CN103862416A - 扭矩受限冲击工具 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示扭矩受限冲击工具的说明性实施例。一种冲击工具可包括：轴，其经调适以绕轴线旋转；锤，其具有带有钝冲击表面的锤卡爪；及锤砧，其具有带有锐冲击表面的锤砧卡爪。所述轴可包括第一螺旋凹槽，且所述锤可包括第二螺旋凹槽。所述冲击工具可进一步包括接纳于所述第一及第二螺旋凹槽中的球，其中所述球将所述锤以旋转方式耦合到所述轴且准许所述锤相对于所述轴的轴向行进。所述锤卡爪的所述钝冲击表面可经调适以在所述轴沿第一方向旋转时冲击所述锤砧卡爪的所述锐冲击表面。
Description
技术领域
本发明一般来说涉及冲击工具。更特定来说，本发明涉及扭矩受限冲击工具。
背景技术
冲击扳手是冲击工具的一个说明性实施例，其可用于安装及移除带螺纹紧固件。冲击扳手通常包括耦合到冲击机构的电机，所述冲击机构将所述电机的扭矩转换成从锤引导到称为锤砧的输出轴的一系列有力旋转击打。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种冲击工具可包含：轴，其经调适以绕轴线旋转，所述轴具有第一螺旋凹槽；锤，其具有第二螺旋凹槽及具有钝冲击表面的锤卡爪；球，其接纳于所述第一及第二螺旋凹槽中，其中所述球将所述锤以旋转方式耦合到所述轴且准许所述锤相对于所述轴的轴向行进；及锤砧，其具有带有锐冲击表面的锤砧卡爪，其中所述锤卡爪的所述钝冲击表面经调适以在所述轴沿第一方向旋转时冲击所述锤砧卡爪的所述锐冲击表面。
在一些实施例中，所述锤卡爪可包括向前冲击面，所述向前冲击面具有从所述向前冲击面向外延伸的锤凸出部，所述钝冲击表面形成所述锤凸出部的边缘。所述钝冲击表面可相对于所述向前冲击面以钝角安置。所述钝角可大于90度且小于180度。所述钝角可大于105度且小于165度。
在一些实施例中，所述锤砧卡爪可包括中心区段及从所述中心区段向外延伸的锤砧凸出部，所述锐冲击表面形成所述锤砧凸出部的边缘。所述中心区段及所述锤砧凸出部可形成所述锤砧卡爪的向后冲击面，且所述锐冲击表面可相对于所述向后冲击面以锐角安置。所述锐角可大于0度且小于90度。所述锐角可大于15度且小于75度。
在一些实施例中，所述锤凸出部可包括第一垂直冲击表面且所述锤砧凸出部可包括第二垂直冲击表面，所述第一垂直冲击表面经调适以在所述轴沿第二方向旋转时冲击所述第二垂直冲击表面。所述钝角与所述锐角的总和可为约180度。
根据本发明的另一方面，一种冲击工具可包括：锤，其经配置以选择性地沿第一方向及沿与所述第一方向相反的第二方向旋转，所述锤包括具有向前冲击面的锤卡爪；锤砧，其包括输出轴及具有向后冲击面的锤砧卡爪；弹簧，其朝向其中所述锤卡爪的所述向前冲击面与所述锤砧卡爪的所述向后冲击面接触的第一位置偏置所述锤；及凸轮，其经配置而以预定旋转间隔将所述锤推动到其中所述锤卡爪的所述向前冲击面与所述锤砧卡爪的所述向后冲击面脱离接触的第二位置。所述锤卡爪可包括具有相对于所述锤卡爪的所述向前冲击面以钝角安置的钝冲击表面的锤凸出部，且所述锤砧卡爪可包括具有相对于所述锤砧卡爪的所述向后冲击面以锐角安置的锐冲击表面的锤砧凸出部。
在一些实施例中，所述钝角可大于105度且小于165度。所述锐角可大于15度且小于75度。所述钝角与所述锐角的总和可为约180度。
在一些实施例中，所述锤凸出部的所述钝冲击表面可经调适以在所述锤沿所述第一方向旋转时冲击所述锤砧凸出部的所述锐冲击表面。所述锤凸出部可进一步包括第一垂直冲击表面且所述锤砧凸出部可进一步包括第二垂直冲击表面，所述第一垂直冲击表面经调适以在所述锤沿所述第二方向旋转时冲击所述第二垂直冲击表面。
根据本发明的又一方面，一种操作冲击工具的方法可包括：使所述冲击工具的轴沿第一方向绕轴线旋转；及以预定旋转间隔抵靠锤砧推动耦合到所述轴的锤，以使得所述锤的第一冲击表面接触所述锤砧的第二冲击表面，所述第一冲击表面相对于所述轴线以大于90度且小于180度的角度安置且所述第二冲击表面相对于所述轴线以大于0度且小于90度的角度安置。
在一些实施例中，所述方法可进一步包括使所述轴沿与所述第一方向相反的第二方向绕所述轴线旋转且以预定旋转间隔抵靠所述锤砧推动所述锤，以使得所述锤的第三冲击表面接触所述锤砧的第四冲击表面，所述第三及第四冲击表面平行于所述轴线安置。
在一些实施例中，所述第一冲击表面相对于所述轴线安置的角度可大于105度且小于165度。所述第二冲击表面相对于所述轴线安置的角度可大于15度且小于75度。所述第一冲击表面相对于所述轴线安置的所述角度与所述第二冲击表面相对于所述轴线安置的所述角度的总和可为约180度。
附图说明
在附图中仅以举例的方式而不以限制的方式图解说明本发明中所描述的概念。为简化及清晰说明起见，图中所图解说明的元件未必按比例绘制。举例来说，为清晰起见，可相对于其它元件扩大一些元件的尺寸。此外，在认为适当之处，已在所述图当中重复参考编号以指示对应或类似元件。
图1是冲击工具的至少一个实施例的透视图；
图2是图1的冲击工具的冲击机构的分解透视图，其是从所述冲击机构的第一冲击侧；
图3是图2的冲击机构的分解透视图，其是从所述冲击机构的第二相对侧；
图4是图2及3的冲击机构的锤的俯视立面图；
图5A是图2及3的冲击机构的锤砧的俯视透视图；
图5B是图5A的锤砧的仰视透视图；
图6是大体沿着图2的线6-6截取的图2的经组装冲击机构的横截面图；及
图7是大体沿着图2的线6-6截取的图2的经组装冲击机构的横截面图，其中锤经旋转。
具体实施方式
虽然本发明的概念容许各种修改形式及替代形式，但其特定示范性实施例已以举例的方式展示于图中且将在本文中予以详细描述。然而，应理解，不打算将本发明的概念限制于所揭示的特定形式，而相反，本发明将涵盖归属于本发明的精神及范围内的所有修改形式、等效形式及替代形式。
图1到7中描绘扭矩受限冲击工具10的一个说明性实施例。冲击工具10包括电机12、由电机12驱动的冲击机构14及由冲击机构14驱动用于旋转的输出轴16。电机12可说明性地体现为电动机或气动机。冲击工具10具有向前输出端18及后端20。
冲击工具10的冲击机构14为通常称作球与凸轮冲击机构的类型。颁发给吉姆森(Jimerson)等人的第2,160,150号美国专利描述此种球与凸轮冲击机构的至少一个实施例，所述专利的整体揭示内容以引用方式并入本文中。颁发给吉姆森等人的第7,673,702号美国专利中描述球与凸轮冲击机构的其它说明性实施例，所述专利的整体揭示内容以引用方式并入本文中。
现在参照图2及3，冲击机构14的一个说明性实施例包括凸轮轴22、轴承24、冲击轴承26、锤28及锤砧30。凸轮轴22由电机12驱动用于绕纵向轴线32旋转。凸轮轴22包括用于耦合到电机12的行星齿轮载体40。齿轮销孔42延伸穿过行星齿轮载体40的基底43且接纳销44以耦合到电机12。凸轮轴22经由冲击轴承26耦合到锤28，且锤28包括用于接纳轴承24的环形凹部46。锤28可在轴承24上旋转，且转而驱动锤砧30绕纵向轴线32旋转。在一些实施例中，锤砧30可与输出轴16整体地形成。在其它实施例中，锤砧30及输出轴16可单独形成且彼此耦合。
凸轮轴22包括一对螺旋凹槽50，且锤28包括两个螺旋凹槽52。锤凹槽52具有面向锤砧30的开放端以便于机器加工及组装。因此，如在图6及7中最佳可见，凸轮轴凹槽50部分地由向前面向壁54a及向后面向壁54b界定，而锤凹槽52部分地由向前面向壁56a界定，但缺少向后面向壁。形成冲击轴承26的两个球轴承60将凸轮轴22耦合到锤28。每一球轴承60接纳于由锤凹槽52及对应凸轮轴凹槽50形成的沟槽61中。
弹簧62及垫圈64安置于行星齿轮载体40与锤28之间以远离行星齿轮载体40偏置锤28。垫圈64及弹簧62的端部分接纳于锤28中的环形凹部46内且邻接轴承24。
圆柱形凸缘66从行星齿轮载体40向前延伸用于在行星齿轮载体40与锤28之间对准弹簧62。圆柱形凸缘66可包括盲孔68用于接纳延伸穿过行星齿轮载体40的销44。虽然圆柱形凸缘66展示为与行星齿轮载体40为一体的，但圆柱形凸缘66可为夹于行星齿轮载体40与弹簧62之间的单独零件。
柔性O形环69及保持环71安置于输出轴16的一端上方以帮助将输出轴16固持于将附接到输出轴16的工具的轴孔内。虽然输出轴16展示为正方形驱动输出轴，但本发明的原理可与任何合适输出轴一起使用。
参照图2及4，锤28包括具有向前冲击面72的锤卡爪70。向前冲击面72包括从冲击面72向外延伸的一对凸出部74用于驱动锤砧30的旋转，如下文将论述。锤砧74中的每一者(其可与锤28整体地形成)包括大体平行于冲击面72的向前冲击表面76、钝冲击表面78及大体垂直冲击表面80，大体垂直冲击表面80大体平行于纵向轴线32。虽然所述说明性实施例包括两个凸出部74，但可利用任何合适数目个凸出部74。
钝冲击表面78相对于冲击面72以钝角A1安置。在一些说明性实施例中，角度A1大于90度且小于180度。在其它说明性实施例中，角度A1在约105度与约165度之间。在另外其它说明性实施例中，角度A1在约120度与约150度之间。钝冲击表面78也相对于纵向轴线32(或平行于纵向轴线32的轴线)以钝角A2安置。在一些说明性实施例中，角度A2大于90度且小于180度。在其它说明性实施例中，角度A2在约105度与约165度之间。在另外其它说明性实施例中，角度A2在约120度与约150度之间。
如在图3、5A及5B中最佳可见，锤砧30(其可与输出轴16整体地形成)包括具有中心区段92及两个向外延伸凸出部94的锤砧卡爪90。中心区段92及凸出部94形成向后冲击面96。凸出部94中的每一者包括形成于每一凸出部94的前缘100中的锐冲击表面98及形成于每一凸出部94的后缘104中的大体垂直冲击表面102，其中大体垂直冲击表面102实质上平行于纵向轴线32。凸出部94可与锤砧30整体地形成。虽然所述说明性实施例包括两个凸出部94，但可利用任何合适数目个凸出部94。
锐冲击表面98相对于向后冲击面96以角度A3安置。在一些说明性实施例中，角度A3大于0度小于90度。在其它说明性实施例中，角度A3在约15度与约75度之间。在另外其它说明性实施例中，角度A3在约30度与约60度之间。锐冲击表面98也相对于纵向轴线32(或平行于纵向轴线32的轴线)以锐角A4安置。在一些说明性实施例中，角度A4大于0度小于90度。在其它说明性实施例中，角度A4在约15度与约75度之间。在另外其它说明性实施例中，角度A4在约30度与约60度之间。
为组装冲击机构14，将弹簧62及垫圈64插入于凸轮轴22上方。将轴承24放置于环形凹部46内且将锤28插入于凸轮轴22上方以将垫圈64及弹簧62的端部分接纳于环形凹部46内。接下来，对抗弹簧62的力朝向圆柱形凸缘66移动锤28。当锤28朝向圆柱形凸缘66轴向移动时，凸轮轴22与锤28之间锤凹槽52处存在空隙，使得凸轮轴凹槽50暴露。此空隙由锤凹槽52的开放端提供，且稍微大于球轴承60的直径。将一个球轴承60插入到锤28的凹槽52及对应凸轮轴凹槽50中的每一者中，且释放锤28。弹簧62的偏置力迫使锤28远离圆柱形凸缘66。锤凹槽52的向前面向壁52a压住球轴承60的向后部分。此使球轴承60的向前部分压住凸轮轴凹槽50的向后面向表面50b。球轴承60从而陷获于凸轮轴22与锤28之间，且将锤28耦合到凸轮轴22。凸轮轴凹槽50不需要与锤凹槽52对准以准许安装。而是，当锤28在被释放时远离凸轮轴22移动时，锤28稍微在球轴承60上方旋转以使锤凹槽52与凸轮轴凹槽50在中立位置中对准。
冲击机构14可进一步包括用于限制锤28朝向后端20的轴向位移的轴向止挡件。所述轴向止挡件可包括由面向锤28的圆柱形凸缘66(或在邻近行星齿轮载体40安置的另一单独零件上)形成的第一止挡部件120及锤28上的面向圆柱形凸缘66的一对相对第二止挡部件122。在所述说明性实施例中，止挡部件120、122分别为凸缘及凸台。在其它实施例(未展示)中，止挡部件120、122可具有不同形状。
在操作中，电机12驱动凸轮轴22绕纵向轴线32的旋转。在螺母渐停期间(即，当并不显著对抗锤砧30的旋转时)，锤28在轴承24上方与凸轮轴22一起旋转。旋转扭矩经由冲击轴承26从凸轮轴22传送到锤28。锤凸出部74与锤砧凸出部94协作以驱动锤砧30的旋转且从而驱动输出轴16的旋转。
电机12及冲击机构14(其包括锤28及锤砧30)经调适以使输出轴16沿顺时针及逆时针两个方向旋转，用于收紧或松开各种紧固件。图6及7展示当螺母或其它紧固件收紧(紧固件未展示)时的冲击机构14。在操作期间，由凸轮轴22中的凹槽50形成的凸轮经由陷获于沟槽61中的球轴承60驱动锤28。弹簧62远离凸轮向前迫使锤。在渐停阶段期间，锤卡爪70及锤砧卡爪90保持完全啮合。当紧固件收紧时，凸轮向后拉动锤28，从而致使锤28背撑螺旋凸轮凹槽50且将其自身提升于锤砧卡爪90上方，以使得其可针对另一冲击旋转另一半转。当锤28旋转足够远以越过锤砧卡爪90时，弹簧62及时向前推动锤28以在冲击时刻与锤砧卡爪90完全啮合。此过程可在电机12继续操作时以大的速度自身重复。
锤卡爪70的凸出部74的钝冲击表面78经配置以冲击锤砧卡爪90的凸出部94的锐冲击表面98。在一个说明性实施例中，分别由钝冲击表面78及锐冲击表面98相对于向前冲击面72及向后冲击面96形成的角度A1及A3合计约180度。类似地，分别由钝冲击表面78及锐冲击表面98相对于纵向轴线32形成的角度A2及A4可合计约180度。在其它实施例中，角度A1与A3及／或角度A2与A4可合计并非180度。锤28的钝冲击表面78及锤砧30的锐冲击表面98提供冲击工具10的扭矩限制特征。特定来说，沿第一方向(举例来说，顺时针方向)，锤28的凸出部74的钝冲击表面78对锤砧卡爪90的凸出部94的锐冲击表面98的冲击限制可从锤28传送到锤砧30中的能量的量，因此减小冲击工具10的输出扭矩。此(举例来说)在收紧或紧固期间限制扭矩，因此防止紧固件的过度收紧。
沿与所述第一方向相反的第二方向(举例来说，逆时针方向)，锤卡爪70的凸出部74的大体垂直冲击表面80冲击锤砧卡爪90的凸出部94的大体垂直冲击表面102。垂直冲击表面80、102的大体垂直定向将(举例来说)在紧固件的移除期间允许高扭矩输出。
锤70及锤砧卡爪90的相应凸出部74、94中的每一者(如上文所详细描述)在所述说明性实施例中是不对称的。以此方式，锤70及锤砧卡爪90沿顺时针及逆时针方向提供不同扭矩输出。在其它说明性实施例中，对于一些应用，钝冲击表面78及锐冲击表面98可与大体垂直冲击表面80、102切换。
虽然已在各图及前述说明中详细描述了某些说明性实施例，但此种图解说明及说明应适当地被视为示范性而非限制性，应理解仅已展示并描述了说明性实施例且期望保护归属于本发明的精神内的所有改变及修改。本文中所描述的设备、系统及方法的各种特征产生本发明的多个优点。应注意，本发明的设备、系统及方法的替代实施例可不包括所有所描述特征，然而仍受益于此些特征的优点中的至少一些优点。所属领域的技术人员可易于设计出并入有本发明的特征中的一者或一者以上的设备、系统及方法的其自己的实施方案。
Claims (20)
1.一种冲击工具，其包含：
轴，其经调适以绕轴线旋转，所述轴具有第一螺旋凹槽；
锤，其具有第二螺旋凹槽及带有钝冲击表面的锤卡爪；
球，其接纳于所述第一及第二螺旋凹槽中，其中所述球将所述锤以旋转方式耦合到所述轴且准许所述锤相对于所述轴的轴向行进；及
锤砧，其具有带有锐冲击表面的锤砧卡爪，其中所述锤卡爪的所述钝冲击表面经调适以在所述轴沿第一方向旋转时冲击所述锤砧卡爪的所述锐冲击表面。
2.根据权利要求1所述的冲击工具，其中所述锤卡爪包括向前冲击面，所述向前冲击面具有从所述向前冲击面向外延伸的锤凸出部，所述钝冲击表面形成所述锤凸出部的边缘。
3.根据权利要求2所述的冲击工具，其中所述钝冲击表面相对于所述向前冲击面以钝角安置，所述钝角大于90度且小于180度。
4.根据权利要求3所述的冲击工具，其中所述钝角大于105度且小于165度。
5.根据权利要求2所述的冲击工具，其中所述锤砧卡爪包括中心区段及从所述中心区段向外延伸的锤砧凸出部，所述锐冲击表面形成所述锤砧凸出部的边缘。
6.根据权利要求5所述的冲击工具，其中所述中心区段及所述锤砧凸出部形成所述锤砧卡爪的向后冲击面，且所述锐冲击表面相对于所述向后冲击面以锐角安置，所述锐角大于0度且小于90度。
7.根据权利要求6所述的冲击工具，其中所述锐角大于15度且小于75度。
8.根据权利要求6所述的冲击工具，其中所述锤凸出部包括第一垂直冲击表面且所述锤砧凸出部包括第二垂直冲击表面，所述第一垂直冲击表面经调适以在所述轴沿第二方向旋转时冲击所述第二垂直冲击表面。
9.根据权利要求6所述的冲击工具，其中所述钝角与所述锐角的总和为约180度。
10.一种冲击工具，其包含：
锤，其经配置以选择性地沿第一方向及沿与所述第一方向相反的第二方向旋转，所述锤包括具有向前冲击面的锤卡爪；
锤砧，其包括输出轴及具有向后冲击面的锤砧卡爪；
弹簧，其朝向其中所述锤卡爪的所述向前冲击面与所述锤砧卡爪的所述向后冲击面接触的第一位置偏置所述锤；及
凸轮，其经配置而以预定旋转间隔将所述锤推动到其中所述锤卡爪的所述向前冲击面与所述锤砧卡爪的所述向后冲击面脱离接触的第二位置；
其中所述锤卡爪包括具有相对于所述锤卡爪的所述向前冲击面以钝角安置的钝冲击表面的锤凸出部，且所述锤砧卡爪包括具有相对于所述锤砧卡爪的所述向后冲击面以锐角安置的锐冲击表面的锤砧凸出部。
11.根据权利要求10所述的冲击工具，其中所述钝角大于105度且小于165度。
12.根据权利要求11所述的冲击工具，其中所述锐角大于15度且小于75度。
13.根据权利要求12所述的冲击工具，其中所述钝角与所述锐角的总和为约180度。
14.根据权利要求10所述的冲击工具，其中所述锤凸出部的所述钝冲击表面经调适以在所述锤沿所述第一方向旋转时冲击所述锤砧凸出部的所述锐冲击表面。
15.根据权利要求14所述的冲击工具，其中所述锤凸出部进一步包含第一垂直冲击表面且所述锤砧凸出部进一步包含第二垂直冲击表面，所述第一垂直冲击表面经调适以在所述锤沿所述第二方向旋转时冲击所述第二垂直冲击表面。
16.一种操作冲击工具的方法，其包含：
使所述冲击工具的轴沿第一方向绕轴线旋转；及
以预定旋转间隔抵靠锤砧推动耦合到所述轴的锤，以使得所述锤的第一冲击表面接触所述锤砧的第二冲击表面，所述第一冲击表面相对于所述轴线以大于90度且小于180度的角度安置且所述第二冲击表面相对于所述轴线以大于0度且小于90度的角度安置。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含：
使所述轴沿与所述第一方向相反的第二方向绕所述轴线旋转；及
以预定旋转间隔抵靠所述锤砧推动所述锤，以使得所述锤的第三冲击表面接触所述锤砧的第四冲击表面，所述第三及第四冲击表面平行于所述轴线安置。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一冲击表面相对于所述轴线安置的所述角度大于105度且小于165度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二冲击表面相对于所述轴线安置的所述角度大于15度且小于75度。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一冲击表面相对于所述轴线安置的所述角度与所述第二冲击表面相对于所述轴线安置的所述角度的总和为约180度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200414 Address after: North Carolina, USA Patentee after: Anglo American Address before: North Carolina, USA Patentee before: Ingersoll-Rand Co. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: North Carolina, USA Patentee after: Ingersoll Rand industries USA Address before: North Carolina, USA Patentee before: Anglo American |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170412 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |