CN102844154A

CN102844154A - 冲击装置

Info

Publication number: CN102844154A
Application number: CN2011800174510A
Authority: CN
Inventors: W·A·埃尔格; J·R·埃布内
Original assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Current assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: US20110203824A1; CN102844154B; US8297373B2; WO2011103320A3; WO2011103320A2

Abstract

一种冲击装置，包括壳体；电机，通过所述壳体支撑；固定轴；以及旋转传动件，支承在所述固定轴上以转动。所述旋转传动件包括具有第一凸轮面的衬套。所述冲击装置还包括旋转冲击件，由所述旋转传动件驱动并相对于所述旋转传动件转动。所述旋转冲击件包括从所述旋转冲击件的外圆周突出的凸起部以及第二凸轮面。所述冲击装置还包括球形件，啮合于所述旋转传动件和所述旋转冲各自的所述第一凸轮面和第二凸轮面；能量吸收件，接触所述旋转冲击件以产生偏置力；以及往复冲击件，基本垂直于所述固定轴设置，并由所述旋转冲击件的所述凸起部撞击。

Description

冲击装置

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2010年2月19日、申请号为61/306,016的尚未授权的美国临时专利申请的优先权，在此，该申请的全部内容引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种电动工具，更具体地，涉及一种用于将冲击力传递到固定部件和/或工件的电动工具。

背景技术

传统的钉枪通常包括撞针，该撞针由压缩空气源驱动以撞针单冲程方式将钉子钉入工件。这种钉枪通常包括汽缸，压缩空气在汽缸中膨胀以驱动撞针和连接活塞。因此，传统的钉枪通常大而笨重，并且很难在紧凑的工作区域使用，因为没有足够空间来操控钉枪。

发明内容

一方面，本发明提供一种冲击装置，包括壳体；电机，通过所述壳体支撑；固定轴，限定了纵向轴线并相对于所述壳体固定；以及旋转传动件，转动连接到所述电机并支承在所述固定轴上以围绕所述纵向轴线旋转。所述旋转传动件包括具有第一凸轮面的衬套。所述冲击装置还包括旋转冲击件，由所述旋转传动件驱动并相对于所述旋转传动件转动。所述旋转冲击件包括至少一个从所述旋转冲击件的外圆周突出的凸起部以及第二凸轮面。所述冲击装置还包括球形件，啮合于所述旋转传动件和所述旋转冲各自的所述第一凸轮面和第二凸轮面；能量吸收件，接触所述旋转冲击件以产生偏置力；以及往复冲击件，基本垂直于所述固定轴设置，并由所述旋转冲击件的所述凸起部撞击。

通过参考以下详细说明和附图，本发明的其他特征和方面将显而易见。

附图说明

图1表示根据本发明一种实施方式的冲击装置的前视立体图。

图2表示图1的冲击装置的后视立体图。

图3表示图1的冲击装置的分解的顶部立体图，显示冲击组件。

图4表示图3的冲击机构的分解立体图，显示了旋转传动件以及由所述传动件驱动的旋转冲击件。

图5表示图1的冲击装置的侧视图，显示了冲击装置的局部剖面以显示图3的冲击机构。

图6表示图1的冲击装置的前视图，显示了冲击装置的局部剖面以显示图3的冲击机构。

图7表示图1的冲击装置的侧视图，显示了冲击装置的局部剖面以显示图3的冲击机构。

图8表示图1的冲击装置的前视图，显示了冲击装置的局部剖面以显示图3的冲击机构。

图9a图示说明了图3的冲击机构的旋转传动件和旋转冲击件各自凸轮面的啮合以及如图6所示的旋转冲击件相对于旋转传动件的位置。

图9b图示说明了图3的冲击机构的旋转传动件和旋转冲击件各自凸轮面的啮合以及如图8所示的旋转冲击件相对于旋转传动件的位置。

图10表示图3的冲击机构的旋转冲击件的侧视图。

图11表示图3的冲击机构的旋转冲击件的侧视图，撞击所述冲击装置的往复冲击件。

图12表示图11的旋转冲击件和往复冲击件的前视图。

在详细说明本发明的任何具体实施方式之前，需要理解的是，本发明并不限于本申请在以下描述中解释或以下附图中解释的对结构和部件设置的详细说明。本发明能够包括其他实施方式并通过多种方式实现或实施。同样，需要理解的是，在此使用的词组和术语用于解释的目的，并不用于限制。

具体实施方式

图1-3表示一种用于将钉子钉入工件的电动冲击或打钉装置10。打钉装置10的图示结构中，可拆卸可充电的电动工具电源14用于向打钉装置10提供电力。可选择地，电源14可永久设置在打钉装置10的内部并不能从打钉装置10中移出。进一步可选择地，电源14可省略，打钉装置10可包括电缆以连接到交流电源。

打钉装置10包括壳体18、电机22（图3）、电机启动开关26以及扳机30，电机22支承在壳体18中，开关26电连接于电机22，扳机30可操作以驱动开关26在打开状态和关闭状态之间动作。当开关26被驱动或被拨动于打开状态时，电源14向电机22提供电力以启动电机22。当开关26被驱动或被拨动于关闭状态时，电源14停止向电机22提供电力以停止电机22。图1和2所示的打钉装置10的图示结构中，壳体18和扳机30成形为易于操作者的手掌接受或抓握，扳机30设置在壳体18的侧壁34上以允许操作者用拇指按压扳机30。可选择地，壳体18可成形以具有任何数量的不同形状。

参考图3，打钉装置10还包括电连接于电源14的控制器38。电机启动开关26通过控制器38电连接于电机22。电机启动开关26包括触发器42，当触发器42移动到锁定位置时将阻止开关26在打开状态和关闭状态之间动作，当触发器42移动到未锁定位置时将允许开关26在打开状态和关闭状态之间动作。

打钉装置10还包括冲击机构46以及往复冲击件或针50（图5），冲击机构46传动连接于电机22，冲击机构46周期性地或间歇性地驱动往复冲击件或针50。针50至少部分容纳在针壳54中，针壳54引导针50沿中心轴线58往复运动。O形环62（图5）设置在针壳54中，当针50在针壳54中往复运动时，O形环62与针50的外圆周滑动啮合。O形环62在针50的外圆周上起到摩擦力以保持针50远离冲击机构46，打钉装置10可操作而未向针50施加反作用力（也就是，使钉子钉入工件的力），否则使针50朝向冲击机构46移动。打钉装置10依靠由打钉装置10的操作者产生的向下的力以克服这种小摩擦力，使针50和钉子在周期性冲击之间朝向冲击机构46移动。可选择地，打钉装置10可包括能量吸收或弹性件（例如弹簧），使针50和钉子在周期性冲击中朝向冲击机构46偏置或移动。

参考图5，打钉装置10还包括套筒66，套筒66围绕针50。打钉装置10运行中，套筒66可伸缩进针壳54和壳体18的端部70中以使针50驱动钉子钉入工件。打钉装置10还可包括设置在套筒66和/或针壳54中的磁体，该磁体保持钉子的头部或其他部分以准备将钉子钉入工件。

参考图3、4和6，冲击机构46包括固定支撑轴74和旋转传动件，固定支撑轴74限定了纵向轴线78并设置在壳体18中，旋转转动件的形式为斜齿轮82并支承在固定支撑轴74上以相对于轴围绕纵向轴线78转动。两个间隔的轴套86设置在斜齿轮82和固定轴74之间，两个轴套86靠近斜齿轮82的每个端部以利于斜齿轮82相对于固定轴74的旋转。可选择地，任何数量的不同的轴承或轴套可在斜齿轮82和固定支撑轴74之间使用。推力轴承90设置在斜齿轮82的前表面94上以利于将斜齿轮82上的轴向负载（例如弹簧206的偏置力产生的负载，以下详细说明）转移到壳体18的内表面98上（图6）。

如图6和8所示，固定支撑轴74包括第一端102和第二端110。第一端102靠近壳体18的内表面106设置，第二端110具有螺纹外边缘114。固定支撑轴74的第二端110穿过壳体18上的孔118，螺纹紧固件（例如，一个或多个止动螺母122）与螺纹外边缘114螺纹配合以保证固定支撑轴74相对于壳体18固定，以阻止固定支撑轴74沿着纵向轴线78移动或围绕纵向轴线78转动。

参考图3和4，斜齿轮82包括衬套126和齿部130，齿部130与小齿轮134（图3）啮合，小齿轮34由电机22的输出轴138驱动。打钉装置10的图示结构中，小齿轮134设置在从电机22的输出轴138偏移的中间轴142上，电机输出轴138和中间轴142之间设置有直齿轮装置（包括安装在电机输出轴138上的第一直齿轮146和安装在中间轴142上的第二直齿轮150）。直齿轮146和150制作以降低中间轴142以及小齿轮134相对于电机输出轴138转速的转速。打钉装置10可替换地设置任何数量的不同的传动装置以从电机输出轴138将转矩转移到斜齿轮82。同样，如图3所示的打钉装置10的图示结构中，电机输出轴138和中间轴142可围绕各自的轴线154和158旋转，轴线154和158的每个实质上垂直于纵向轴线78设置。

参考图4，斜齿轮82包括多个围绕衬套126的外周边间隔设置的凸轮轨道或面162。冲击机构46的图示结构中，三个凸轮面162成形在衬套126的外周边上。可选择地，可使用多于或少于三个的凸轮面162。每个凸轮面162包括第一部或倾斜部166，倾斜部166相对于斜齿轮82围绕旋转的纵向轴线78单向倾斜（图9a和9b）。也就是说，每个凸轮面162的倾斜部166在斜齿轮82的平面图中基本上显示平直的。每个凸轮面162还包括第二部或平台区170，平台区170相对于纵向轴线78未倾斜。也就是说，每个凸轮面162的平台区170在斜齿轮82的平面图中基本横向于纵向轴线78。

参考图3和4，冲击机构46还包括由斜齿轮82驱动的旋转冲击件或锤174。锤174包括两个凸起部178（图10），两个凸起部178从锤174的外周边延伸并相互间隔大约180度设置。可选择地，锤174可仅包括单个凸起部178，或多于两个的凸起部178。每个凸起部178包括冲击面182，冲击面182具有渐开线轮廓并在打钉装置10运行中周期性或间歇性冲击针50。每个冲击面182的渐开线轮廓从假定的基础圆柱（Rb；图11）依靠或得到，假定的基础圆柱具有集中于轴线78的半径。凸起部78的每个冲击面182的弯曲程度通过假定的点、拉紧的线或绳来追踪，拉紧的线或绳从假定的基础圆柱Rb上逆时针方向松开，从而产生冲击面182的渐开线轮廓。

参考图11和12，锤174的凸起部178中的一个表示撞击针50。在冲击过程中，作用在凸起部178和针50上的力沿着作用线引导，该作用线垂直于针50的冲击顶面和凸起部178的冲击面182。如图11所示，垂直于渐开的冲击面182的任何线同样相切于用于追踪冲击面182形状的假定的基础圆柱Rb。

锤174同样设计使得其转动半径（图11中Rg表示）与用于追踪冲击面182形状的假定的基础圆柱Rb的半径一致。锤174的转动半径Rg的重点在于锤174的重量能够集中于一点而不用改变锤的惯性力矩。也就是说，锤174可解释为自由体，围绕轴78以半径Rg旋转的点集合，使得锤174传递的冲击力（图11和12中表示为F1）沿相切于锤174的转动半径Rg的作用线出现。由于转动半径Rg与用于追踪冲击面182形状的假定的基础圆柱Rb的半径一致，因此冲击力F1和针50在冲击面182上的反作用力（图11和12中表示为F2）沿相同作用线产生，该作用线与中心轴线58同轴并穿过针50的重力中心。结果是，传递到针50的冲击力F1与针50在凸起部178上的反作用力F2基本上大小相同以及方向相反。因此，任何由锤174（例如设置在固定支撑轴74上）施加的驱动力（图11表示为F3）将降低或消除。打钉装置10的效率因此增加，因为在凸起部178和针50的每个冲击过程中，较小的力（以及因此较小的能量）转移到壳体18（通过固定支撑轴74）。

如果冲击面182的渐开轮廓用非渐开冲击特征代替，也就不会有固定的作用线，锤174的冲击力F1沿着该作用线传递到针50。因此，如果锤174的转动半径Rg、渐开基础圆柱半径Rb以及中心距C（锤174的轴线78与针50的轴线58之间）基本不相等，锤174的冲击力F1将与针50的反作用力F2不成一直线，导致在锤174和固定支撑轴74之间产生可能相当大的反作用力F3。这种反作用力将根本上降低使用锤174的打钉装置10的效率，因为凸起部（具有非渐开轮廓）和针50之间的每次冲击过程中，更多的力（和因为更多能量）将转移或损失于固定支撑轴74和壳体18。

每个冲击面182的渐开轮廓与申请号为WO 2009/137684的PCT专利中公开的冲击扳手的撞锤凸起部的渐开轮廓相似，在此，引用该PCT专利的全部内部以作参考。

参考图4和10，锤174还包括多个凸轮轨道或面186，该多个凸轮面186间隔设置在锤174的内圆周上。冲击机构46的图示结构中，三个凸轮面186成形在锤174的内圆周上并与斜齿轮82上的三个凸轮面162相一致。可选择地，根据斜齿轮82上的凸轮面162的数量，可使用少于或多于三个的凸轮面186。每个凸轮面186包括第一部或倾斜部190。倾斜部166相对于锤174围绕旋转的纵向轴线78单向倾斜。具体地，斜齿轮82的凸轮面162的倾斜部166以及锤174的凸轮面186的倾斜部190各自反方向倾斜，使得当球形件（例如球轴承194，见图9a和9b）设置在每对凸轮面162、186中间时，锤174沿着纵向轴线78轴向移动以响应斜齿轮82和锤174之间的相对转动。

参考图9a和9b，每个凸轮面186包括第二部或平台区198，凸轮面186在平台区198中未倾斜于纵向轴线78。也就是说，每个凸轮面186的平台区198在锤174的平面图中基本横向于纵向轴线78。锤174还包括突出部（relief）202（图10），突出部202靠近灭个凸轮面186成形以利于在打钉装置10装配过程中，在锤174和斜齿轮82之间插入球形轴承194。

参考图3和4，冲击机构46包括能量吸收件或弹性件（例如，压缩弹簧206），弹性件设置在锤174和固定支撑轴74的部分之间。具体地，弹簧206的一端设置在成形在锤174上的容纳部（pocket）210（图6和8）中，同时，弹簧206的另一端紧靠推力轴承214，推力轴承214依次紧靠固定支撑轴74的轴肩218。如以下详细描述，在打钉装置10使用中，推力轴承214使得弹簧206随锤174一起转动而不缠绕瘫痪206。由于在打钉装置10装配过程中，弹簧206预负载，弹簧206持续向锤174和壳体18的内表面（也就是，通过锤174、球形轴承194、斜齿轮82以及推力轴承90）施加偏置力。冲击机构46的图示结构中，弹簧206为圆锥形状。可选择地，弹簧206可为圆柱形状。

打钉装置10使用时，使用者首先在套筒66插入钉子，使钉子的头部朝向针50的冲击端。如果包括，磁体吸引钉子朝向套筒66的一端以将钉子保持在套筒66中而不用使用者额外的帮助。使用者抓握打钉装置10以使钉子的尖端接触工件，并通过按压扳机30驱动电机22。电机22的转传递到中间轴142以使小齿轮134、斜齿轮82以及锤174围绕纵向轴线78旋转。

在锤174和针50之间（图5和6）的第一次冲击之前，转矩通过各个凸轮面162以及与锤174中各个凸轮面186啮合的球形轴承194从斜齿轮82传递到锤174，使得锤174随斜齿轮82一起旋转。具体地，弹簧206产生的偏置力使球形轴承194楔入接触凸轮面162、186以保证斜齿轮82和锤174一起旋转。结果是，锤174相对于纵向轴线78的轴向位置保持不变。图9a图示说明了每个球形轴承194在斜齿轮82和锤174的每对凸轮面162和186中的位置，与图5和6所示的锤174相对于斜齿轮82的位置相一致。如上所述，推力轴承214允许弹簧206随锤174一起旋转而不用使弹簧206缠绕。

然而，响应于锤174和针50之间的第一次冲击，在针50独有的前进行程（也就是，朝向工件）中，冲击凸起部178和针50一起移动间距量与钉入工件的钉子的间距长度一致。钉子钉入工件的间距量依靠钉子和工件之间阻力或摩擦力的大小。钉子通过第一次间距量钉入工件后，钉子被卡住并有效阻止针50的前进行程以及锤174相应的旋转。但是，斜齿轮82相对于锤174继续转动，使锤174沿斜齿轮82和纵向轴线78轴向移动接触弹簧206的偏置以挤压弹簧206，结果是，球形轴承194相对于每对凸轮面162和186旋转。图9b图示说明了每个球形轴承194在斜齿轮82和锤174的每对凸轮面162和186中的位置，与图7和8所示的锤174相对于斜齿轮82的位置相一致。

只要锤174被阻止与斜齿轮82一起转动，锤174的轴向移动继续产生。锤174移动足够量以使凸起部178远离针50的端部（图8）后，由于弹簧206恢复预负载形状，锤174与斜齿轮82通过弹簧206的储存能量重新转动并围绕纵向轴线78转动加速。具体地，由于弹簧206卸压并恢复预负载形状，球形轴承194相对于每对凸轮面162和186反向旋转，以沿着纵向轴线78朝向斜齿轮82的背面222推锤174以为锤174和针50之间的第二次冲击做准备。

锤174的轴向移动完成后并随针50第二次冲击前，每个凸轮面162和186的平台区170和198分别允许锤174相对于斜齿轮82围绕轴线78继续转动。结果是，每个凸轮面162和186的平台区170和198允许在第二次冲击中锤174撞击针50，而不停止或降低锤174相对于斜齿轮82的衬套126的转动，否则，当球形轴承194到达每个凸轮面162和186的端部可能发生。因此，在第二次以及随后的冲击中，弹簧206中储存的能量实质上完全从锤174转移到针50。在第二次冲击中，钉子被钉入工件第二次间隔量。打钉装置10继续以这种方式将钉子钉入工件直到钉子的头部与工件基本齐平。如上所述，在钉子驱动操作中，套筒66收缩进壳体18的端部70中以使钉子基本上齐平钉入工件。

虽然结合打钉装置10显示了冲击机构46，但是应当理解的是，冲击机构46也可用于其他相关冲击电动工具。例如，冲击机构46可用于凿子、尾管刀、直薄板金属刀、冲压机、刮刀以及铲子（pick）。

本发明的各种特征在以下权利要求中说明。

Claims

1.一种冲击装置，包括：

壳体；

电机，通过所述壳体支承；

固定轴，限定了纵向轴线并相对于所述壳体固定；

旋转传动件，转动连接到所述电机并支承在所述固定轴上以围绕所述纵向轴线旋转，所述旋转传动件包括具有第一凸轮面的衬套；

旋转冲击件，由所述旋转传动件驱动并相对于所述旋转传动件转动，所述旋转冲击件包括至少一个从所述旋转冲击件的外圆周突出的凸起部以及第二凸轮面；

球形件，啮合于所述旋转传动件和所述旋转冲各自的所述第一凸轮面和第二凸轮面；

能量吸收件，接触所述旋转冲击件以产生偏置力；以及

往复冲击件，基本垂直于所述固定轴设置，并由所述旋转冲击件的所述凸起部撞击。

2.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，所述球形件以及所述第一和第二凸轮面设置为沿着所述纵向轴线移动所述旋转冲击件以接触所述能量吸收件的所述偏置力，以响应所述旋转传动件和所述旋转冲击件之间的相对转动。

3.根据权利要求2所述的冲击装置，其中，所述旋转传动件和所述旋转冲击件之间的所述相对转动由冲击所述往复冲击件的所述凸起部产生。

4.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，所述第一凸轮面的至少一部分在第一方向相对于所述纵向轴线倾斜，其中，所述第二凸轮面的至少一部分在第二方向相对于所述纵向轴线倾斜，以及其中，所述第一和第二方向基本平行。

5.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，所述第一凸轮面包括第一部和第二部，所述第一部相对于所述纵向轴线倾斜，所述第二部基本垂直于所述纵向轴线设置。

6.根据权利要求5所述的冲击装置，其中，所述第二凸轮面包括第一部和第二部，所述第一部相对于所述纵向轴线倾斜，所述第二部基本垂直于所述纵向轴线设置。

7.根据权利要求6所述的冲击装置，其中，所述旋转冲击件沿所述固定轴在第一位置和第二位置之间轴向移动，在所述第一位置，所述球形件位于每个所述第一和第二凸轮面的所述第二部中，在所述第二位置，所述球形件位于每个所述第一和第二凸轮面的所述第一部中。

8.根据权利要求7所述的冲击装置，其中，当所述球形件移动于每个所述第一和第二凸轮面的所述第二部中时，响应于所述旋转传动件和所述旋转冲击件之间的相对转动，所述旋转冲击件相对于所述固定轴不产生轴向移动。

9.根据权利要求8所述的冲击装置，其中，当所述球形件移动于每个所述第一和第二凸轮面的所述第一部中时，响应于所述旋转传动件和所述旋转冲击件之间的相对转动，所述旋转冲击件相对于所述固定轴产生轴向移动。

10.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，所述固定轴包括肩部，以及其中，所述能量吸收件设置在所述旋转冲击件和所述肩部之间。

11.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，所述电机包括电机输出轴，所述电机输出轴基本垂直于所述纵向轴线设置。

12.根据权利要求11所述的冲击装置，还包括传动装置，该传动装置连接在所述电机输出轴和所述旋转传动件之间。

13.根据权利要求12所述的冲击装置，其中，所述传动装置包括中间轴，该中间轴从所述电机输出轴偏移并基本垂直于所述纵向轴线设置。

14.根据权利要求13所述的冲击装置，其中，所述传动装置还包括第一直齿轮和第二直齿轮，所述第一直齿轮连接于所述电机输出轴以与所述电机输出轴一起转动，所述第二直齿轮连接于所述中间轴以与所述中间轴一起转动并与所述第一直齿轮啮合。

15.根据权利要求14所述的冲击装置，其中，所述第一直齿轮包括多个第一齿，所述第二直齿轮包括多个第二齿，其中，所述多个第二齿的数量大于所述多个第一齿。

16.根据权利要求14所述的冲击装置，其中，所述中间轴包括小齿轮，该小齿轮与所述中间轴整体成形，以及其中，所述旋转传动件包括与所述小齿轮啮合的齿部。

17.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，所述凸起部包括与所述往复冲击件间歇性啮合的冲击面，以及其中，所述冲击面包括渐开轮廓。

18.根据权利要求1所述的冲击装置，还包括

电机启动开关，电连接到所述电机，以及

扳机，操作以驱动所述开关处于打开状态和关闭状态，其中，所述扳机设置在所述壳体的侧壁上。

19.根据权利要求18所述的冲击装置，还包括

电源，通过所述壳体支撑，以及

控制器，电连接于所述电源，其中，所述电机启动开关通过所述控制器电连接于所述电机。

20.根据权利要求18所述的冲击装置，其中，所述电机启动开关包括触发器，当所述触发器移动到锁定位置时阻止所述开关在打开状态和关闭状态之间动作，以及当所述触发器移动到未锁定位置时允许所述开关在所述打开状态和关闭状态之间动作。