CN101530995B - 具有定中部件的旋转工具系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转工具包括一夹头，所述夹头在一实施例中包括限定出杆容置孔的钻套、一将旋转力从钻套传递到一附件的杆上的传动部件、以及一设置在钻套内的定中部件，所述定中部件构造成当杆设置在杆容置孔内时自动抓取所述杆。

Description

具有定中部件的旋转工具系统

技术领域

本发明涉及手持旋转工具及相关附件的领域。

背景技术

手持旋转工具被许多人广泛使用，包括工匠、房主、画家。这些旋转工具典型的特点是都包括一设计成能轻易的被使用者握持的外壳体。该壳体容纳可操作的驱动旋转工具的旋转卡盘的电动机。所述卡盘允许各种附件可互换地在旋转工具上使用。

为了使附件与旋转工具连接，使用者旋转所述卡盘以相对于附件杆旋紧卡盘。卡盘夹持附件杆的能力取决于使用者施加的旋紧扭矩的大小。当施加的旋紧扭矩不足时，卡盘在受载时变松，导致对附件失去控制，从而可能同时损伤工件和附件或两者的其中一个。为了解决该问题，一些卡盘设置了需要通过键或扳手旋紧的部件。因为这些可选择部件需要更紧的握持力施加在附件杆上，所以其使用增加了更换附件所需的时间。更进一步的，额外的部件，特别是诸如键和扳手等小部件，很容易被错放，导致在寻找或替换它们时浪费了时间。

对应于公知的卡盘系统中出现的问题，出现了“快速更换”夹头。快速更换夹头能抓住夹头内附件杆的一部分，通常使用能抓取设置在杆内槽中的球轴承的弹簧负载的套筒。然后，所述附件由夹头内钻套的一部分来驱动，其被设置成与附件杆形状互补。杆的常见形状为六边形。快速更换夹头能显著的减少更换附件所需的时间，也能显著的降低旋转工具上可能的附件工作松动。

在快速更换夹头具有许多好处的同时，公知的夹头系统也具有各种限制。一种这样的限制是由抓取附件杆的方式所导致的。明确的说，为了允许成形的杆能塞入成形的钻套内部，钻套必然要比杆粗。这样会导致杆和钻头之间有一定的空隙量。当这种空隙量增加时，滑移和脱轴运动的可能性会增加。当这种空隙量减少时，外部物质干扰钻套内杆的正常固定的可能性会增加。因此，在轻松的使用和性能之间需要一种折衷。

更进一步的，在球轴承和杆中的凹槽之间需要一定的空隙量。因此，造成了附件和旋转工具之间一定程度的轴向松动。当负载加载在旋转工具上时，这种松动会导致附件不必要的轴向位移。

旋转工具系统的产品上的特定的工程公差会进一步加剧前述的限制。减小这些公差，产品的成本也会增加。因此，在优化系统性能时获得成本有效的公差之间需要一种折衷。

因此，提供夹头和相关的旋转工具系统，使其能快速和轻易的使用而不需要额外的诸如键或扳手等工具是有利的。当旋转工具处于使用状态，如果夹头和相关的旋转工具减少了附件的松动，这一切将变得更为有利。如果夹头和相关的旋转工具系统能补偿制造存在的公差，而不因为外部物体的存在而产生过分的不宜操作性，这也会变得有利。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种使用在旋转工具上的夹头，所述旋转工具包括限定出杆容置孔的钻套，将旋转力从钻套传递到附件的杆的传动部件，以及设置在钻套内的定中部件，所述定中部件构造成当杆设置在杆容置孔内时，能自动的抓取所述杆。

根据另外一个实施例，一种旋转工具套件包括旋转工具、带有杆的附件以及将附件连接在旋转工具上的夹头，该夹头包括：限定杆容置孔的钻套；在第一端部通向杆容置孔而在第二端部通向杆容置孔的外壁的通道，该通道包括第一支承部和第二支承部；将旋转力从钻套传递到附件的传动部件，所述传动部件在通道内可以在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置，传动部件不与第一支承部或第二支承部接触，在第二位置，传动部件与第一支承部和第二支承部均接触；以及位于钻套内的定中部件，所述定中部件构造成，当杆位于杆容置孔内时，定中部件弹性变形以抓持所述杆，其中，当杆容纳在杆容置孔中及传动部件处于第二位置并与杆相接合时，钻套绕一轴线的旋转导致绕该轴线的旋转力从钻套通过传动部件传递给杆。

其中，杆具有由空腔壁限定的空腔，所述空腔壁构造成与传动部件相接合，以将绕该轴线的旋转力从钻套传递给杆。

其中，空腔壁构造成与传动部件接合，以便从钻套传递的绕该轴线的旋转力在杆上产生轴向力，沿使杆进一步进入杆容置孔的方向偏压杆。

其中，杆容置孔包括一凹槽，以及定中部件包括一弹性圈，所述弹性圈构造成至少部分安装在该凹槽内，并从该凹槽凸出进入杆容置孔中。

其中，弹性圈构造成在插入到杆容置孔内的杆上提供至少三个压力点。

在进一步的实施例中，一种操作旋转工具的方法包括：使钻套的杆容置孔内的定中部件随着附件的杆而变形；移动传动部件进入杆内由空腔壁限定的空腔；在绕一轴线的第一方向上旋转钻套；将空腔壁的第一部分与传动部件接触；以及将绕该轴线的第一方向上的旋转能量从钻套通过传动部件传递至杆。

所述方法进一步包括：将绕该轴线的第一方向上的旋转能量转换成作用于附件的第一轴向力，从而在使其进一步进入钻套的方向上偏压附件。

其中，变形定中部件包括将弹性圈的至少两个内弯部推向杆容置孔中的凹槽。

所述方法进一步包括：在绕该轴线的第二方向上旋转钻套，将绕该轴线的第二方向的旋转能量从钻套通过传动部件传递至杆，以及将绕该轴线的第二方向上的旋转能量转换成作用于附件的第二轴向力，从而在使其进一步进入钻套的方向上偏压附件。

其中，将绕该轴线的第一方向的旋转能量从钻套通过传动部件传递至杆包括：接合空腔壁的一部分，该部分相对于与钻套纵轴线垂直的平面成角度。

附图说明

本发明可以采用各种系统元件和系统元件布置的形式。下列附图仅仅为了阐述示例的实施例，而不是作为限制本发明的解释。

图1示出用于旋转工具的具有定中部件和传动部件的夹头组件的平面图，具体阐述了本发明的原理。。

图2示出图1的夹头的剖视图，该夹头具有通过外套筒保持在钻套通道内的传动部件。

图3示出图1的夹头组件的分解透视图。

图4示出在图1的实施例中作为定中部件使用的弹性圈的顶视图。

图5示出图4中定中部件设置在图2的钻套内的剖视图。

图6示出具有带空腔的杆的附件的侧视图，根据本发明的原理，所述附件与图1中的夹头组件一同使用。

图7示出图6中的附件的杆内空腔的正视图。

图8示出图1的夹头组件的剖面图，所述夹头组件具有外套筒压缩并与外套筒内凹槽一起排列的弹簧，还具有钻套的通道。

图9示出具有图6中附件的图1的夹头组件的剖视图，所述附件部分插入到钻套的杆容置孔的内部，以接触伸入杆容置孔中的定中部件。

图10示出具有图6中附件的图1的夹头组件的剖视图，所述附件部分插入到钻套的杆容置孔的内部，以接触杆容置孔内部的传动部件的部分。

图11示出图1的夹头组件的剖视图，所述传动部件从杆容置孔中推出并部分的进入外套筒的凹槽，因此附件杆能被允许进一步的插入到钻套的杆容置孔中。

图12示出图1的夹头组件的部分剖视图，接触传动部件的凹槽肩部是自由的。

图13示出图1的夹头组件的剖视图，所述传动部件通过外套筒在钻套的通道内抓取并且部分的处于图4的附件的空腔中；

图14示出图1的夹头组件的剖视图，所述传动部件通过图4的附件的杆在钻套的通道内抓取，当附件杆的空腔没有与通道对齐以及通过使用者释放外套筒产生外套筒的凹槽的肩部，从而留下外露的警告环。

图15示出图4中设置在图2的钻套内的定中部件的剖视图，图6中的附件使图4中的定中部件变形，从而在杆容置孔中的内部将附件杆定中。

图16示出夹头组件没有旋转时，图1的夹头部件的通道内的传动部件的剖视示意图；

图17示出夹头组件没有旋转时，图6的附件的空腔内的图1的夹头组件的传动部件的剖视示意图；

图18示出夹头组件最初开始旋转时，图1的夹头组件的通道内的传动部件的剖视示意图；

图19示出处在图6的附件的空腔内的图1的夹头组件的传动部件的剖视示意图，其中夹头组件的旋转导致传动部件与图6的附件杆接合来提供附件的旋转力。

图20示出图1的夹头组件的通道内的传动部件的剖视示意图，其中传动部件与钻套相接合，从钻套传递旋转力和轴向力。

图21示出处于图6的附件空腔内的图1的夹头组件的传动部件的剖视示意图，其中夹头组件的旋转导致传动部件与图6的附件的杆相接合，传递径向力和轴向力。

具体实施方式

同旋转工具一同使用的夹头组件100如图1-3所示。夹头组件100包括钻套102和外套筒104。所述钻套102包括螺纹连接部105和杆容置孔106。定中部件108通过凹槽110在杆容置孔106内被夹持在位。狭槽112设置在钻套102的上端部并从杆容置孔106延伸，所述容置孔终止于端部114。通道118的一端穿过锥形部分120开口朝向杆容置孔106，另一端开口穿过钻套102的外壁122。凹槽116在上端外接外壁122，同时保持肩124在外壁122的下端从外壁122向外延伸。

所述外套筒104与钻套102的外壁122一起限制出弹簧空腔126。弹簧128设置在弹簧空腔126内，凹槽130围绕外套筒104的内壁132延伸。

所述夹头组件100进一步包括传动部件134和警告环136。传动部件134，在该实施例中是球轴承，设置在通道118的内部。警告环136在凹槽116内设置在钻套102和外套筒104之间。

进一步参见图4-5，定中部件108在该实施例中是开口环，所述开口环包括与内弯部140交替出现的外弯部138。相对的成对外弯部138，诸如图4所描述的设置在定中部件108的右上端和左下端的外弯部138，限定出的直径比杆容置孔106的直径更大，这在图5中可更好的看出。另外，相对的成对内弯部140，诸如图4所描述的设置在定中部件的上部和下部的内弯部140，限定出的直径比杆容置孔106的直径更小，因此，当定中部件108被凹槽110所夹持时，外弯部138在凹槽110内抵靠钻套102，内弯部140伸入杆容置孔106。

夹头组件100可以和如图6-7所示的附件142一同使用。附件142包括工作部144和杆146。杆146包括插塞端部148和空腔150。

在操作中，夹头组件100通过螺纹连接孔115安装在旋转工具(未示出)上。供选择的是，夹头组件100可永久地安装在旋转工具上。在任意一种情况下，夹头组件100的操作开始于图2所描述的条件下的夹头组件100。接下来，使用者抓握外套筒104并按如图2中箭头152的方向施加作用力。当施加的力超过了弹簧128的偏压力，外套筒104按箭头152的方向移动，压缩弹簧128靠着保持肩124直到夹头组件100处于图8所示的状况。

如图8所示，凹槽130基本与通道118对齐，警告环136暴露在外套筒104的上面。然后，附件142的插塞端部148设置在杆容置孔106内部。所述插塞端部148的直径比内弯部限定出的直径大，但比杆容置孔106的直径小。因此，参见图9，当杆146插入到杆容置孔106中时，附件142的插塞端部148接触定中部件108的内弯部140，所述内弯部140凸出到杆容置孔106内。

定中部件108由弹性材料制成。另外，因为外弯部138之间的开口，定中部件108没有完全围绕凹槽110延伸。因此，当插塞端部148与内弯部140接触时，在杆容置孔106向外的方向上对内弯部140施力。当内弯部140向外移动时，杆146移动并经过定中部件108。

参见图10，杆146继续插入杆容置孔106导致附件142的插塞端部148接触到传动部件134。因为凹槽130与通道118对齐，传动部件134被迫移出杆容置孔106，并部分的进入凹槽130，允许插塞端部148移动越过通道118，如图11所示。

接下来参见图11；当插塞端部148接近端部114时，空腔150定位成靠近通道118。因此，传动部件134能自由地移出凹槽130并进入空腔150。施加在外套筒104的力可以被释放，允许弹簧128向上推动套筒104从图11所示的位置到达图12所示的位置。

在使用者施加于外套筒104的力释放之前传动部件134没有移动进入空腔150的情况下，凹槽130的下锥形部将作用于传动部件134，迫使传动部件134移出凹槽130，并部分的进入空腔150。在任意一种情况下，外套筒104通过弹簧128被迫向上，直到如图13所示外套筒104覆盖警告环136。

狭槽112用来保证空腔150基本与通道118径向对齐。供选择的是，附件142和夹头组件100可以键配合，或者被另外的标记以辅助附件142和夹头组件100的对齐。当空腔150处于基本不与通道118对齐的状态下，传动部件134将不能移动进入空腔150。因此，一旦使用者作用于外套筒104的力被释放，凹槽130的下锥形部会作用于传动部件134上，迫使传动部件134靠着杆146。因此，弹簧128所导致的外套筒104的运动会停止，外套筒104会处于如图14所示的位置上。

如图14所示，警告环136暴露在外套筒104顶部的上方。这将警告使用者附件142没有正确插入到夹头组件100的内部。因此，使用者旋转附件142直到空腔150与凹槽130对齐，此时弹簧128继续偏压外套筒104能强迫凹槽130的下锥形部抵靠于传动部件134。因此，传动部件134被迫部分的进入空腔150而移出凹槽130。外套筒104在弹簧128的偏压力的作用下连续移动，到达如图13所处的位置，在上述位置，警告环136被外套筒104所覆盖。

当传动部件134收纳于空腔150内时，杆146通过定中部件108在杆容置孔106内定中。如前面所描述的，杆146插入到杆容置孔106中迫使内弯部140从图5所示的位置向外移动到图15所示的位置。在图15中，外弯部138被紧紧的压靠于杆容置孔106的槽110的壁上，并且内弯部140被紧紧的压靠于杆146。因此，定中部件108在该实施例中在三个压力点之间夹持杆144。

当附件142被紧紧的定中时，附件142的端部148可能不会牢固的接合于杆容置孔106内。例如，图16是传动部件134通过锥形部120保持在通道118的内部的示意图，参考线154和参考线156指示出了通道118的中心。为了允许传动部件134在通道118内部移动，在传动部件134和通道118之间存在半径差。因此，当夹头组件100处于图14所示的状态时，传动部件134会设置于通道118的最底部。这样，在传动部件134和钻套102之间将没有间隙或松动。

图17示意性地图示了在夹头组件100没有旋转时，传动部件134在空腔150内的部分的位置。该实施例中，传动部件134在空腔150内没有与杆146接触。因此，在传动部件134和杆146之间有间隙或松动。

当旋转工具开始旋转时，与旋转工具电动机连接的钻套102沿着图16所示的箭头158的方向移动。因为传动部件134在通道118的内部没有与钻套102牢固的接合，传动部件134最初没有同通道118一前一后移动。因此，通道118的支承部160旋转从而接触传动部件134，导致传动部件134如图18所示与钻套102一起旋转。旋转力因此通过支承部160被传递到传动部件134上。

所以，钻套102和传动部件134都沿着图18所示的箭头162的方向旋转。因为传动部件134在空腔150内没有牢固地接合杆146，杆146最初没有同传动部件134一前一后移动。因此，传动部件134在空腔150的内部旋转到在接触点164处与杆146接触，如图19所示。

轴承部件134和杆146在接触点164上的定向产生了沿着参考线154的旋转矢量166以及沿着参考线156的压缩矢量168。如图19所描述的，传动部件134最初没有被限制向外移动。因此，压缩矢量168有效地产生了向上作用于传动部件的力，导致传动部件134在通道118内部上升，直到传动部件134接触到如图20所示的通道118的支承部170。通道118的支承部170限制了传动部件134沿着夹头组件100纵轴的运动。

当传动部件134沿轴向移动甚至传动部件134抵靠支承部170设置时，轴承部件134和杆146在接触点164上的定向继续产生了沿着参考线154的旋转矢量166以及沿着参考线156的压缩矢量168。因此，当传动部件134在轴向上受约束并抵靠于支承部170上时，所产生的压缩力从支承部170传递到传动部件134，并且在接触点164上进入杆146。这会产生施加于附件142上的力，偏压杆146进一步进入到杆容置孔106中。

当杆146被迫使进一步进入杆容置孔106内时，空腔150相对于传动部件134移动。因此，如图21所示，传动部件134和杆146之间的接触会从接触点164上移动到接触点172上。轴承部件134和杆146在接触点172上的定向产生了沿着参考线154的旋转矢量174以及沿着参考线156的压缩矢量176。然而，旋转矢量174比旋转矢量166大，而压缩矢量176比压缩矢量168小。因此，当附件142更牢固地与钻套102轴向接合时，产生更多的用于旋转附件142的力。

优选的是，杆146进入到杆容置孔106的运动和接触点从接触点164朝向接触点172的运动继续进行，直到插塞端部148牢固地楔入抵靠在端部114上。传动部件134因此接合附件142和夹头组件100，提供轴向力以及径向力的传递。

供选择的是，当接触点对齐空腔150上与一直线(该直线在参考线154与传动部件134和空腔150相交的点处与空腔150相切)接触的点时，杆146进入杆容置孔106的运动以及接触点从接触点164向上方向的运动会终止。在该结构中，杆146上没有压缩力；但是，杆146沿着杆容置孔106向外的方向上的任意运动被禁止。

虽然前述实施例涉及在箭头158方向上的旋转，当旋转工具的旋转被反向时，也按同样的顺序发生。因此，传动部件134提供接合用于在旋转工具的两个旋转方向上传递径向力和轴向力。此外，系统的最初条件可能变化，因而会消除一定的步骤。例如，传动部件134可最初同钻套102和附件142接合，来提供径向力的传递。因而，夹头组件100的最初旋转可能导致附件的旋转，以及传动部件134在通道118内部上升。

另外，各种部件的实际间隙和形状可以修正。例如，图1的实施例中的支承部160和支承部170的形状与传动部件132的形状互补。这就提供了大的表面区域，通过上述表面区域轴向和径向力可以从钻套102传递到附件140。然而，其它的形状也可以被使用。例如，通道118能设置成圆形的或矩形的横截面，因而改变了传动部件与钻套相接触的表面区域的量。这样，对于不需要大的表面区域来提供相当大的程度的力的系统，通道可以简单的由在钻套上钻孔来形成。

同样的，能选择空腔150的尺寸(深度和横截面)来提供所需要量的接合，以在杆146和钻套102之间传递所需要的轴向和径向力。因此，能选择夹头组件100的设计来提供强大的能力来克服设计和制造的错误，并提供可靠的接合用于在夹头组件100和工件之间传递轴向和径向力。

尽管本发明已经描述了某些优选实施例，但本领域的技术人员应该能理解到另外的实施方式和变形也是可能的。此外，能获得此处描述的各个进步所带来的优点而不合并上述其它方面。因此，附加权利要求的精神和范围不应该被限制在所包括的优选实施例的描述中。

Claims (7)

1.一种用在旋转工具上的夹头，包括： 

限定杆容置孔的钻套； 

在第一端部通向杆容置孔而在第二端部通向钻套外壁的通道; 

在通道内能够在第一位置和第二位置之间沿轴向和径向移动的传动部件；以及 

套筒，能够通过弹簧从第一位置向上移动，在杆位于杆容置孔中时，传动部件通过套筒的凹槽的下锥形部被迫使至少局部进入杆的空腔内，当套筒处于第一位置时，在杆位于杆容置孔中时，传动部件自由移出所述凹槽并进入该空腔， 

该通道包括位于指示出所述通道的中心的参考线上方的第一支承部和位于参考线下方的第二支承部； 

在第一位置，传动部件与第一支承部接触但不与第二支承部接触，以及 

在第二位置，传动部件与第二支承部接触但不与第一支承部接触； 

其中通道和传动部件被构造成使得当钻套在第一方向上旋转并且传动部件位于第二位置时，传动部件旋转至与杆接触以产生通过传动部件被传递至杆的旋转矢量，并且当钻套在第一方向上旋转并且传动部件位于第一位置时，旋转矢量通过传动部件被传递至杆，并且由压缩矢量导致的压缩力作用于杆上使杆进一步偏置进入杆容置孔；以及 

位于钻套内的定中部件，其构造成当杆位于杆容置孔内时自动抓持杆。 

2.如权利要求1所述的夹头，其中： 

所述杆容置孔包括外接该杆容置孔的凹槽，以及 

所述定中部件包括多个内弯部和多个外弯部，所述多个外弯部构造成装配在所述凹槽内。 

3.如权利要求2所述的夹头，其中：所述多个内弯部包括至少一对相对的内弯部，所述至少一对相对的内弯部限定的直径比杆容置孔的直径小。 

4.如权利要求3所述的夹头，其中：所述多个外弯部包括至少一对相 对的外弯部，所述至少一对相对的外弯部限定的直径比杆容置孔的直径大。 

5.如权利要求4所述的夹头，其中所述定中部件是开口环。 

6.如权利要求1所述的夹头，其中： 

杆容置孔包括一凹槽，以及定中部件包括一弹性圈，所述弹性圈构造成至少部分安装在该凹槽内，并从该凹槽凸出进入杆容置孔中。 

7.如权利要求6所述的夹头，其中弹性圈构造成在插入到杆容置孔内的杆上提供至少三个压力点。 

Images