CN103648726A - 旋转式冲击装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于旋转式冲击装置的方法和系统，所述旋转式冲击装置具有用于与冲击扳手一起使用以向紧固件提供转矩的环形外部表面。所述旋转式冲击装置包含：输入部件，其具有用于接纳所述冲击扳手的砧的输入凹口；输出部件，其具有用于接纳所述紧固件的输出凹口；以及惯性部件。所述惯性部件是静止的且定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上以增加施加到所述紧固件的所述转矩。

Description

旋转式冲击装置
技术领域
本发明大体涉及一种改进的旋转式冲击装置，且更大体来说涉及一种用于与例如冲击扳手等冲击工具一起使用的改进的旋转式冲击装置，其中所述改进的旋转式冲击装置增加旋转惯性以迅速放松或收紧紧固件。
背景技术
例如冲击扳手等冲击工具在此项技术中是众所周知的。冲击扳手是一种其中输出轴或砧被旋转质量或锤子击打的工具。输出轴耦合到待收紧或放松的紧固件(例如，螺栓、螺钉、螺母等)，且砧上锤子的每次击打向紧固件施加转矩。由于与恒定负载(例如，钻头)相比冲击扳手的冲击负载的性质的缘故，冲击扳手可将比恒定驱动紧固件驱动器高的转矩递送到紧固件。
通常，将例如插座等紧固件啮合元件啮合到冲击扳手的砧以收紧或放松所述紧固件。大多数紧固件具有用于啮合插座的多边形部分。所述插座通常具有用于接纳紧固件的多边形部分的多边形凹口，因此产生选择性固定机械连接。插座到砧的此连接或啮合产生弹簧效应。另外，在插座与紧固件之间存在弹簧效应。因此，需要增加插座所施加的转矩量以克服弹簧效应且增加净效应并改进冲击扳手的性能。
发明内容
本发明涉及一种旋转式冲击装置，其具有环形外部表面且包含输入部件、输出部件和惯性部件。惯性部件是静止的且定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上以增加旋转式冲击装置的转矩。旋转式冲击装置由钢构成。旋转式冲击装置包含具有外部边缘的输出部件，所述外部边缘经切成斜角以将紧固件导引到输出凹口中。
旋转式冲击装置还可包含安置在输入部件上的输入凹口，其中所述输入凹口大体为正方形形状。
旋转式冲击装置还可包含安置在输出部件上的输出凹口，其中所述输出凹口为多边形形状。
在本发明的替代实施例中，旋转式冲击装置包含惯性部件，其包含环以及具有第一端和第二端的至少两个肋部。所述肋部的第一端定位在旋转式冲击装置的外部表面上，且第二端定位在环上。
在本发明的另一替代实施例中，旋转式冲击装置包含惯性部件，其包含沿着惯性部件的长度实质上纵向延伸的至少两个孔。
在本发明的又一替代实施例中，旋转式冲击装置具有用于与冲击扳手一起使用以向紧固件提供转矩的环形外部表面。所述旋转式冲击装置包含：输入部件，其具有用于接纳冲击扳手的砧的输入凹口；输出部件，其具有用于接纳紧固件的输出凹口；以及惯性部件。所述惯性部件是静止的且定位在旋转式冲击装置的外部表面上以增加施加到紧固件的转矩。
在本发明的再一替代实施例中，一种用于向紧固件提供额外转矩的方法包含提供冲击扳手，所述冲击扳手具有使砧旋转的旋转式锤子提供旋转式冲击装置，所述旋转式冲击装置具有环形外部表面。所述旋转式冲击装置包含输入部件、输出部件和惯性部件。惯性部件是静止的且定位在旋转式冲击装置的外部表面上以增加施加到紧固件的转矩。以选择性固定布置将输入部件啮合到冲击扳手的砧。以选择性固定布置将输出部件啮合到紧固件。将电力提供到冲击扳手，且冲击扳手被激活，从而致使旋转式锤子和砧旋转。输入部件和输出部件结合砧的旋转而旋转。
在本发明的再一替代实施例中，一种用于向紧固件提供额外转矩的方法包含提供具有正方形头部的砧和具有输入凹口的输入部件，其中输入凹口大体为正方形以接纳砧的正方形头部。
在本发明的再一替代实施例中，一种用于向紧固件提供额外转矩的方法包含提供具有输出凹口的输出部件，且所述输出凹口为多边形形状以接纳紧固件。
附图说明
本文参看各个图式来说明和描述本发明，图式中相同参考数字分别指代相同方法步骤和/或系统组件，且其中：
图1是旋转式冲击装置的一个实施例的透视图；
图2是图1的旋转式冲击装置的另一透视图；
图3是图1和2的旋转式冲击装置的剖开视图；
图4是可与旋转式冲击装置一起使用的冲击扳手的部分剖开侧视图；
图5是图示现有技术插座和本发明的旋转式冲击装置的转矩与插座惯性的关系以确定最佳惯性的曲线图；
图6是旋转式冲击装置的另一实施例的透视图；
图7是旋转式冲击装置的另一实施例的透视图；
图8是指示安置在冲击扳手的砧上以移除紧固件的标准现有技术插座的框图；以及
图9是指示在距旋转式冲击装置的旋转轴较大距离处添加实质质量的惯性部件的本发明的框图。
具体实施方式
现特定参看图式，图1中说明改进的旋转式冲击装置，且大体以参考数字10展示。装置10可附接到冲击工具且由冲击工具驱动，冲击工具是高转矩的源(例如，冲击扳手12)。装置10既定选择性地固定到冲击扳手12。装置10优选由钢制成。
如图1、2和3中说明，装置10具有环形外部表面且包括输入部件14、输出部件16和惯性部件18。输入部件14包括输入凹口20，其沿着装置10的轴向方向部分延伸。优选地，输入凹口20大体为正方形形状，且经设计以选择性固定到冲击扳手12的砧22。然而，还可使用其它多边形形状。砧22包含具有大体正方形驱动头部的圆形主体。大体正方形驱动头部经设计以接纳在输入凹口20内以形成选择性固定的布置。
输出部件26包含输出凹口26。如图1中说明，输出凹口26是用于接纳紧固件的多边形形状输出凹口26。输出凹口26沿着装置10的轴向方向部分延伸。紧固件可为螺栓、螺钉、螺母等。紧固件的至少一部分(例如，螺栓的头部和螺钉的主体)具有与多边形形状的输出凹口26对应的多边形形状。在使用期间，紧固件的多边形形状部分插入到多边形形状输出凹口26中以用于操作，且通过摩擦配合而选择性地彼此紧固。紧固件优选为六边形形状。
惯性部件18实质上为圆形且定位在装置10的外部表面上。优选地，惯性部件18安置在装置10的外部表面上在最接近输入部件12处。然而，惯性部件18可视用户需要而安置在装置10的外部表面上的任何部分上。惯性部件18优选定位成不干涉输入部件12到砧22的啮合以及输出部件14到紧固件的啮合。
装置10经设计以啮合到冲击扳手12。冲击扳手12经设计以接纳标准插座，且经设计以通过由用户施加最小量的力而递送高转矩输出。通过将动能存储在旋转质量中且接着将能量递送到输出轴或砧22来实现高转矩输出。大多数冲击扳手12由压缩空气驱动，但可使用例如电力、水力或电池操作等其它动力源。
在操作中，将电力供应到马达，马达加速旋转质量(通常称为锤子28)。当锤子28旋转时，动能存储在其中。锤子28猛烈冲击砧22，从而致使砧22自旋且在冲击后即刻产生高转矩。换句话说，锤子28的动能转变为砧22中的旋转能量。一旦锤子28冲击砧22，冲击扳手12的锤子28就经设计以再次自由自旋。一般来说，锤子28能够在冲击扳手12内的轴上滑动和旋转。例如弹簧等偏置元件按压锤子28且朝向向下位置压迫锤子28。简单来说，存在许多锤子28设计，但重要的是锤子28自由自旋，冲击砧22，且接着在冲击之后再次自由自旋。在一些冲击扳手12设计中，锤子28每转驱动砧22一次。然而，存在其它冲击扳手12设计，其中锤子28每转驱动砧22两次。存在冲击扳手12的许多设计，且几乎任何冲击扳手12可选择性地与本发明的装置10固定。
冲击扳手12的输出转矩难以测量，这是因为锤子28在砧22上的冲击是短冲击力。换句话说，冲击扳手12随着锤子28的每次冲击递送固定量的能量，而非固定转矩。因此，冲击扳手12的实际输出转矩依据操作而改变。砧22经设计以选择性固定到装置10。当在操作中时，砧22到装置10的啮合或连接产生弹簧效应。此弹簧效应存储能量且释放能量。需要缓解弹簧效应的不利影响，这是因为装置10利用惯性部件18产生的惯性来传输能量通过砧22与装置10的连接。另外，装置10与紧固件之间存在弹簧效应。再次，此弹簧效应存储能量且释放能量。再次需要缓解弹簧效应的不利影响，这是因为装置10利用惯性部件18产生的惯性来传输能量通过装置10与紧固件的连接。
惯性部件18的目的是通过增加冲击扳手12内部的旋转式锤子28的净效应而增加冲击扳手12(含有旋转式锤子28)的总体性能。所述性能由于惯性部件18充当装置10上的一种类型的静止飞轮而增加。静止飞轮意味着所述飞轮相对于装置10静止，但相对于砧22和紧固件移动。通过充当静止飞轮，惯性部件18增加施加到紧固件的转矩的量以放松或收紧紧固件。
在现有技术应用中，将标准插座安置在冲击扳手12的砧22上用于移除紧固件，如图8中指示。应注意，图8以线性系统来展示，但冲击扳手12和插座为旋转式系统。冲击扳手12的惯性的质量矩表示为m2且表示冲击扳手内部的旋转式锤子28的惯性的质量矩。砧22与插座连接的弹簧速率表示为k2。插座与紧固件连接的弹簧速率表示为k1，且紧固件由接地表示。如图8中表示，组合的弹簧速率k1与k2大大减小在与紧固件的冲击期间冲击扳手12递送的峰值转矩。组合的弹簧速率k1与k2允许质量m2较慢减速，借此赋予减小的转矩尖峰。
在本申请案中，如图9中说明，惯性部件18在距旋转式冲击装置10的旋转轴线较大距离处添加实质质量。再次，应注意，图9以线性模式来展示，但冲击扳手和插口为旋转式系统。旋转式冲击装置10的惯性部件18由m1表示。惯性部件m1位于弹簧效应k1与k2之间。砧与插座连接的弹簧速率表示为k2。插座与紧固件连接的弹簧速率表示为k1，且紧固件由接地表示。冲击扳手的惯性的质量矩表示为m2且表示冲击扳手内部的旋转式锤子的惯性的质量矩。弹簧速率k1是k1与k2组合的三倍，从而致使将极高转矩从惯性部件m1传输到紧固件。
两个质量(m1与m2)以及两个弹簧(k1与k2)的组合通常称为双振荡器机械系统。在此系统中，弹簧(k1与k2)经设计以存储和传输势能。所述质量(m1与m2)用于存储和传输动能。双振荡器系统可调谐以有效且高效地将能量从冲击装置(m2)经由k2、惯性部件(m1)和k1转移且转移到紧固件中。适当调谐将确保冲击扳手m2递送的大多数能量经由弹簧k2转移且转移到惯性部件18中。在使用期间，质量m1减速的速率极高，这是因为弹簧k1较硬。由于减速较高，所以紧固件上施加的转矩较高。
双振荡器系统的现有元件是预定的。冲击扳手m2内部的旋转式锤子以及弹簧k1和k2具有经界定值。为了调谐系统，需要确定的唯一值是旋转式冲击装置10的惯性部件m118，用于实现最佳惯性。依据驱动尺寸(即，1/2"、3/4"、1")，冲击扳手具有针对每一驱动尺寸的不同最佳惯性。弹簧速率k2和冲击扳手m2内部的旋转式锤子针对所有竞争工具一致地相同。如图5中说明，通过将性能转矩与插座惯性比较来图示1/2"驱动冲击扳手的最佳惯性。图5中图示标准插座，且图示旋转式冲击装置。如图5中清晰可见，本发明的旋转式冲击装置10具有比标准现有技术插座高的转矩输出。另外，1/2"驱动冲击扳手的最佳惯性为0.0046磅-平方英尺(1.938千克-平方厘米)。
惯性部件18可具有将增加旋转式冲击装置10的转矩输出的任何配置。图1和2中说明惯性部件18的一个示范性实施例。惯性部件18具有前表面30、顶部表面32和背部表面34。在此示范性实施例中，惯性部件18含有沿着惯性部件18实质上纵向延伸的三个间隔开的孔36。换句话说，三个间隔开的孔36沿着前表面30和背部表面34延伸。三个间隔开的孔36从前表面30向背部表面34延伸穿过惯性部件18。从惯性部件18的前表面30的过渡含有划分间隔开的孔36的斜面38。尽管图1中说明三个间隔开的孔36，但可利用任何数目个间隔开的孔36，或在替代方案中，惯性部件18可为不含有孔36的实心件。
另外，输出部件16含有切成斜角的外边缘40。切成斜角的外边缘40允许将紧固件容易地插入到输出部件16的输出凹口26中。当输出部件16与紧固件接触以形成选择性固定的布置时，输出凹口26的切成斜角的外边缘40辅助将紧固件导引到输出凹口26中。
图6中展示旋转式冲击装置的另一示范性实施例，且其大体表示为参考数字110。此示范性实施例的惯性部件118具有环142，其可为实心的，含有三(3)个肋部144用于保持环142静止且啮合到装置110的外部表面。三个肋部144啮合到装置110的外部表面以用于将环142定位成与装置110间隔开的关系。肋部144从装置110的外部表面向外径向延伸，且包含在肋部144前方的啮合环142的套环146。肋部144稍许延伸超出环142的前表面130、顶部表面132和背部表面134，从而在环140的这些表面130、132、134上形成台阶148。
图7中展示旋转式冲击装置的另一示范性实施例，且其大体表示为参考数字210。此示范性实施例的惯性部件218是环242，其含有五(5)个肋部244。肋部244保持环244静止且啮合到装置210的外部表面。五(5)个肋部244啮合到装置210的外部表面以用于将环244定位成与装置210间隔开的关系。肋部244从装置210的外部表面向外径向延伸，且包含在每一肋部244内部的插入件250。支架252定位在环242的前表面230上用于接纳每一肋部244。同样，支架252可定位在环242的后部表面234上用于接纳每一肋部244。
尽管本文已参考优选实施例及其特定实例来说明和描述本发明，但所属领域的一般技术人员将容易了解，其它实施例和实例可执行类似功能和/或实现相似结果。所有此类等效实施例和实例在本发明的精神和范围内，且希望由所附权利要求书涵盖。

Claims (15)

1.一种具有环形外部表面的旋转式冲击装置，其包括：
输入部件；
输出部件；以及
惯性部件，其中所述惯性部件是静止的且定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上以增加转矩。
2.根据权利要求1所述的旋转式冲击装置，其中所述输入部件包括大体为正方形形状的输入凹口。
3.根据权利要求1所述的旋转式冲击装置，其中所述输出部件包括为多边形形状的输出凹口。
4.根据权利要求1所述的旋转式冲击装置，其中所述惯性部件包括环以及具有第一端和第二端的至少两个肋部，其中所述肋部的所述第一端定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上，且所述第二端定位在所述环上。
5.根据权利要求1所述的旋转式冲击装置，其中所述输出部件的输出边缘被切成斜角以将紧固件导引到所述输出凹口中。
6.根据权利要求1所述的旋转式冲击装置，其中所述惯性部件包括沿着所述惯性部件的长度实质上纵向延伸的至少两个孔。
7.一种用于与冲击扳手一起使用的具有环形外部表面的旋转式冲击装置，所述冲击扳手具有砧以向紧固件提供转矩，所述旋转式冲击装置包括：
输入部件，其具有用于接纳所述冲击扳手的所述砧的输入凹口；
输出部件，其具有用于接纳所述紧固件的输出凹口；以及
惯性部件，其中所述惯性部件是静止的且定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上以增加施加到所述紧固件的所述转矩。
8.根据权利要求7所述的旋转式冲击装置，其中所述惯性部件包括环以及具有第一端和第二端的至少两个肋部，其中所述肋部的所述第一端定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上，且所述第二端定位在所述环上。
9.根据权利要求7所述的旋转式冲击装置，其中所述输出部件的输出边缘被切成斜角以将所述紧固件导引到所述输出凹口中。
10.根据权利要求7所述的旋转式冲击装置，其中所述惯性部件包括沿着所述惯性部件的长度实质上纵向延伸的至少两个孔。
11.一种向紧固件提供额外转矩的方法，其包括：
提供冲击扳手，所述冲击扳手具有使砧旋转的旋转式锤子；提供旋转式冲击装置，所述旋转式冲击装置具有环形外部表面且包括输入部件、输出部件和惯性部件，其中所述惯性部件是静止的且定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上以增加施加到所述紧固件的所述转矩；
以选择性固定布置将所述输入部件啮合到所述冲击扳手的所述砧；
以选择性固定布置将所述输出部件啮合到紧固件；
将动力提供到所述冲击扳手；
激活所述冲击扳手，从而致使所述旋转式锤子和砧旋转；以及
使所述输入部件和输出部件结合所述砧的所述旋转而旋转。
12.根据权利要求11所述的向紧固件提供额外转矩的方法，其进一步包括提供具有正方形头部的砧和具有输入凹口的输入部件，其中所述输入凹口大体为正方形以接纳所述砧的所述正方形头部。
13.根据权利要求11所述的向紧固件提供额外转矩的方法，其进一步包括提供具有输出凹口的输出部件，其中所述输出凹口为多边形形状以接纳所述紧固件。
14.根据权利要求11所述的向紧固件提供额外转矩的方法，其进一步包括提供惯性部件，所述惯性部件包括环以及具有第一端和第二端的至少两个肋部，其中所述肋部的所述第一端定位在所述旋转式冲击装置的所述外部表面上，且所述第二端定位在所述环上。
15.根据权利要求11所述的向紧固件提供额外转矩的方法，其进一步包括提供所述输出部件的输出边缘，所述输出边缘被切成斜角以将所述紧固件导引到所述输出凹口中。
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