CN101163571B - 用于冲击扳手的冲击机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于冲击扳手(1)的冲击机构(12)，其包括：带有中间部(13)的砧座(8)，至少一个邻接部(14)从其中径向地伸出，该邻接部形成至少一个邻接表面(15)；带有冲击面(16)的锤(4)，其中该锤(4)适于通过冲击面(16)撞击邻接表面(15)而把旋转脉冲提供给砧座(8)。该砧座(8)包括第一连接区域(17)以及加强肋(18)，第一连接区域(17)在邻接表面(15)和中间部(13)轴向延伸内把邻接部(14)连接到中间部(13)上，该加强肋从邻接表面(15)中伸出轴向布置，而该邻接表面(15)把邻接部(14)连接到砧座(8)的中间部(13)上，由此形成第二连接区域。

Description

用于冲击扳手的冲击机构
技术领域
本发明的目的是提供一种用于冲击扳手的冲击机构以及带有所述冲击机构的冲击扳手。
背景技术
冲击扳手通常用于对例如螺栓、螺母以及螺钉等带螺纹夹持元件进行紧固或者松开。
现有技术冲击扳手一般地包括输出轴，该输出轴围绕旋转轴可旋转地被支撑，输出轴带有用于连接与夹持元件啮合和旋转的工具的第一工具握持端和连接到砧座的第二端，其中该砧座与锤一体旋转啮合并接纳来自其中的旋转吹风。
该锤可围绕旋转轴旋转，并适于与砧座啮合，并将所述吹风撞击到砧座上，从而导致砧座和输出轴组件围绕旋转轴旋转。
设置例如与减速机构相互作用的火花点火或者电机的驱动装置，以形成旋转运动和相应的扭矩使锤旋转。通过插入其间的离合机构使驱动装置连接到锤上，当超过最大阻力矩时，该离合机构通过将锤与砧座彼此移开，从而使它们临时分离，因此锤可通过驱动装置旋转并且加速，以积聚随后抵抗砧座旋转吹风需要的旋转运动动量。
驱动装置和冲击机构通常用于在两个方向上旋转输出轴，从而螺纹夹持元件可以被紧固或松开。
实际上施加到夹持元件上的螺旋扭矩一方面取决于驱动装置即发动机功率的大小，另一方面，取决于从发动机传输到输出轴上扭矩的效率。
当超过最大阻力矩并且离合机构开始脉冲操作时，传输到输出轴的扭矩的效率取决于在把扭转脉冲提供给砧座的锤的效率。
冲击扳手的一些应用，例如紧固和松开制动螺钉用来进行铁路铺设、置换或者维修，可能需要非常大的扭矩和脉冲。
为了获得高螺旋扭矩和扭转脉冲，一方面有必要使用足够高功率的发动机，而另一方面，使冲击机构借助于扭转吹风形成高扭矩。
此外，特别在铁路领域，存在设计限制而难以匹配，这种设计限制需要在扭紧和旋开循丝扣设备具有高螺旋扭矩、小尺寸而且要经久耐用。
由于最近几十年来的经验和适应所述设计限制的不断努力，只有一个冲击机构方案目前被认为是令人满意的，因此其在全世界铁路领域最需要的应用场合中使用。
此已知方案提供了具有中间部的砧座，其中该中间部具有从其中伸出的恒定宽度的两个臂。每个臂具有两个相对的邻接表面，这两个邻接表面适于从锤接纳吹风，通过吹风，传递扭紧或者旋开扭矩。为了避免砧座在臂和中间部之间的过渡区过早地断裂，已经始终努力来在臂的此区域获得高截面积，降低该臂的径向延伸，以降低在臂和中间部之间的此过渡或者连接区的弯矩以及应力的绝对值。这些过去经验的结果如图1中示出的已知砧座形状。
该砧座形状导致已知的锤(图2)具有从圆柱体轴向地伸出的两个冲击部。该两个冲击部径向相对方向布置，并具有与两个砧座臂之间距离对应的径向距离。
每个冲击部形成两个冲击面，这两个冲击面位于这样的一个平面上，该平面与冲击机构的旋转轴平行，并离开此旋转轴大约砧座臂宽度的一半。
在相同质量和使用寿命，已知的冲击机构可以通过吹风传递一个最大值的转矩或者脉冲。
然而，此门限值对于某些操作是不够的，例如在铁路连接件中旋开生锈的螺栓。
利用已知的冲击机构，例如通过利用更大功率发动机，螺旋扭矩的增加意味着疲劳断裂的出现(在锤和砧座两者中)，这使冲击扳手使用寿命缩短。目前只有一个方法来提高冲击扳手的使用寿命，这就是使整个冲击机构尺寸过度增加。
然而，如此过度增加尺寸将导致重量增加，而这将使冲击扳手手握使用时很不舒服。此外，冲击机构进一步增大将为锤和砧座带来不必要的转动惯量增加，这在例如振动方面是难以控制的。
US5,992,538公开了一种冲击工具。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于冲击扳手的冲击机构，这种冲击扳手在相同重量和使用寿命情况下产生更大的螺旋扭矩。
根据本发明的冲击机构包括：
-砧座，可围绕旋转轴旋转并具有一中间部，至少一个邻接部从该中间部径向地伸出，该邻接部形成至少一个邻接表面，
-锤，可围绕旋转轴旋转并具有至少一个冲击面，
其中该锤用于通过冲击面撞击邻接表面而把旋转脉冲提供给砧座，
其中该砧座包括连接邻接部和中间部的第一连接区域，所述第一连接区域至少局部地延伸在邻接表面和中间部的轴向延伸部内，
其中砧座包括加强肋，该加强肋从邻接表面中伸出轴向布置，该邻接表面把邻接部连接到砧座的中间部上，由此形成第二连接区域，
其中锤包括后部，该后部适于提供与减速机构的连接，和前部，该前部形成至少一个冲击面的冲击突起，带有该冲击突起的前部与后部一体成型，
所述锤的前部具有径向延伸或者直径大于后部的径向延伸或者直径，
相对于旋转轴，砧座的加强肋轴向延伸厚度小于邻接表面的轴向延伸厚度。
附图说明
为了更好地理解发明以及领会其优点，在以下参考附图来描述发明的一些典型和非限制实施例，其中：
图1为根据现有技术的冲击机构砧座的前视图；
图2为根据现有技术的冲击机构锤的前视图；
图3为根据本发明实施例的具有冲击机构的冲击扳手的局部剖视图；
图4为根据本发明实施例的冲击机构的锤的透视图；
图5为根据本发明实施例的冲击机构的砧座的透视图；
图6为图5中砧座的前视图；
图7为图5中砧座的纵向剖面图；
图8为图4中锤的前视图；
图9为图4中锤的纵向剖面图。
具体实施方式
参考图3，冲击扳手用标号1表示。该冲击扳手1包括例如火花点火器2、电动或者气动马达的驱动装置，该装置与减速机构3相互作用，以形成旋转运动和相应的扭矩使锤4围绕旋转轴R旋转。
输出轴5围绕旋转轴R被枢轴地支撑，该输出轴5包括第一工具握持端6和第二端7，其中该第一工具握持端6用于与要连接旋转的夹持元件啮合并使其旋转，夹持元件如螺钉或者螺母，而第二端7可连接或者一体连接到砧座8上。锤4用于与砧座8啮合，并将旋转吹风撞击到砧座8以使砧座8和输出轴5组件围绕旋转轴R旋转。
为此，驱动装置通过插入离合机构而与锤4联接，其中该离合机构例如与锤4关联的凸轮轨道9，与至少一个旋转元件相互作用，该至少一个旋转元件优选为具有与减速机构3的驱动轴11关联的两个球10。离合机构用于使锤4远离砧座8移动，从而使它们彼此临时分离，这样该锤4可通过驱动装置旋转和加速而积聚为抵抗砧座8旋转吹风而需要的旋转运动的动量。
当超过极限抵抗力矩时，该离合机构然后开始撞击操作，其中该极限抵抗力矩可借助于螺旋弹簧20硬度和预压缩程度来进行设定和调节，其中该螺旋弹簧20在球10和凸轮轨道9之间提供确定的接触力。
该驱动装置和冲击机构12，即锤4和砧座8组件，最好在两个方向上使输出轴5旋转，使夹持元件紧固或者松开。
参考图4和5，优选的是，砧座8包括环形或者管状中间部13，从其中径向地伸出的至少一个邻接部14，该邻接部14形成至少一个邻接表面15。该锤4包括至少一个冲击面16，并适于通过冲击面16打击该邻接表面15把旋转脉冲提供给砧座8。
砧座8的邻接部14和中间部13借助于第一连接区域17连接，其中该第一连接区域17至少局部地在中间部13和邻接表面15的轴向延伸范围内延伸，同时该锤8最好还包括加强肋18，该加强肋18从连接邻接部14和中间部13的邻接表面15中伸出而轴向布置，从而形成第二连接区域。
由于两个连接区域布置和定位在砧座的邻接部和中间部之间，因此该邻接部的定形以及该邻接表面的布置和定向，有利于通过扭转吹风的螺旋扭矩传送，而不需要限制弯曲力矩(即邻接部的径向延伸)以及第一连接区域内的应力平均值(与第一连接区域截面积成反比)。
除了允许增加冲击力绝对值外，设置两个连接区域还允许设计和使用涉及砧座邻接表面形状和定位的新型优选的解决方案，这种解决方案适于更有效的螺旋扭矩传送，而不会增加所述第一连接区域中可能出现的砧座疲劳和断裂现象的风险。
根据图5中示出的实施例，砧座8包括两个相对于旋转轴R径向相对布置的邻接部14。
加强肋18基本上为平的，并且为板状，其优选布置在与旋转轴R垂直的平面上。这意味着加强肋的应力主要是在该肋平面方向的应力，所以其可以制得更薄一点。
实际上，根据发明的实施例，加强肋18具有邻接表面15的轴向延伸方向的较小厚度，或者说是，相对于旋转轴R的第一连接区域17的轴向厚度，从而，可以降低加强肋的大小和附加重量。
此外，已经证明的是，通过对第一连接区域(横截面)和加强肋(厚度和径向以及周向延伸)以及邻接表面径向延伸部的硬度比例的具体选择，在相同最大可传递扭矩下，并考虑砧座极限强度和疲劳强度，可以降低砧座的极性惯量(polar inertia)。我们期望降低砧座极性惯量即旋转惯量，因为这使得来自锤的扭转吹风“完全”传送到螺钉或者螺母上，而不用首先必须克服砧座的高惯量。
为此，加强肋的厚度最好在邻接表面15轴向延伸部厚度或者第一连接区域17厚度的0.4到0.6倍之间的范围内选择，优选为约0.5倍。
根据特别优选的实施例，第一连接区域17的轴向厚度基本上等于邻接表面15轴向延伸部厚度(图5和图7)。
加强肋18的周向延伸部大于每一邻接部14的α角度延伸部，优选为基本延伸到邻接部14的径向外表面上。
根据实施例，加强肋18在远离邻接部14区域的径向延伸要小于在靠近邻接部14区域的径向延伸。加强肋18优选为至少大约为椭圆形，如图6显示。在远离邻接部14的区域，加强肋18的径向延伸基本上或者至少近似为零。这有助于进一步降低砧座质量和极性惯量。
根据又一个实施例，在邻接部14，加强肋18具有径向外沿区域，该区域重量较轻或者成锥形19，从而砧座8的转动惯量进一步降低。
本发明的另一个方面涉及砧座邻接表面和锤邻接表面的形状和位置，在相同重量和冲击机构工作期间，该形状和位置允许增加可传递的螺旋扭矩，直到达到或者超过将导致在已知冲击机构中锤的过早破裂的值。
本领域技术人员现在将容易理解的是，邻接表面的形状和布置一方面是如何不受本发明的限制，而另一方面是如何与本发明巧妙地结合。
实际上，虽然这里描述的各个单一的发明只解决与冲击扳手强度、尺寸和螺旋扭矩有关的不同问题中的某一个问题，但通过组合这些发明，在铁路铺设领域中所有所述其他参数相同的情况下，在螺旋扭矩中可获得罕见的至少20％的增加。
借助于所述的砧座，与现有技术相比，可以提高螺旋扭矩。然而，该扭矩的增加是有限的。当达到某个门限值(同样，在冲击扳手的相同重量、尺寸和振动控制情况下)时，锤的使用寿命会迅速降低。
已经发现的是，在已知的锤(图2)击打砧座时，该锤的冲击部分出现的断裂是由于发生的径向应力分量导致，并由该锤冲击部分提供的径向反力而被抵销。假定在切线方向和在径向应力的共同作用降低了已知锤冲击部分的断裂和疲劳强度。
为了消除所述径向应力分量，本发明实施例的砧座邻接表面15和锤的冲击面16相对于旋转轴R平面是径向的并且互补。
借助于在冲击中涉及的表面至少大致径向以及最好是完全径向布置，可提高锤4的机械强度。
砧座8的每一邻接部14最好均包括两个彼此相对的邻接表面15，这两个表面限定了邻接部14的一个角度延伸，相对于旋转轴R成20-40度，优选为25-35度，更优选为30度。这为锤提供了足够长的路径以在再次与砧座啮合前积聚足够的动量力矩，从而该锤和砧座在冲击后完全地啮合，而不论由于邻接表面径向取向导致邻接部的增大。
根据另外一个实施例，在旋转轴R和邻接表面之间的径向距离D1大于所述邻接表面15的径向延伸距离D2。在旋转轴R和邻接表面15之间径向距离D1和所述邻接表面15径向延伸距离D2的比值(D1/D2比)选择在1.67和2.5之间的范围，优选为2.09。由于在相同的砧座径向尺寸下，具有径向距离与邻接表面15径向延伸距离的所述比值，可获得冲击应力的平均值和均匀分布，从而可传递最大螺旋扭矩，同时砧座和锤的使用寿命不会缩短。
该锤4包括一基体21，基体具有后部22和前部24，后部22用于与减速机构3连接，而前部用于与砧座8啮合。
后部22是管状的，优选为圆筒形，并用于连接锤与减速机构3驱动轴11。为此，后部22在内部形成适于凸轮轨道9的座部23，或者可选择的是，该凸轮轨道9直接在所述后部22内形成。
前部24包括基板25，至少一个形成冲击面16的冲击突起26在轴向从其中伸出。板25基本上是平的，并垂直于旋转轴R，并通过连接部26连接到锤的后部22上。
根据实施例，锤4包括相对于旋转轴R径向相对布置的两个冲击突起26。每个冲击突起26包括两个相对的最好是径向冲击面16，该冲击面相对于旋转轴R形成20-40度，优选为25-35度，更优选为30度角的冲击突起26的β角度延伸。
与所述砧座的描述类似，在旋转轴R和冲击面16之间的径向距离D3大于所述冲击面16的径向延伸D4。旋转轴R和冲击面16的径向距离D3与冲击面16径向延伸D4的比值(D3/D4)最好是选择在1.67-2.5之间，其中优选为2.17。
根据实施例，锤的前部24的径向延伸或直径D5大于后部22径向延伸或直径D6。借此，锤的极性惯量可集中在冲击区，而锤尺寸可在与离合机构交互作用的区域减小，从而形成例如通过螺钉29或铆钉把凸轮9连接到锤上的进一步间隙。
所述直径变化通过朝向前部24径向变宽的连接部27获得。
根据本发明的又一个有益的方面，该连接部27具有总体上大致的管形状，截头圆锥体或者钟形中任何一个(图9)，其壁厚朝向前部24增加。由于连接部27具有的特殊形状，锤的极性惯性力矩可在冲击区增加，其质量与现有技术方案相比降低了。
连接部27最大径向壁厚最好基本上与冲击突起26的径向延伸厚度相同，从而来自连接部的冲击突起的冲击应力直接传递变得更为方便。
在图7中可以看到，冲击突起布置在连接部的壁上。
根据另外一个实施例，所述基板25布置成连接锤前部24的在直径方向上相对的区域，使得该区域在垂直于旋转轴R的平面上增强和变硬，以避免变形，特别是可导致锤断裂的“椭圆化”变形。
基板25最好具有环形圆盘形状，其中径向厚度优选的是大于冲击面16的径向延伸厚度。
为了便于实现基板的“剪力墙”型结构特性，这利用使连接部27轴向厚度小于径向壁厚来实现的，特别是在基板25附近。与已知方案相比，在基板厚度上的减小使得进一步降低径向内部区域的质量，即锤的质量基本上不会明显影响惯性极矩。
基板25的轴向厚度最好也小于或者等于冲击面16的轴向延伸厚度以及相应的冲击突起26轴向延伸厚度，从而由于具有的连接部、基板和冲击突起硬度比，它们在连接部上直接传递冲击力即扭矩，同时基板使连接部的圆形稳定，由此避免该连接部“椭圆化”变形。
根据优选实施例，为了降低在冲击突起的应变集中，还提供在相应冲击突起26延伸的一个或多个应变消除凹槽28。每一冲击突起最好包括这种至少局部地在冲击突起根部周围延伸的应变消除凹槽28。

Claims (37)

1.一种用于冲击扳手(1)的冲击机构(12)，所述冲击机构(12)包括：
-砧座(8)，可围绕旋转轴(R)旋转，其具有中间部(13)，至少一个邻接部(14)从中间部径向地伸出，该邻接部形成至少一个邻接表面(15)，
-锤(4)，可围绕旋转轴(R)旋转，其具有至少一个冲击面(16)，
其中，该锤(4)用于通过冲击面(16)撞击邻接表面(15)将旋转脉冲提供给砧座(8)，
其中，该砧座(8)包括第一连接区域(17)，将邻接部(14)连接到中间部(13)上，所述第一连接区域(17)至少局部地在中间部(13)和邻接表面(15)的轴向延伸范围内延伸，
其中砧座(8)包括加强肋(18)，该加强肋相对邻接表面(15)轴向布置在邻接表面的外部，将邻接部(14)连接到砧座(8)的中间部(13)上，由此形成第二连接区域，
其中锤(4)包括后部(22)，该后部适于提供与减速机构的连接，和前部(24)，该前部形成至少一个冲击面(16)的冲击突起(26)，带有该冲击突起(26)的前部(24)与后部(22)一体成型，
其特征在于，所述锤(4)的前部(24)的径向延伸或者直径(D5)大于后部(22)的径向延伸或者直径(D6)，
相对于旋转轴(R)，砧座(8)的加强肋(18)轴向延伸厚度小于邻接表面(15)的轴向延伸厚度。
2.根据权利要求1的冲击机构(12)，其中砧座(8)包括两个邻接部(14)，这两个邻接部相对于旋转轴(R)径向地相对布置。
3.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)延伸到邻接部(14)的径向延伸外端。
4.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中在远离邻接部(14)的区域，加强肋(18)的径向延伸量小于它在靠近邻接部(14)区域的径向延伸量。 
5.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)是平的并且是板状的。
6.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)位于与旋转轴(R)垂直的平面上。
7.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)大致为椭圆形。
8.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中邻接表面(15)相对于旋转轴(R)是径向布置。
9.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中每一个邻接部(14)均包括彼此相对的两个邻接表面(15)，相对于旋转轴(R)，这两个邻接表面限定了邻接部(14)的延伸角度α，其中延伸角度α为20度-40度。
10.根据权利要求9所述的冲击机构(12)，其中邻接部(14)延伸角度α为25-35度。
11.根据权利要求10所述的冲击机构(12)，其中邻接部(14)延伸角度α为30度。
12.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中，在旋转轴(R)的方向上，加强肋(18)的轴向延伸厚度小于邻接表面(15)的轴向延伸厚度。
13.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)的厚度在邻接表面(15)相对于旋转轴(R)的轴向延伸的0.4和0.6倍之间的范围内选择。
14.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)的厚度为邻接表面(15)相对于旋转轴(R)的轴向延伸的0.5倍。
15.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)的厚度小于第一连接区域(17)相对于旋转轴(R)的轴向厚度。
16.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中加强肋(18)在邻接部(14)附近具有成锥形的径向外部区域(19)。
17.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中第一连接区域(17)的轴向厚度与邻接表面(15)的轴向厚度相同。 
18.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中在旋转轴(R)和邻接表面之间的径向距离(D1)大于所述邻接表面(15)的径向延伸(D2)。
19.根据权利要求18所述的冲击机构(12)，其中旋转轴(R)和邻接表面(15)之间的径向距离(D1)与所述邻接表面(15)径向延伸(D2)的比值在1.67和2.5之间的范围选择。
20.根据权利要求19所述的冲击机构(12)，其中所述比值为2.09。
21.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中锤(4)包括两个冲击突起(26)，这两个冲击突起相对于旋转轴(R)径向地相对布置。
22.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中冲击面(16)相对于旋转轴(R)是径向布置。
23.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中每一个冲击突起(26)均包括彼此相对的两个冲击面(16)，相对于旋转轴(R)，这两个冲击面限定冲击突起(26)的延伸角度β为20-40度。
24.根据权利要求23所述的冲击机构(12)，其中冲击突起(26)的延伸角度β为25-35度。
25.根据权利要求24所述的冲击机构(12)，其中冲击突起(26)的延伸角度β为30度。
26.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中旋转轴(R)和邻接表面(16)之间的径向距离(D3)大于所述邻接表面(16)的径向延伸(D4)。
27.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中旋转轴(R)和邻接表面(16)之间的径向距离(D3)与所述邻接表面(16)径向延伸(D4)的比值在1.67和2.5之间的范围内选择。
28.根据权利要求27所述的冲击机构(12)，其中所述比值为2.17。
29.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中后部(22)和前部(24)借助于朝前部(24)径向变宽的连接部(27)连接。
30.根据权利要求29所述的冲击机构(12)，其中连接部(27)为 管状、截头圆锥体或者钟形中任何一个，其壁厚朝前部(24)逐渐增加。
31.根据权利要求29所述的冲击机构(12)，其中连接部(27)的最大径向壁厚等于冲击突起(26)的径向延伸(D4)。
32.根据权利要求29所述的冲击机构(12)，其中前部(24)包括基板(25)，冲击突起(26)在轴向从其中伸出，其中所述基板(25)连接前部(24)的在直径方向上相对的区域，由此在垂直于旋转轴(R)的平面上使此前部(24)加固。
33.根据权利要求32所述的冲击机构(12)，其中基板(25)具有环形圆盘形状。
34.根据权利要求32所述的冲击机构(12)，其中基板(25)的轴向厚度比在基板(25)上的连接部(27)径向壁厚小。
35.根据权利要求33所述的冲击机构(12)，其中基板(25)的轴向厚度小于或者等于冲击面(16)的轴向延伸距离。
36.根据权利要求1所述的冲击机构(12)，其中锤(4)包括一应变消除凹槽(28)，其在冲击突起(26)上延伸。
37.一冲击扳手(1)，其包括权利要求1所述的冲击机构(12)。 
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