CN101244471B - 往复运动工具的连接驱动机构 - Google Patents

Abstract

公开了一种往复运动驱动装置的优选实施例，该装置包括：壳体；可旋转的驱动轴组件，位于壳体内；伸长柱塞，位于壳体内，用于往复运动，该柱塞具有把工具连接到那里的前端部；旋转接合摇臂机构，支撑在壳体内并且可操作地连接到柱塞和驱动轴组件上，因此驱动轴组件的旋转产生了柱塞的往复运动。另一个优选实施例包括往复运动平衡重。

Description

往复运动工具的连接驱动机构

技术领域

本发明总得涉及动力手工具，更加具体地说，涉及动力往复运动工具。

背景技术

由马达驱动的往复运动工具如军刀锯(saber saw)、更大的往复运动锯和类似装置常常通过电动马达来驱动，该电动马达具有旋转输出轴。旋转运动被转换成往复运动，从而使锯刀片或者类似装置以往复运动的方式运动。

往复运动工具如线锯、军刀锯(saber saw)及更大的往复运动锯典型地通过电动马达的旋转输出轴来驱动。这些工具具有这样的机构，即该机构把输出轴的旋转运动转换成往复运动。随着近来强调工具的可携带性，因此驱动马达日益通过可再充电的电池组来驱动，甚至相对较大的往复运动锯现在也通过这些电池组来驱动。由于较大的锯常常用于重载工作，因此充电之间的电池运转时间是重要的，该充电时间应该足够长，以使在工作时使用者不必经常取出电池组并且重新给它充电。因此，重要的是，这些工具的设计有利于有效率的工作。

典型的往复运动锯具有插入杆或者柱塞，该插入杆或者柱塞通过在金属导向衬套内滑动而在其往复运动时被导向。一个衬套几乎总是位于锯的非常前的位置处并且在锯工作期间暴露于灰尘和碎片中。前衬套典型地变成装载有污物并且也接收到非常少的油脂。一般地，润滑不好和滑动衬套典型地所具有的摩擦系数较大导致很大的摩擦加热和功率损失。导向衬套内的滑动插入杆作用由于滑动摩擦而通常浪费了50％或者更多的用在工作中的功率。如果该设计具有平衡重来减小振动，那么这些平衡重也常常被设计来在钢导向衬套内滑动。因此这增大了能量浪费，并且相应地，目前大部分商业上可以得到的、电池组所驱动的往复运动锯完全没有平衡重。这是不理想的，因为没有平衡重实质上在工作期间增大了使用者所经受的振动。

发明内容

本发明的一个优选实施例是用于往复运动工具的驱动装置，该装置包括：壳体；可旋转的驱动轴组件，位于壳体内；伸长柱塞，位于壳体内，用于往复运动，该柱塞具有被工具连接的前端部；旋转接合摇臂机构，支撑在壳体内并且可操作地连接到柱塞和驱动轴组件上，因此驱动轴组件的旋转产生了柱塞的往复运动。

另一个优选实施例是往复运动工具的驱动装置，该装置包括：壳体；可旋转的驱动轴组件，位于壳体内；伸长柱塞，位于壳体内，用于往复运动，该柱塞具有被工具连接的前端部；旋转接合摇臂机构，具有相关联的平衡重，该平衡重支撑在壳体内并且可操作地连接到柱塞和驱动轴组件上，因此驱动轴组件的旋转产生了沿着第一理想路线的柱塞的往复运动和沿着第二理想路线的平衡重的往复运动，平衡重的往复运动处于柱塞的往复运动的相反方向以减少在该装置工作期间所产生的振动，该机构沿着它们的各自理想路线产生柱塞和平衡重的运动，而不引起在该机构中产生的任何滑动摩擦。

附图说明

图1是安装到相对相对大的往复运动锯内的本发明优选实施例的侧视图，并且被示成壳体的一些部分被切掉以显示出该实施例的结构；

图2是图1所示的优选实施例的左侧透视图；

图3是本发明的另一个优选实施例的顶视图；

图4是图3所示的实施例的侧视图；

图5是图1所示的优选实施例的一部分的顶视图；

图6是图5所示的实施例的一部分的侧视图；

图7是图5和6所示的优选实施例的一部分的侧透视图；

图8是图1所示优选实施例的一部分的透视图，部分是总得沿着图4的线8-8所截取的剖视图(没有示出剖面线)从而示出了前部枢转连接部的结构；

图9是图2所示的、包括密封组件的零件的壳体的前端部的放大透视图；

图10是与图9相类似的另一个视图；但是导向通道被移除；

图11是与图10相类似的另一个视图，密封体被移出；及

图12是图9所示的密封组件的一部分的放大侧视图，一些部分被剖去从而示出了密封组件的结构的细节。

具体实施方式

本发明的优选实施例是用于往复运动工具如往复运动锯的往复运动驱动机构，该往复运动锯的总体尺寸大小和形状与目前市场中的锯相类似。本发明也可以应用到其它类型的工具如军刀锯(sabersaw)、例如具有往复运动作用并且通过具有旋转输出轴的马达来驱动的其它类型工具上。

如前面所述那样，由于绝大多数的商业上可以得到的往复运动锯利用了插入杆，该插入杆在衬套内被导向，其中滑动摩擦可以消耗40％到50％的马达功率。相类似衬套中的平衡重的滑动摩擦可以进一步消耗另外的15％到20％的马达功率。这些滑动摩擦还使得锯机构在更高的温度下运转，而这种更高的温度伴随有减少该工具内的润滑油脂使用寿命的效果并且因此减少了工具的使用寿命。

在这里所示和所描述的本发明优选实施例没有使用给插入杆或者平衡重(如果优选实施例具有平衡重)进行导向的导向衬套。在这里所示和所描述的优选实施例使用了连接机构，这些连接机构具有枢转连接部而没有滑动元件。具有明显的多个优点，这些优点包括：由电池组所驱动的锯的运转时间较长；可以在较冷的温度下以更高的速度进行运转并且被证明提高了使用寿命的马达的费用较小和较少。这些工具也可以具有往复运动平衡重，这些平衡重基本上减少了在锯工作期间所产生的振动大小。

通过使用导向杆导向机构(该机构使用了具有滚针轴承而不是润滑较差的导向衬套的连接机构)，使锯功率消耗减小大约45％，这使不用电线的即电池组驱动的锯的运转时间增大大约80％。降低所产生的摩擦也可以降低工具的工作温度，并且因此提高使用者的舒适性。明显的是，连接件驱动的往复运动锯也可以采用具有非常小的功率损失的平衡重，其原因在于，平衡重也可以通过连接机构来导向并且在它们的设计中不需要滑动衬套。可以预期的是，在不久的将来，包括往复运动锯在内的各种工具将执行最近修订过的振动标准，在它们的设计中没有采用平衡重的情况下，该各种工具将可能不满足该标准。

尽管在这里所示出的优选实施例使用了可旋转的驱动轴组件(该组件具有来自马达的输入轴，该输入轴具有小齿轮，该小齿轮驱动螺旋齿轮和相关联的曲柄臂，而曲柄臂把连接杆驱动到旋转接合摇臂机构上)，但是应该知道，也可以使用其它类型的可旋转驱动轴组件如苏格兰曲柄驱动(scotch yoke drive)、凸轮鼓、齿轮驱动或者摇摆臂驱动，所有这些对于本领域普通技术人员来讲是公知的。

现在转到附图，如图1所示那样，整体用10来表示的往复运动锯具有外壳体12，该外壳体包括鼻部分14和后把手16。触发开关18设置在把手部分中以开启驱动该工具的马达20。该锯在鼻端部14上具有鞋状体22，锯刀片24安装在刀片夹紧机构26上，该刀片夹紧机构安装在伸长柱塞的端部处，该柱塞整体上用28来表示。马达20具有输出轴30，小齿轮32连接到该输出轴30上，并且它接合和驱动螺旋齿轮34。

最好如图3和4中所示那样，螺旋齿轮34安装在轴36上并且也通过柱40连接到曲柄臂38，因此曲柄臂与螺旋齿轮34一起旋转。曲柄臂38安装成在轴42上旋转。曲柄臂具有第二圆形突出部分44，该第二圆形突出部分44设置在与具有柱40的端部相对的端部上，从而平衡曲柄臂。柱40也用作连接杆46的枢轴，该连接杆46可枢转地连接到柱40上并且把输出提供到整体用50来表示的旋转接合摇臂机构上。

旋转接合摇臂机构50由向前的柱塞导向摇杆52和柱塞驱动摇杆54构成，该柱塞驱动摇杆54向后地与柱塞导向摇杆52间隔开。柱塞28具有圆柱形部分56，夹紧机构26被连接到该圆柱形部分中，它还具有相对较平坦的后部分58，该后部分58具有重量减小窗口60。柱塞导向摇臂52具有：上部枢转连接部62，该上部枢转连接部62与摇臂52的上端部互连到柱塞28的后部分58；和下部枢转连接部64，它把柱塞导向摇臂52的底部连接到壳体12上。

柱塞驱动摇臂54具有上部枢转连接部66，该上部枢转连接部66把驱动摇臂连接到柱塞28的后部分58和连杆46的外端上。柱塞驱动摇臂54具有枢转连接部68，该枢转连接部68通常位于它的上端部和下端部之间的中部，该连接部68还被连接到壳体12上。此外，柱塞驱动摇臂54具有下部枢转连接部70，该连接部70没有示出连接到这个实施例中的任何物体上，但是它连接到图1和2所示的实施例所提供的平衡重组件的一部分上，并且在下文中将被描述。

从前面应该知道，螺旋齿轮34的旋转使得曲柄臂38旋转，这导致连接杆46使得柱塞驱动摇臂54从图4所示的位置向左运动，并且因此使柱塞28向左运动。锯刀片24因此以往复运动的方式运动，同时运动冲程优选为接近1”到大约1-1/4”，冲程距离是柱40的中心和轴42之间的距离的函数。

在柱塞56进行往复运动期间，旋转接合摇臂机构的结构在工作期间提供了刀片24的轨道运动。如本领域普通技术人员所知道的那样，轨道作用有助于在工作期间切割工件。在摇臂52和54的定向和长度(即在枢转连接部之间的距离，标记为图4中的A和B)相对于彼此改变时，轨道作用的大小发生变化。如在图4中所清楚地看到的那样，枢转连接部68的升高量比枢转连接部64大一个标记为图4中的C的量。该升高差值和距离A和B的改变量可以改变刀片的轨道运动的路线。这些尺寸大小的相互作用是复杂的，及通过改变这些距离相对于彼此的尺寸大小可以改变刀片24的精确线路。

此外，通过使枢转连接部64从图4所示的位置向左或者向右或者向上和向下运动及改变枢转连接部62和66之间的距离来改变轨道路线也是可能的。枢转连接部64在这个实施例中被示成固定在壳体12内，但是提供固定在壳体中的连接部，该连接部通过杠杆或者类似装置可以使枢转连接部64的位置改变，该杠杆或者类似装置可以增大或者减小由旋转接合摇臂机构50所执行的量或者轨道运动，这也落入本发明的范围内。

图1的实施例还示出在图5、6和7中，该实施例具有整体用72来表示的平衡重组件，并且包括平衡重导向摇臂74，该摇臂74具有上部枢转连接部76和下部枢转连接部78，上部枢转连接部76连接到壳体12上。下部枢转连接部78连接到整体用80来表示的平衡重结构上，该平衡重结构具有底部舌状部82，该舌状部82连接到导向摇臂74和柱塞驱动摇臂54的下部上。平衡重结构80向后延伸(向右延伸，如所示那样)，并且具有由侧壁部分84所限定出的扩大的开口，这些侧壁部分向上延伸到顶部86。该开口足够大，以致平衡重结构80包围但不干涉旋转接合摇臂机构50的工作。平衡重结构80也向前延伸过舌状部82。

重要的是，只通过枢转连接部70和78来支撑平衡重结构80，这些连接部在往复运动线路中给平衡重结构80导向，该往复运动线路与柱塞28的相反。平衡重结构80的配置也提供了惯性力，这些惯性力大约等于柱塞机构50所产生的那些，该柱塞机构50在工作期间基本上减少了振动。此外，平衡重结构80还被构造成，质量分配提供了大约与柱塞轴线相一致的质量中心，这也有利于减小对使用者的振动。由于通过平衡重结构没有滑动接触，因此摩擦所产生的能量浪费非常小。

所承受的唯一较大摩擦在于枢转连接部，并且该摩擦通过在枢转连接部中优选使用滚针轴承来被最小化。侧衬垫在摇臂的每侧上的摩擦非常小，并且唇形密封的摩擦非常小。在这方面和参照图8(它是整体上沿着通过柱塞28中心和枢转连接部62的图4线8-8所截取的横剖视的透视图)，示出了轴62’，该轴62’合适地安装在柱塞导向摇臂52两侧上的孔88内。轴62的外端通过卡环90来保持住，并且柱塞28具有扩大开口92，一对滚针轴承94位于该开口中。

滚针轴承大大地减少了摩擦，并且可以承受相对较大的载荷力。尽管已描述的所有枢转连接部优选地具有至少一个滚针轴承，但是优选的是，在枢转连接部62内使用两个滚针轴承，该枢转连接部62位于柱塞28的向前端处。例如在往复运动锯被用来切割圆形孔时，可以有扭矩施加到刀片24并且因此施加到柱塞28上，及在这个枢转连接部中使用两个滚针轴承可以防止柱塞28扭转，该柱塞28使得对旋转接合摇臂机构50的潜在损害最小。

可替换地，旋转接合滚针轴承可以用合适的接合机构来取代，这些合适的接合机构整体上与薄的、极端耐用的片簧相类似。它们用在旋转接合摇臂机构中是可能的，如在这里所示出的和所描述的实施例所公开的那样，因为在这里所公开的摇臂的角度旋转落入大约正或者负20度运动的范围，而这个范围通过这样的合适接合机构可以实现。它们使用的优点在于，它们基本上不受灰尘和污物的影响并且不必润滑。

最好如图9-12所示那样，壳体12的鼻部14具有密封组件，该密封组件整体上用100来表示。鼻部14具有两个凹进部，其中一个凹进部在壳体12的所示半部中以102示出，每个凹进部被构造成接收导向通道104，该导向通道104具有内槽106，该内槽被构造成接收密封体的一部分，该密封体整体上以108来表示，该密封体优选地由尼龙或者其它坚固的塑料型材料形成。该密封体108具有整体上是正方形的外部结构，该外部结构具有圆形拐角，并且它的相对侧部具有整体上是圆柱形的突出部110，该突出部被定尺寸成安装在导向通道104的槽106内。

密封体108具有圆柱形中心部分112，该中心部分具有内部开口，该内部开口只稍稍大于柱塞28的直径。由于柱塞28在工作期间沿着轨道路线进行运动，所以密封体108以一种方式被安装在壳体的鼻部分14中，因此密封体可以垂直地运动和绕着位于密封体108每侧上的突出部110枢转。可以产生的垂直运动量是导向通道104内的槽106长度的函数，并且那个长度被这样地确定，使密封体108不能限制或者相反约束柱塞28的轨道运动。

还提供了弹性隔板114，并且它在壳体和密封体108之间形成了静态密封。隔板114优选地由硅橡胶形成，但是也可以是一些其它弹性材料，只要它在整个时间上具有所需要的弹性和耐用性就行。隔板114具有外环形法兰116，该法兰安装在鼻部14中的互补台肩118中，隔板114的整体结构是具有圆形拐角的矩形，如图中清楚地示出那样。隔板114还具有内环形法兰120，该法兰120稍稍大于密封体108的外部结构，因此它可以滑动到密封体108上从而与密封体108形成静态密封。隔板114的弹性是必要的，因此在密封体108响应柱塞28的轨道往复运动而运动时它可以运动。

如图12所示那样，外带夹子122被用来使法兰120与密封体108保持密封接合。优选的是，设置金属板124来覆盖隔板114，板124具有开口126，该开口126整体上与密封体108的尺寸大小共同伸展，因此金属板不会与柱塞28的运动相干扰。板124优选地是矩形并且没有如隔板114的圆形拐角，因此固定器如螺钉或者类似装置可以用在四个拐角处以把金属板连接到壳体12的鼻部14上。通过这种结构，没有螺钉或者类似装置穿过隔板114，其可以损害隔板114并且减少它的使用寿命。

密封体108的前部具有环形凹进部128，该凹进部128包括唇密封130，该唇密封130接触柱塞28。设置环形弹簧132把唇密封130偏压成与柱塞28相接触，以为柱塞28提供动态密封。

尽管示出和描述了本发明的各种实施例，但是应该知道，其它修改、置换和替换对于本领域普通技术人员来讲是显而易见的。这些修改、置换和替换可以在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下作出，其应由所附权利要求所确定。

在下面权利要求中提出本发明的各种特征。

Claims (15)

1.一种往复运动工具的驱动装置，该装置包括：

壳体；

可旋转的驱动轴组件，位于所述壳体内；

伸长柱塞，位于所述壳体内，用于往复运动，所述柱塞具有被工具连接的前端部；

旋转接合摇臂机构，支撑在所述壳体内并且可操作地连接到所述柱塞和所述驱动轴组件上，因此所述驱动轴组件的旋转产生了所述柱塞的往复运动，而没有使所述柱塞经受任何线性滑动摩擦；

所述摇臂机构还包括平衡重组件，该平衡重组件具有可运动的平衡重，所述机构被构造成以往复运动的方式支撑和移动所述平衡重，该平衡重的往复运动基本上在所述柱塞的相反方向上。

2.根据权利要求1所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述旋转接合摇臂机构还包括：

第一导向摇臂，具有：上端部，带有连接到所述柱塞上的枢转连接部；及下端部，带有连接到所述壳体的枢转连接部；

第二摇臂，具有上端部，该上端部带有连接到位于与所述第一导向摇臂间隔开的位置上的所述柱塞上的枢转连接部和连接到与所述第二摇臂的所述上端部间隔开的所述壳体上的枢转连接部。

3.根据权利要求1所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述驱动轴组件包括可旋转的曲柄臂，该曲柄臂不能旋转地连接到螺旋齿轮上，该螺旋齿轮由驱动小齿轮来驱动，所述曲柄臂连接到连接臂上，该连接臂可操作地连接到所述柱塞上，因此所述小齿轮的旋转使所述螺旋齿轮和曲柄臂旋转并且使所述连接臂以往复运动的方式移动所述柱塞。

4.根据权利要求1所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述旋转接合摇臂机构还包括：

第一导向摇臂，具有：上端部，带有连接到所述柱塞上的枢转连接部；及下端部，带有连接到所述壳体的枢转连接部；

第二摇臂，具有上端部，该上端部带有连接到位于与所述第一导向摇臂间隔开的位置上的所述柱塞上的枢转连接部和连接到与所述第二摇臂的所述上端部间隔开的所述壳体上的壳体枢转连接部；

所述第二摇臂在所述壳体枢转连接部下方具有下部延伸部，所述壳体枢转连接部带有连接到所述平衡重上的平衡重枢转连接部；

第三摇臂，具有一端部，该端部具有连接到所述平衡重上的枢转连接部，该枢转连接部与所述第二摇臂的所述平衡重枢转连接部间隔开；所述第三摇臂的相对端部具有连接到所述壳体上的枢转连接部。

5.根据权利要求4所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述平衡重包括这样的结构，即该结构从所述摇臂的下部区域延伸以超过所述摇臂的上部区域，因此所述结构的重心大约与柱塞共同伸展。

6.根据权利要求1所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，它还包括密封组件，该组件位于靠近所述柱塞的所述前端部的所述壳体内，所述柱塞具有圆柱形部分，在那里，它离开所述壳体，所述密封组件具有刚性密封体，该密封体具有开口，该开口稍稍大于所述圆柱形部分，所述密封体被保持在所述壳体中，并且在那里具有至少两个运动自由度，以允许进行非线性柱塞运动。

7.根据权利要求6所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述壳体在所述密封体的相反侧部上具有垂直狭槽，所述密封体在其每侧上具有突出部，该突出部接合相应的垂直狭槽，所述密封体绕着所述突出部可以枢转并且在那里可垂直地运动。

8.根据权利要求7所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述密封组件还包括位于所述密封体附近的弹性隔板。

9.根据权利要求8所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述密封组件还包括：第一夹紧件，将所述隔板连接到所述密封体上；及第二夹紧件，将所述隔板连接到所述壳体上，所述第一和第二夹紧件提供了静态密封。

10.根据权利要求9所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述密封组件还包括唇密封，该唇密封连接到所述密封体上并且提供了接合所述柱塞的密封表面以提供动态密封。

11.根据权利要求4所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述第一导向摇臂比所述第二摇臂更加靠近所述柱塞的所述前端部，连接到所述柱塞上的、所述导向摇臂的所述枢转连接部包括：轴，其延伸通过所述柱塞中的孔并且被固定在所述第一导向摇臂的相对端部处；及至少一个轴承，该至少一个轴承在所述轴和所述第一导向摇臂之间的孔中，用于在扭转力施加在所述柱塞上时阻止所述柱塞扭转。

12.根据权利要求11所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述至少一个轴承包括至少一个滚针轴承。

13.根据权利要求12所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述至少一个轴承包括在所述轴上彼此对准的两个滚针轴承。

14.一种往复运动工具的驱动装置，该装置包括：

壳体；

可旋转的驱动轴组件，位于所述壳体内；

伸长柱塞，位于所述壳体内，用于往复运动，所述柱塞具有被工具连接的前端部；

旋转接合摇臂机构，具有相关联的平衡重，该平衡重支撑在所述壳体内并且可操作地连接到所述柱塞和所述驱动轴组件上，因此所述驱动轴组件的旋转产生了沿着第一理想路线的所述柱塞的往复运动和沿着第二理想路线的所述平衡重的往复运动，所述平衡重的往复运动处于所述柱塞的往复运动的相反方向以减少在该装置工作期间所产生的振动；

所述机构沿着它们的各自理想路线产生所述柱塞和平衡重的运动，而所述柱塞和所述平衡重不引起任何线性滑动摩擦。

15.根据权利要求14所述的往复运动工具的驱动装置，其特征在于，所述平衡重具有这样的质量分配，使它的质量中心总体上与所述柱塞的质量中心相一致。

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