述的钻夹头，其特征在于，所述波发生套(9’)套设在所述控制外套(7)的内侧，其上设置有联接键(95)和驱动爪(96)，所述联接键(95)与设置在所述控制 外套(7)上的联接槽配合，所述驱动爪(96)与设置在所述离合花套(18，18’)上的驱动槽(186)配合。

15.根据权利要求12所述的钻夹头，其特征在于，所述离合花套(18’)上设有驱动槽(186)，与所述波发生套(9’)上设置的驱动爪(96’)可脱开地连接；所述离合花套(18’)上还包括一组沿圆周分布的第二定位槽(188)，位于所述驱动槽(186)的一侧，选择性地与所述波发生套(9’)的驱动爪(96’)接合。

16.根据权利要求9到15中任一项所述的钻夹头，其特征在于，所述波发生套(9’)上的波发生器(92)为滚动体。 

Images