CN104972424A - 转矩扳手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转矩扳手，其包括杆、附接到杆的扳手元件、共轴地并且不可旋转地设置在杆上的齿轮，所述齿轮具有多个齿。所述转矩扳手还包括：壳体，其包括腔室，杆和齿轮被至少部分地设置在腔室中；以及板簧装置，所述板簧装置位于所述腔室中，并且包括被固定到壳体的弹簧，弹簧的自由边缘与齿轮啮合。所述板簧装置在低于第一水平的转矩施加到扳手元件时防止齿轮和杆相对于壳体旋转，并且在高于该第一水平的转矩施加到扳手元件时允许齿轮和杆相对于壳体旋转。

Description

转矩扳手

技术领域

本发明涉及转矩扳手，并且更具体地涉及其中转矩经由杆在把手和扳手元件之间传递的类型的转矩扳手。

背景技术

经常有必要或者期望利用特定量的转矩将紧固件拧紧。例如，当使用螺钉将切削刀片紧固到刀架时，如果利用不充分的转矩来紧固刀片，则刀片可能松开并且跌落或破裂，或者可能移动并损坏工件。如果刀片被紧固得太紧，则可能损坏刀片或紧固件，并且可能引起刀片相对于刀架的不正确定位。

为了将切削刀片紧固到刀架，不同的工具和不同的切削刀片经常要求不同量的转矩来拧紧。为这些工具和刀片中的每一个提供不同的转矩扳手能够是昂贵的。而且，为了拧紧被用在切削工具上的紧固件，许多常规的转矩扳手具有不便的形状和尺寸。例如，转矩扳手可能太大而不能方便地在小空间中使用。

现有技术的转矩扳手，诸如在EP 1112818 A2中示出的转矩扳手，趋于具有不寻常的形状，该形状使它们难以用在其中存在有限的操纵空间的特定环境中。EP 1112818 A1中的转矩扳手例如具有大轮廓和伸长的把手，这使它不适合用在空间最小的某些应用中。此外，诸如在EP 1112818 A1中示出的扳手包括多个零件并且能够是难以制造的。即使是较小的扳手，诸如在DE202013102682 U1中示出的扳手，也趋于包括巨大数量的零件并且能够是难以制造的。

因此，期望提供这样一种转矩扳手，其能够始终如一地将不高于期望水平的转矩施加到紧固件上。同样期望的是，转矩扳手能够被构造为方便对切削工具上的紧固件施加扭矩的小形状。还期望的是，转矩扳手在结构上是简单的，从而能够以低成本提供。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种转矩扳手包括：杆；连接到所述杆的扳手元件；共轴地并且不可旋转地设置在所述杆上的齿轮，所述齿轮具有多个齿，其特征在于，所述转矩扳手包括：壳体，其包括腔室，所述杆和所述齿轮被至少部分地设置在所述腔室中；以及板簧装置，所述板簧装置位于所述腔室中并且包括被固定到所述壳体的弹簧，且所述弹簧的自由边缘与所述齿轮啮合，并且所述板簧装置在低于第一水平的转矩施加到所述扳手元件上时防止所述齿轮和所述杆相对于所述壳体旋转，并且在高于所述第一水平的转矩施加到所述扳手元件上时允许所述齿轮和所述杆相对于所述壳体旋转。

所要求保护的结构具有较少的部件，并且具有最小限度的复杂性，从而促进以低成本制造转矩扳手。此外，转矩扳手能够被制造成具有薄轮廓的形状，从而允许其被用在空间最小的各种不同应用中。

根据本发明的实施例，所述齿轮被附接到所述杆。这种结构促进所述扳手的简易制造。

根据本发明的实施例，所述扳手元件包括凸型键。这种结构对于拧紧用于将切削刀片固定到刀架上的螺钉是特别有用的。

根据本发明的实施例，所述齿轮的齿是不对称的。这种结构促进提供当仅在一个方向上转动时进行拧紧的转矩扳手。

根据本发明的实施例，所述齿轮的齿具有顺时针侧和逆时针侧，所述逆时针侧具有比所述顺时针侧更陡的坡度。这种结构促进提供如下的转矩扳手，当在顺时针方向上被转动时，其拧紧到预定转矩，并且当松开时，即当在逆时针方向上被转动时，其进一步允许施加更高的转矩。

根据本发明的实施例，当所述扳手在第一方向上被转动时，所述齿轮的齿的一侧将大致垂直于所述弹簧的力施加到所述弹簧，并且当所述扳手在与所述第一方向相反的第二方向上被转动时，所述齿轮的齿的另一侧将大致平行于所述弹簧的长度的力施加到所述弹簧。这种结构促进提供具有为拧紧转矩10-40倍大的释放转矩的转矩扳手。

根据本发明的实施例，所述弹簧包括具有固定边缘和自由边缘的板。这种结构促进制造具有简单的部件以及低成本的转矩扳手。

根据本发明的实施例，所述弹簧是扁平的板。这种结构促进制造具有简单的部件以及低成本的转矩扳手。

根据本发明的实施例，当所述弹簧处于松弛状态中时，所述弹簧的表面的平面偏离所述杆的中心轴线。这种结构促进通过改变偏移量来调节可以由转矩扳手以简单的方式施加的转矩量。

根据本发明的实施例，所述板簧装置包括弹簧以及顶部弹簧保持件和底部弹簧保持件，所述顶部弹簧保持件和底部弹簧保持件被不可移动地设置在所述腔室中，所述板簧装置的所述弹簧的自由边缘被设置在所述弹簧的顶部边缘和底部边缘之间，所述弹簧具有分别从顶部边缘和底部边缘延伸的顶耳部和底耳部，所述顶耳部和底耳部分别被不可移动地设置在所述顶部弹簧保持件和底部弹簧保持件上的开口中。这种结构促进通过改变顶部弹簧保持件和底部弹簧保持件上的开口的位置，使得弹簧相对于杆上的齿轮被不同地定位，从而调节能够被转矩扳手以简单的方式施加的转矩量。

根据本发明的实施例，所述腔室的内部形状与所述弹簧保持件的周界形状匹配，使得所述弹簧保持件被不可移动地设置在所述腔室中。这种结构促进提供能够通过在具有相同的腔室形状的壳体中简单地使用不同的弹簧保持件而提供具有不同水平的转矩的不同转矩扳手。

根据本发明的实施例，所述齿轮相对于所述杆轴向不可移动并且在顶部弹簧保持件和底部弹簧保持件之间延伸，使得所述杆相对于所述壳体轴向不可移动。这种结构提供了一种以简单且容易的制造方式使转矩扳手的多个部件相对于彼此固定的便利方式。

根据本发明的实施例，所述板簧装置包括设置在顶部弹簧保持件和底部弹簧保持件之间并且设置在齿轮的相对侧上的两个弹簧。这种结构促进转矩扳手的设计，使得与使用单个弹簧相比，能够通过转矩扳手施加更大的转矩量。

根据本发明的实施例，该两个弹簧旋转对称。由于每个弹簧能够需要相同量的力以进行偏转，所以这种结构促进转矩扳手的设计。

根据本发明的实施例，所述壳体包括顶盖和底盖，顶盖限定所述腔室，底盖能够连接到所述顶盖，以将所述板簧装置保持在所述腔室中。这种结构提供了一种以简单且容易的制造方式使转矩扳手的多个部件相对于彼此固定的便利方式。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细描述，将很好地理解本发明的特征和优势，在附图中相同的附图标记指示相似的元件，并且其中：

图1A是根据本发明的实施例的转矩扳手的透视图；

图1B是图1A的转矩扳手的前视图；

图1C是图1A的转矩扳手的侧视图；

图1D是图1A的转矩扳手的顶视图；

图1E是在图1C的截面1E-1E处截取的横剖面图；

图1F是在图1B的截面1F-1F处截取的横剖面图；

图1G示出了图1F的视图，其中弹簧被偏转；

图1H是在图1B的截面1H-1H处截取的横剖面图；

图1I是图1F的一部分的放大图；

图2是根据本发明的实施例的转矩扳手的分解图；

图3A-3B是示出了根据本发明的实施例的扳手如何拧紧到转矩极限的横剖面图，并且图3C-3D是示出了图3A-3B的扳手如何松开已经被施加转矩的物品的横剖面图；

图4A是根据本发明的另一个实施例的转矩扳手的透视图；

图4B是图4A的转矩扳手的前视图；

图4C是图4A的转矩扳手的侧视图；

图4D是在图4B的截面4D-4D处截取的横剖面图；

图5A是根据本发明的另一个实施例的转矩扳手的顶视图；

图5B是在图5A的截面5B-5B处截取的横剖面图；

图6A是根据本发明的另一个实施例的转矩扳手的顶视图；并且

图6B是在图6A的截面6B-6B处截取的横剖面图。

具体实施方式

在图1A-1I中示出根据本发明的实施例的转矩扳手21，并且该转矩扳手21包括杆23、附接到杆的扳手元件25以及共轴地且不可旋转地设置在杆上的齿轮27(图1E-1G，1I和2)，所述齿轮具有多个齿29(图1F-1G，1I和2)。转矩扳手21进一步包括壳体31，该壳体31包括腔室33(图1E-1H)，杆23和齿轮27至少部分地设置在该腔室33中。

板簧装置被设置在腔室33中，并且包括弹簧37(图1F，1G，1I，和2)，弹簧37被固定到壳体31，且自由边缘39(例如，图1F和2)与齿轮27啮合。板簧装置在低于第一水平的转矩被施加到扳手元件25时，防止齿轮27和杆23相对于壳体31旋转，并且在高于第一水平的转矩被施加到扳手元件时，允许齿轮和杆相对于壳体旋转。如在图1F和1G中所示，这通过以下实现：向扳手元件施加转矩，转矩通过杆23传递至齿轮27，使得齿轮的齿29被推压于弹簧37的自由边缘39。直到施加到扳手元件的转矩足以使弹簧37如图1G所示变形，施加到扳手元件的转矩才将被传递到壳体31。壳体31可起到转矩扳手21的把手的作用，从而当用户将转矩施加到壳体时，转矩通过弹簧37被传递到齿轮27和杆23再到扳手元件25，并因此传递到紧固件或者其它待被拧紧或松开的物体。

齿轮27能够诸如通过与杆一体地形成，或者通过诸如固定螺钉、粘合剂、焊接、钎焊等的任何适当的方式固定到穿过齿轮的中心孔的杆而附接到杆23。所示意的扳手元件25包括凸型键(male key)，然而，能够提供其它类型的扳手元件，诸如套筒扳手或端部开口的扳手。扳手元件25能够形成在杆23的端部41处，并且能够与杆成一体，或者可以通过任何适当的方式附接到杆的端部。

齿轮27的齿29能够是对称的，然而，如在例如图1I中所示，它们通常将是不对称的，以在扳手在顺时针方向上被转动时促进拧紧。当齿29是不对称的时，如在图1F、1G和1I中所示意，齿轮的齿能够具有顺时针侧43和逆时针侧45(图1I)，并且逆时针侧具有比顺时针侧更陡的坡度。结合图3A-3D讨论当扳手在顺时针方向上被转动时弹簧37和齿轮27发挥作用以提供转矩并且当扳手在逆时针方向上被转动时弹簧37和齿轮27发挥作用以提供松开的方式。

板簧装置的弹簧37能够包括具有固定边缘47和自由边缘39的板。形成弹簧37的材料通常将是金属，然而，可以预期不同的材料，以改变能够通过扳手传递的转矩的水平。通常，弹簧37将以扁平的板为形式，然而，弹簧能够按需或有必要的话具有各种可替换的形状。弯曲的形状可能例如是期望的，以改变能够通过扳手21传递的转矩水平。

如在图1F中所示，当弹簧37为扁平的时，弹簧的表面的平面P在弹簧处于松弛状态中时能够偏离杆23的中心轴线A。增加或减少弹簧37的表面的平面P从杆23的中心轴线A的偏移量能够改变施加到扳手21以使弹簧37偏转所必需的转矩量，使得不再能够传递转矩。减少偏移通常将趋于增加能够被传递的转矩量。当增加或减少偏移量时，齿轮27的尺寸也必须被调节，以保持功能性。偏移的另一个功能是通过在松开方向上转动扳手时确保弹簧37不趋于偏转而促进松开紧固件。下面结合图3A-3D对此进行更加详细的讨论。

如在图1E、1H和2中所示，板簧装置能够包括弹簧37以及顶部弹簧保持件49和底部弹簧保持件51。顶部弹簧保持件49和底部弹簧保持件51诸如通过使弹簧保持件具有与腔室的内部形状相匹配或者可以被腔室的表面的多个部分保持的周界形状而被不可移动地设置在腔室33中。顶部弹簧保持件49和底部弹簧保持件51能够是相同的。板簧装置的弹簧37的自由边缘39被设置在弹簧的顶部边缘53和底部边缘55之间(图2)，并且弹簧能够具有顶耳部57和底耳部59(图2)，顶耳部57和底耳部59分别从顶部边缘和底部边缘延伸并且延伸到弹簧的固定边缘47。顶耳部57和底耳部59能够分别被不可移动地设置在顶部弹簧保持件49和底部弹簧保持件51上的开口63中(图1H示出了底部弹簧保持件51中的开口，底部弹簧保持件能够与顶部弹簧保持件相同)，因此使弹簧37的固定边缘47相对于壳体31固定。在不同位置中具有开口63的不同的弹簧保持件49和51能够被用在不同的扳手中，以提供弹簧37的表面的平面P从杆23的轴线A的不同偏移量。这样，相同的壳体31、杆23、齿轮27和弹簧37能够与不同的弹簧保持件49和51一起使用，以提供允许施加转矩到不同水平的转矩扳手。已经发现弹簧保持件49和51促进提供弹簧37相对于壳体31的高度可靠的安装。安装越可靠，扭转就越多地唯一归因于弹簧的偏转，这能够促进提供准确水平的转矩，并且能够促进将扳手的尺寸保持为最小。通过提供具有如示意的S形的弹簧保持件49和51，用于制作弹簧保持件的材料的量可以被保持在最小，同时仍然给扳手提供实体感觉。

齿轮27能够相对于杆23轴向不可移动，并且能够延伸在顶部弹簧保持件49和底部弹簧保持件51之间的整个距离，使得杆相对于壳体31轴向不可移动。杆23能够延伸穿过顶部弹簧保持件49和底部弹簧保持件51中的孔49’和51’(图1E)并且穿过限定壳体31的腔室33的顶盖69和底盖71(图1E和2)中的孔65和67(图1E)，使得杆和齿轮27相对于壳体可旋转。顶盖69和底盖71将板簧装置保持在腔室中。通过提供不同的板簧装置，相同的壳体能够用于提供允许扭转到不同水平的转矩扳手。

在图1A-2中示出的实施例中，板簧装置包括设置在顶部弹簧保持件49和底部弹簧保持件51之间并且设置在齿轮29的相对侧上的两个弹簧37。该两个弹簧37能够是旋转对称的。然而，如在图3A-3D中所示，扳手21’能够具有单个弹簧37’(图1D)。提供两个弹簧能够促进提供将转矩限制到比具有单个弹簧的扳手更高水平的转矩扳手(假定弹簧是相同类型的)。在任一情形中，相对于齿轮29定位弹簧37或37’的方式促进提供具有薄轮廓的转矩扳手，使得转矩扳手非常适于在紧密的空间中使用。诸如通过提供更宽的或者不同形状的壳体，诸如圆形的壳体，使得能够提供附加的弹簧，而还能够提供具有多于两个弹簧的扳手。

图3A-3B示出了当在顺时针方向上转动扳手时，扳手如何能够执行拧紧操作，直到当弹簧37偏转到如图3B示出的位置时，扳手达到转矩传递极限。图3C-3D示出了当在逆时针方向上转动扳手时，扳手如何能够执行松开操作。在图3A中，当在如示出的顺时针方向上转动壳体31以对诸如紧固件的物体施加扭转时，力F经由弹簧37的端部39施加到齿轮27的齿29的逆时针侧45。该力F大致垂直于弹簧37。当力F超过弹簧37抵抗超出齿轮27的齿29能够相对于壳体转动的点的偏转的能力时，则达到了扳手的转矩极限。扳手的转矩极限能够通过基于普通梁理论计算使弹簧37偏转所必需的转矩的量来进行设定。

为了松开诸如已被扭转的紧固件的物体，在逆时针方向上转动扳手，如在图3C-3D中示出。在该情形中，齿轮的齿29的顺时针面43朝着弹簧37的端部39转动，并且力F1从与拧紧期间的方向不同的方向作用于弹簧上，所述方向主要在弹簧的长度的方向上，如在图3C中所示。换句话说，力F1大致平行于弹簧37的长度。通常，在力F1和弹簧的长度的方向之间形成的角度(未示出)应当小于或等于5度，并且更优选地为小于或等于2.5度。力F1的施加将趋于导致弹簧37的屈曲，如在图3D中所示。因此，与力F不同，力F1将不导致弹簧37的任何偏转。从而，当松开螺钉时，能够施加高得多的力。在扳手的正常使用期间，屈曲在实践中将不会发生，其仅在图3D中被示出以示意力F1的作用。

图4A-5B示出了能够结合把手一起使用或者优选地结合如在图4A-4B的虚线中示出的常规的棘轮把手73”一起使用的两个实施例。图5A-5B示出了扳手21”，除了凸型驱动接头(male drive connection)75”被设置在扳手的顶盖69”上之外，其与在图1A-1I中示出的扳手21大致相同。杆23”能够延伸到凸型驱动接头75”内的腔室77”中(图5B)。凸型驱动接头75”与棘轮把手上的凹型驱动接头79”配合。图6A-6B示出了能够与把手或棘轮把手(在图6A-6B中未示出)一起使用的扳手21’”的另一个实施例，然而，在该实施例中，杆23’”的顶端被接纳在顶盖69’”中的凹部81’”中(图6B)，并且凸型驱动接头75’”是实心的。当有必要提供超过通过单独地利用壳体31所能便利地提供的扭转力的扭转力时，在图5A-6B中示出的实施例对于提供杠杆作用可以是特别有用的。在一些情形中，提供超过或者大于在图1A-1I中示出的两个弹簧的多个弹簧可以是有用的，并且提供不那么矩形并且较圆形(可能地是完全圆形)的壳体可以是有用的。图1A-1I中的壳体31被示出为矩形的形状，然而，将理解到，其可以是任何期望形状。

在本申请中，诸如“具有”的术语的使用是开放式的，并且意图具有与诸如“包括”的术语相同的含义，且不排除存在其它结构、材料或作用。类似地，尽管诸如“能够”或“可以”的术语的使用意图是开放式的且反映了结构、材料或作用不是必要的，但是不使用这样的术语并不旨在反映结构、材料或作用是必不可少的。在结构、材料或作用目前被认为是必不可少的程度上，它们是这样被确定的。

尽管已根据优选实施例示出并描述了本发明，但是要认识到，可在不偏离如权利要求书中所请求保护的本发明的情况下进行变化和改变。

Claims (15)

1.一种转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，包括：

杆(23，23”，23’”)；

扳手元件(25)，所述扳手元件(25)附接到所述杆(23，23”，23’”)；

齿轮(27)，所述齿轮(27)共轴地且不可旋转地设置在所述杆(23，23”，23’”)上，所述齿轮(27)具有多个齿(29)；

其特征在于，所述转矩扳手(21，21’，21”，21’”)包括：

包括腔室(33)的壳体(31)，所述杆(23，23”，23’”)和所述齿轮(27)被至少部分地设置在所述腔室(33)中，以及

板簧装置，所述板簧装置位于所述腔室(33)中，并且所述板簧装置包括固定到所述壳体(31)的弹簧(37，37’)，且所述弹簧(37，37’)的自由边缘(39)与所述齿轮(27)啮合，

并且所述板簧装置在低于第一水平的转矩施加到所述扳手元件(25)时防止所述齿轮(27)和所述杆(23，23”，23’”)相对于所述壳体(31)旋转，并且在高于所述第一水平的转矩施加到所述扳手元件(25)时允许所述齿轮(27)和所述杆(23，23”，23’”)相对于所述壳体(31)旋转。

2.根据权利要求1所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述齿轮(27)被附接到所述杆(23，23”，23’”)。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述扳手元件(25)包括凸型键。

4.根据权利要求所述3的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述凸型键形成在所述杆(23，23”，23’”)的端部(41)处。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述齿轮(27)的所述齿(29)是不对称的。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述齿轮(27)的所述齿(29)具有顺时针侧(43)和逆时针侧(45)，所述逆时针侧(45)具有比所述顺时针侧(43)更陡的坡度。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中当在第一方向上转动所述扳手时，所述齿轮(27)的所述齿(29)的一侧(45)向所述弹簧(37)施加大致垂直于所述弹簧(37)的力，并且当在与所述第一方向相反的第二方向上转动所述扳手时，所述齿轮(27)的所述齿(29)的另一侧(43)向所述弹簧(37)施加大致平行于所述弹簧(37)的长度的力。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述弹簧(37，37’)包括具有固定边缘(47)和所述自由边缘(39)的板。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述弹簧(37，37’)是扁平的板。

10.根据权利要求9所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中当所述弹簧(37，37’)处于松弛状态中时，所述弹簧(37，37’)的表面的平面(P)偏离所述杆(23，23”，23’”)的中心轴线(A)。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述板簧装置包括所述弹簧(37，37’)以及顶部弹簧保持件(49)和底部弹簧保持件(51)，所述顶部弹簧保持件(49)和所述底部弹簧保持件(51)被不可移动地设置在所述腔室(33)中，且所述板簧装置的所述弹簧(37，37’)的所述自由边缘(39)被设置在所述弹簧(37，37’)的顶部边缘(53)和底部边缘(55)之间，所述弹簧(37，37’)具有分别从所述顶部边缘(53)和所述底部边缘(55)延伸的顶耳部(57)和底耳部(59)，所述顶耳部(57)和所述底耳部(59)分别被不可移动地设置在所述顶部弹簧保持件(49)和所述底部弹簧保持件(51)上的开口(63)中。

12.根据权利要求11所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述齿轮(27)相对于所述杆(23，23”，23’”)轴向不可移动并且在所述顶部弹簧保持件(49)和所述底部弹簧保持件(51)之间延伸，使得所述杆(23，23”，23’”)相对于所述壳体(31)轴向不可移动。

13.根据权利要求11至12中的任一项所述的转矩扳手(21)，其中所述板簧装置包括多个弹簧(37)，所述多个弹簧(37)被设置在所述顶部弹簧保持件(49)和所述底部弹簧保持件(51)之间并且被设置在所述齿轮(27)的相对侧上。

14.根据权利要求13所述的转矩扳手(21)，其中所述多个弹簧(37)旋转对称。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的转矩扳手(21，21’，21”，21’”)，其中所述壳体(31)包括顶盖和底盖，所述顶盖限定所述腔室(33)，所述底盖能够附接到所述顶盖，以便将所述板簧装置保持在所述腔室(33)中。