CN105189037A - 具有滑动离合器的强制给进工具及其方法，以防止被卡住 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强制给进工具及其使用方法，该强制给进工具包括主轴，该主轴具有配置成接收刀头的远端。该主轴在向前方向和缩回方向上是可移动的，在向前方向上，刀头作用于工件上，在缩回方向上，刀头从工件上移开。该主轴配置成在驱动该主轴的空气发动机关闭时缩回至初始位置。该给进工具包括离合器，以当空气发动机在恰当时候未关闭时，防止该主轴被卡在初始位置。

Description

具有滑动离合器的强制给进工具及其方法，以防止被卡住

技术领域

本申请要求2013年2月26日提交的、名称为“给进钻”的61/769,736号美国专利申请以及2013年5月14日提交的、名称为“给进钻”的61/822，959号美国专利申请的优先权。

背景技术

本申请涉及提供将主轴在向前及缩回给进方向上移动的工具，并具体涉及防止主轴被卡在初始位置的装置和方法。

强制给进工具，诸如但不限于给进钻，公知的是用于执行对于由诸如钢、铝、钛及其复合材料等物质形成的工件的操作。强制给进工具包括将刀头供给工件的工具供给机构。除其他应用外，强制给进工具的通常的应用还包括在航空器的多个部件中钻孔。

强制给进工具通常包括附接至齿轮头的发动机。齿轮头包括转动的并在向前和缩回方向上移动的主轴。使用时，发动机驱动齿轮头中的齿轮使主轴在向前方向上向前进入至工件上的预定深度。该主轴接着在相反的方向上移动离开工件至初始位置。当该主轴到达初始位置，令人期望的是：发动机关闭以使空气的使用量最小化，并且向操作者指示工具功能已完成。

先前的工具具有潜在的可靠性问题，由于关闭发动机的延迟或者失败，可导致主轴被卡在初始位置。这可导致主轴进入机械锁定。

先前的工具采用了多个方面以防止主轴被卡住。这些方面包括增大主轴的超程距离，并减慢主轴的缩回速度。然而，这些方面的每一个在增大循环时间、增多驱动机构设计的复杂性以及增大齿轮头的整体尺寸方面都具有其各自的缺点。另外，这些方面仍然具有使主轴被卡在初始位置的风险，特别是如果使发动机停止的信号发送失败。

发明内容

本发明涉及防止主轴被卡在初始位置的装置和方法。该设计和方法将使停止差动给进齿轮的机构安装在次级滑动离合器上。在到达主轴行程的极限的情况下，当主轴已经缩回并且空气发动机仍未被关闭时，其使得差动给进齿轮和主轴给进齿轮能够再次转动，从而消除了该工具进入机械锁定的风险。

一个实施例涉及一种强制给进工具，该强制给进工具配置成在向前方向和相反的方向运行。该给进工具包括长形主轴，长形主轴与给进路径对齐并且配置成沿所述给进路径轴向地移动，该主轴包括缩回止块以控制主轴在相反方向上的轴向移动的程度。该工具还包括主轴转动机构，其联接至该主轴以转动该主轴；主轴给进齿轮和差动给进齿轮，所述差动给进齿轮配置成沿给进路径轴向驱动主轴给进齿轮，主轴给进齿轮和差动给进齿轮均包括接合在一起的齿轮齿；以及离合器机构，其定位在差动给进齿轮上，以选择性地控制差动给进齿轮的转动，该离合器机构包括接触构件和偏置构件。离合器机构配置成当主轴在相反方向上运动过程中缩回止块和止块构件接合之前，防止所述差动给进齿轮和主轴给进齿轮转动；并且在缩回止块和止块构件接合之后，响应于该主轴在相反方向上的试图进一步的移动，通过允许离合器机构的接触构件和差动给进齿轮之间的移动，从而为该差动给进齿轮和主轴给进齿轮提供转动。

当主轴在相反方向上移动过程中在缩回止块和止块构件接合之前，差动给进齿轮可直接地接触抵靠离合器机构。

主轴给进齿轮与离合器机构间隔开，并且可以通过差动给进齿轮连接至离合器机构。

离合器机构包括具有第一成角度的凸轮表面的锥体构件，差动给进齿轮包括第二成角度的凸轮表面，其中所述第一成角度的凸轮表面和第二成角度的凸轮表面当主轴在相反方向的运动过程中接触在一起。

离合器机构进一步包括锥体构件和多个球构件，该球构件延伸穿过接触构件并且通过偏置构件偏置抵靠锥体构件。

锥体构件包括沿径向面的袋，每一所述袋大小成形为接收球构件之一，球构件大于袋，从而球构件向外延伸超出袋。

强制给进工具还包括可操作地连接至偏置构件的调节构件，以调节由偏置构件施加的力的量，该调节构件可移动地连接至接触构件，并且定位于接触构件的与锥体构件相反的一侧上。

差动给进齿轮沿给进轴与接触构件轴向地对齐，该差动给进齿轮相对于接触构件轴向地可移动。

另一实施例涉及一种防止强制给进工具中的主轴被卡住的方法。该方法包括：转动主轴，并且转动围绕该主轴定位的主轴给进齿轮，以及沿给进路径在第一方向上移动该主轴，主轴给进齿轮通过与差动给进齿轮的接合转动。该方法包括防止转动的主轴在第一方向上移动，并且沿主轴在相对的第二方向上开始轴向地移动转动的主轴给进齿轮。该方法包括：将离合器力施加至差动给进齿轮上，从而当主轴继续转动并且开始在所述第二方向上移动转动的主轴时，防止差动给进齿轮和主轴给进齿轮转动。该方法包括：当主轴给进齿轮在第二方向上移动并被防止转动时，增大施加至所述主轴给进齿轮上的力。当施加在主轴给进齿轮上的力增大到这种程度：差动给进齿轮转动主轴给进齿轮的第一扭矩大于差动给进齿轮抵抗离合器力转动的第二扭矩时，该方法包括转动所述差动给进齿轮以及所述接合的主轴给进齿轮。该方法还包括围绕主轴转动该主轴给进齿轮，并且防止主轴在第二方向上的进一步的移动。

该方法还包括在第二方向上移动主轴，并且将位于主轴上的缩回止块构件抵接接触构件，同时防止主轴给进齿轮转动。

该方法还包括偏置多个球构件抵靠与差动给进齿轮接合的中间构件，并且将所述离合器力施加至所述差动给进齿轮。

该方法可包括将多个球构件移出相应的袋，并且转动差动给进齿轮和接合的主轴给进齿轮。

该方法可包括相对于主轴给进齿轮轴向地移动差动给进齿轮并与离合器构件接合，以及防止差动给进齿轮转动。

该方法可包括防止所述转动的主轴在所述第一方向上的移动包括将连接至该主轴的深度止块构件抵接接触构件。

该方法还可包括在位于主轴上的缩回止块构件抵接接触构件之后，沿所述主轴轴向地移动主轴给进齿轮，并且抵靠主轴驱动齿轮。

不同实施例的不同方面可根据需要单独或者结合使用。

附图说明

图1是具有滑动离合器的强制给进工具的示意图；

图2是直角工具的透视图；

图3是轴向(in-line)工具的透视图；

图4是齿轮头的侧视剖视图；

图5是齿轮头在向前的给进操作处的侧视剖视图；

图6是齿轮头在缩回的给进操作处的侧视剖视图；

图7是具有形成阈值离合器的一部分的斜面的差动驱动齿轮的俯视图；

图7A是图7中的两个斜面的侧视图。

图8是在差动驱动齿轮和差动给进齿轮之间形成的阈值离合器的侧面透视图；

图9A是活塞位于横跨入口的第一位置、该工具处于向前给进操作的侧视剖面图。

图9B是活塞位于与入口间隔开的第二位置、该工具处于缩回操作的侧面剖视图。

图10是根据一个实施例、沿通过给进轴延伸的平面截取的滑动离合器的示意性侧剖视图。

图11是截取通过锥体构件、偏置构件和位于袋中的球构件的接触构件，在防止差动给进齿轮转动的接合方向上的示意性侧剖面图。

图12是截取通过锥体构件、偏置构件和在该离合器的滑动过程中移动出袋的球构件的接触构件的部分的示意性侧剖面图。

图13是防止差动给进齿轮转动的保持机构的侧面透视图。

图14是滑动离合器的示意图。

具体实施方式

本发明通过当驱动主轴的发动机未被关闭时，防止主轴被卡在初始位置，来改善强制给进工具的操作。如图1示意地示出的，工具10包括发动机12，发动机12驱动齿轮头14中的齿轮19以使主轴30转动。当该主轴30到达初始位置时，生成信号使发动机12停止，以防止主轴30在缩回方向R上进一步移动。离合器100被配置成当停止信号出现延迟或者失败时滑动，从而防止主轴30的机械锁定。这种设计使得主轴30具有最小化的超行程以及更准确的停止位置。

图2示出了通常的强制给进工具的例子，特别是直角的强制给进工具10。图3示出了轴向配置的强制给进工具10。直角和轴向是指发动机相对于主轴30的轴线的位置。该强制给进工具10通常包括具有主轴30的齿轮头14，该主轴30除了转动，每旋转一次朝待钻孔的工件前进一预定量。该主轴30被设计成在朝向工件的前进或向前的方向A以及在远离工件的缩回(即相反)方向R上移动。该发动机12可由压缩空气源(未示出)启动或者可为电动的以启动齿轮头14，从而使主轴30转动。该发动机12还可以由液压机液体驱动。

图4示出了与发动机12(未在图4中示出)分离的直角齿轮头14的侧视图。该齿轮头14包括由发动机12驱动的输入轴20。利用一组锥齿轮22为输入齿轮78提供转动。该输入齿轮78连接至差动单元49，差动单元49接着驱动包括主轴30的主轴单元39。类似的配置用于具有直接由发动机12驱动的输入齿轮78的轴向工具。对于直角齿轮头14和轴向齿轮头14来说，主轴单元39和差动单元49是基本相同的。

如图5和图6所示的，差动单元49通过发动机12启动，并接合主轴单元39以及驱动主轴单元39。该主轴单元39包括主轴30、主轴驱动齿轮31和主轴给进齿轮32中的一个或多个。差动单元49包括差动驱动齿轮41、差动给进齿轮42和给进轴40中的一个或多个。单元39、49通常与平行于给进轴40的主轴30是对齐的。

主轴30为长形构件，其包括一个或多个用于与驱动齿轮31接合的槽，以及与给进齿轮32接合的螺纹。主轴30的远端配置成接收刀头以在工件上执行操作。一个或多个止动构件81可被连接至主轴30，以控制主轴30在前进和缩回方向上的轴向运动程度。止动件81连接至该主轴30并与主轴30一起轴向地移动。在一个或多个实施例中，止动件81是穿套在主轴30上的圈。止动件81从该主轴30径向向外地延伸，其大小成形为与各自的接触构件82相抵接，以防止主轴30的额外的轴向运动。为防止损坏，在主轴30不能继续被向前驱动的位置，一个或两个接触构件82可包括轴承。

在图5和图6示出的一个实施例中，主轴30包括两个止动件81。第一深度止块构件81沿主轴30的近端部分设置，以控制在向前方向上的移动量。深度止块构件81抵接位于齿轮头14的顶部的接触构件82，以防止在向前方向上额外的轴向运动。第二缩回/初始止块81沿主轴30的远端设置，以控制相反运动量。该缩回/初始止块81抵接在齿轮头14的下部的接触构件82。

缩回/初始深度止块构件81创建该主轴30的初始位置。该初始位置可为在相反方向上主轴30的轴向运动的最远处。在一个或多个实施例中，该初始位置是主轴30的轴向位置，在该处缩回/初始深度止块构件81抵接接触构件82。

在一个或多个实施例中，齿轮头14被配置成容纳主轴30在相反方向上的超行程。该接触构件82可移动地连接至齿轮头14的壳体内。偏置构件38向外偏置接触构件82离开该壳体。当缩回/初始止块构件81抵接接触构件82同时该主轴30仍在相反方向上移动时，该接触构件82能够抵抗偏置构件38的力轴向向壳体内部移动。该额外的超行程距离在初始/缩回止块81抵接接触构件82之后提供了主轴30的额外的轴向移动。

驱动齿轮31和给进齿轮32均包括环形形状，其具有接收主轴30的中央开口。该主轴给进齿轮32包括内部螺纹，其穿在沿主轴30的长度延伸的外部螺纹上。因此，当主轴给进齿轮32相对于主轴30转动时，该主轴30将通过该主轴给进齿轮32在前进方向上给进。在一个或多个实施例中，主轴30的外部螺纹是左旋螺纹。主轴30还包括沿其长度延伸的槽。该主轴驱动齿轮31包括与主轴30上的驱动凹槽相接合的内部外花键。因此，当主轴驱动齿轮31转动时，该主轴30也转动。齿围绕每一齿轮31、32的外部周缘延伸，以与差动单元49的齿轮中的相应齿接合。偏置构件33定位成推动主轴给进齿轮32朝向主轴驱动齿轮31。

在差动单元49中，每一驱动齿轮41和给进齿轮42围绕给进轴40延伸，并包括围绕其周缘并分别与主轴单元39的相应齿轮31、32相接合的齿。差动给进齿轮42连接至给进轴40，并与给进轴40一起轴向移动。差动驱动齿轮41围绕给进轴40延伸，但不与给进轴40一起轴向移动(即给进轴40通过在差动驱动齿轮41中的中央开口滑动)。

活塞43连接至给进轴40并与给进轴40一起轴向移动。该活塞43被定位在缸体44的内部，其大小成形为横跨缸体44延伸。入口45位于缸体44的底部。入口45的大小成形为包括比缸体44的横截面尺寸更小的区域。偏置构件46沿位于活塞43和差动驱动齿轮41之间的给进轴40延伸。该偏置构件46将活塞43朝入口45偏置。

差动驱动齿轮41通过发动机12驱动。差动驱动齿轮41与可操作地连接至主轴30的驱动齿轮31接合，从而为主轴30提供转动。差动驱动齿轮41还可操作地连接至差动给进齿轮42并旋转该差动给进齿轮42。该差动给进齿轮42与穿在主轴30上的主轴给进齿轮32相接合。给进齿轮32、42使主轴30以基于驱动齿轮41/驱动齿轮31与给进齿轮42/给进齿轮32的比率的给进速度和方向在前进和缩回的方向上移动。在一个或多个实施例中，主轴30上的螺纹为左旋的，从而可以通过转动主轴给进齿轮32快于主轴驱动齿轮31来实现在前进方向上的给进。

为了在缩回方向上移动主轴30，将差动给进齿轮42与差动驱动齿轮41脱离。当差动给进齿轮42不被驱动时，该差动给进齿轮42变为静止的。由于给进齿轮32通过给进齿轮42驱动，该主轴给进齿轮32也变为静止的。主轴30仍由主轴驱动齿轮31(通过差动驱动齿轮41)驱动，由于沿与处于静止的主轴给进齿轮32接合的主轴30的长度的螺纹，导致该主轴30缩回。

该工具10可包括使差动给进齿轮42与差动驱动齿轮41脱离的多种方式。脱离包括差动给进齿轮42与差动驱动齿轮41轴向地移动分开。这可包括位于差动给进齿轮42和差动驱动齿轮41之间的扭矩过载离合器70，使差动给进齿轮42移动的机械升降环50，以及二级活塞43的一个或多个。在一个或多个实施例中，该工具10包括这些方面的每一方面。其他实施例包括具有这些方面的单个方面的给进工具10。还有一些实施例可包括具有两个或更多个这些方面的给进工具10。在一个具体的实施例中，该工具10包括升降环50和二级活塞60。在另一具体的实施例中，该工具10包括扭矩过载离合器70和二级活塞60。

该扭矩过载离合器70是将工具10在向前和缩回操作之间切换的一种方式。该离合器70包括在差动驱动齿轮41和差动给进齿轮42的接触面上的匹配斜面85。该斜面85匹配在一起以用于驱动齿轮41从而使给进齿轮42转动。偏置构件46的力保持位于相对的齿轮41、42上的斜面85之间的接合。

图7示出了包括环形横截面形状的差动驱动齿轮41的俯视图。中央开口86的大小成形为接收给进轴40。面向差动给进齿轮42的轴面84包括斜面85，每一斜面85包括如图7A中很好地示出的倾斜的凸轮面87。该凸轮面87与轴面84成角度α。该角度α可根据所需的结合程度而改变。在一个或多个实施例中，斜面85完全围绕中央开口86延伸。其他实施例可包括不同数量和构型的斜面85。该差动给进齿轮42包括与匹配在一起的相应斜面85类似的构型。位于相对的齿轮42、41上的斜面85可包括相同或者不同的角度α。

图8示出了匹配在一起的差动驱动齿轮41和给进齿轮42，诸如当该工具10在前进方向的操作中。相对斜面85的凸轮面87接触在一起，以使驱动齿轮41转动进齿轮42。驱动齿轮41还包括沿周缘的齿轮齿89，齿轮齿89与主轴驱动齿轮31上的相应的齿相接合。同样的，给进齿轮42包括周缘齿88，周缘齿88与主轴给进齿轮32上的齿相接合。斜面85至少通过由偏置构件46施加给齿轮41、42的偏置力保持接触。在差动给进齿轮42不能被驱动的情况下，这两个齿轮41、42将沿差动给进轴40的轴线相分离。引起的这种分离的过载扭矩量是由偏置构件46施加的力和凸轮面87的角度α的函数。

当工具10处于如图5所示的向前方向的操作时，差动给进齿轮42通过离合器70联接至差动驱动齿轮41，该离合器70包括通过偏置构件46的偏置力保持接触的匹配斜面85。该主轴给进齿轮32以不同于主轴驱动齿轮31的差动速度转动，从而使得该主轴30前进。在主轴30在前进方向上运动的范围内，主轴30的额外的运动通过上深度止块构件81抵接接触构件82来停止。在深度止块构件81和接触构件82的接触处，主轴给进齿轮32的驱动仍来源于差动给进齿轮42(通过差动驱动齿轮41)。当该主轴30被阻止轴向地向前移动但仍然通过主轴驱动齿轮31转动时，该螺接在主轴30上的主轴给进齿轮32沿该主轴轴向地向后移动。该运动使得主轴给进齿轮32抵靠偏置构件33移动。该结构为“推力过载”而研发，并且对于用于钻孔的工具是特别有利的，其中在主轴行程的末端小的停留时间对于精确的钻孔深度以及保持钻孔形状上的卷边是非常有利的。

在一个或更多个实施例中，偏置构件33包括一个或多个碟形垫圈、波形弹簧、磁铁以及压缩弹簧。该构件33具有大致等同于齿轮头14的推力定额的预加载。主轴给进齿轮32沿该主轴30的向后运动使得该齿轮32移动抵靠偏置构件33。这使得需要通过差动给进齿轮42的额外扭矩去转动主轴给进齿轮32。该额外的扭矩接着需要由差动驱动齿轮41供给的额外扭矩。在差动驱动以及给进齿轮41、42之间所需的额外扭矩使得凸轮表面87互相抵靠地滑动，并且齿轮41、42轴向地分离和脱离。这种脱离使得差动给进齿轮42以及因此的主轴给进齿轮32相对于彼此是静止的。主轴30通过静止的给进齿轮32的转动使得主轴30开始在缩回方向上移动。

在另一实施例中，或者结合离合器70，该主轴给进齿轮32包括升降环50。如图5和图6所示的，该环50径向向外地延伸超过主轴给进齿轮32的齿并且位于差动给进齿轮42之下。当该主轴30在向前的方向上移动时，该升降环50在差动给进齿轮42的底部轴面之下延伸。在行程的末端或者推力过载的情况下，该主轴给进齿轮32如上所述向后移动。当主轴给进齿轮32沿着该主轴30轴向移动时，该升降环50作用于差动给进齿轮42上并将该升降环50移动离开差动驱动齿轮31。

在一个或更多个实施例中，该升降环50可连接至主轴给进齿轮32。该升降环50和给进齿轮32可形成为一个整体件，诸如被模制在一起成为单一、一体的构造。该升降环50还可通过一个或更多个机械紧固件和/或粘结剂附接至给进齿轮32的下侧。该升降环50还可为通过偏置构件38与给进齿轮32的下侧保持抵靠接触的单独的构件。

在一个或更多个实施例中，扭矩离合器70和升降环50将差动给进齿轮42轴向地移动有限的量以与差动驱动齿轮41脱离。该活塞43可进一步构造为为差动给进齿轮42提供额外的轴向运动。活塞、给进轴40和差动给进齿轮42连接在一起作为一个单元轴向移动。如图9A和9B所示的，活塞43位于缸体44内，缸体44包括外壁57和底壁58。缸体44的横截面形状与活塞43相匹配，从而活塞43延伸跨过缸体44，并且活塞43能够在缸体44内轴向地移动。底壁58包括用于提供引入空气的入口45，从而作用在比缸体44的面积较小的活塞43的面积A1上。来自空气逻辑系统的空气按箭头Q的方向流入入口45。

当工具10处于如图9A所示的向前方向上的运行时，活塞43位于底壁58并入口45上方延伸。因此，空气作用于活塞43的部分，该部分等于通过入口45暴露的面积A1。偏置构件46向下压活塞43的力大于由空气施加在活塞43的减小的面积A1上的力。因此，活塞43(以及连接的给进轴40和差动给进齿轮42)保持在相同的轴向位置处。

一旦差动给进齿轮42的运动通过升降环50和/或阈值离合器70启动，由于活塞43通过差动给进轴40联接至差动给进齿轮42，活塞43也在缸体44中轴向地移动远离底壁58。活塞43的底部移动离开入口45，因此使得空气作用在活塞43的更大的面积A2上。这导致通过空气供应更大的力。该更大的力克服偏置构件46并且轴向地移动活塞43，并因此也移动差动给进齿轮42至与保持机构接触。使用空气移动活塞43极大地减少了将差动给进齿轮42从向前位置切换至缩回位置的时间。这也极大地减小了被卡住的可能性。

离合器100沿差动单元49设置以控制差动给进齿轮42和主轴给进齿轮32的运动。在一个或更多实施例中，当主轴30在缩回方向上移动时，当产生过多的扭矩以防止被卡住时，离合器100为差动给进齿轮42提供转动。当工具100在缩回方向上运行时，离合器100还可以防止差动给进齿轮42的转动。在一个或更多其他实施例中，离合器100仅提供差动给进齿轮42的转动以防止被卡住。

图10示出了离合器100的一个或更多个实施例，其包括锥体构件110、接触构件120、连接构件130、偏置构件140以及球构件150。图10示出了沿第一剖面线截取的构件的剖视图。

接触构件120沿给进轴40固定地安装。该接触构件120是固定的，从而在给进轴40和差动给进齿轮32的转动和轴向运动期间，该接触构件120不转动或者轴向地移动。该接触构件120包括大小成形为容纳给进轴40的中央开口。该中央开口可进一步围绕一个或多个套筒延伸，该套筒围绕给进轴40延伸。该接触构件120包括从中央开口向外延伸的径向凸缘121。开口122延伸穿过凸缘121并且每一开口122大小成形为容纳球构件150。凸缘121的高度小于球构件150的高度。围绕该凸缘121间隔的球构件150和开口122的数量可以变化。在一个或更多实施例中，至少三个开口122以及球构件150围绕凸缘121间隔开。

偏置构件140被定位成抵接球构件150并向该球构件150施加偏置力。偏置构件140的相对面由连接构件130固定。连接构件130可移动地连接至接触构件120。连接构件130是可朝向凸缘121轴向移动的，以调节凸缘121和连接构件130之间的间距，该间距容纳偏置构件140。在一个或更多实施例中，一个或多个紧固件延伸穿过连接构件130并进入凸缘121。位于紧固件顶端的插座是容易进入的，以转动该紧固件并调节容腔的间隔，从而调节由偏置构件140施加至球构件150的力。

锥体构件100包括具有围绕给进轴40延伸的中央开口的基座111的环形形状。该开口可进一步围绕如图10所示的接触构件120的一部分延伸。外轴壁112从该基座111轴向地向外朝差动给进齿轮42延伸。成角度的凸轮表面113围绕壁112的内周形成，该壁112的端部朝差动给进齿轮42减小。基部111包括袋114，每一袋大小成形为接收球构件150之一。该袋114可具有多种形状。在图11示出的一个或更多个实施例中，袋114包括具有5-85度之间的壁角的弯曲形状。轴承160也可定位在锥体构件110处。

差动给进齿轮42包括轴向地向锥体构件100延伸的凸锥体48。锥体48具有成角度的外表面109，该锥体朝向锥体构件100具有减小的宽度。该锥体构件48的大小成形为在差动给进齿轮42的轴向移动过程中适合在该锥体构件100的轴壁112之间。该锥体构件48的表面109的角度对应于凸轮表面113的角度，以在这些表面之间提供接触。图10包括具有包括凸锥体48的差动给进齿轮42的实施例。其他实施例可将凸锥体和凹锥体48、100颠倒(即锥体构件100可包括延伸至差动给进齿轮42的插座中的凸锥体)。

当差动给进齿轮42轴向地移动离开差动驱动齿轮41，该凸锥体48抵接锥体构件100的成角度的凸轮表面113。由于由偏置构件140通过球构件150施加的力，该锥体构件110被保持静止。在凸轮表面113、109之间的锥角被设计成创建防止差动给进齿轮42转动但仍允许差动给进齿轮42轴向移动的保持力(即该角不创建锥形锁套)。因为差动给进齿轮42通过其齿轮的齿与主轴给进齿轮32保持接合，也防止了该主轴给进齿轮32转动。

当该主轴给进齿轮32被保持为静止时，该主轴30在缩回方向上移动至初始位置。在一个或多个实施例中，初始位置包括缩回/初始止块81抵接相应的更低的接触构件82的点。在该点处，需要关闭发动机12。这包括切断用于空气发动机12的气源的空气，切断液压发动机12，或者切断电动发动机12的电力。对于空气发动机12，可使用正空气信号切换阀门或者再次排放空气逻辑系统中的空气以关闭阀门供应空气发动机12来实现切断。

离合器100还可配置成防止主轴30被卡住。在主轴行程到达极限的情况下，当主轴30缩回并且发动机12仍未被切断时，离合器100配置成允许差动给进齿轮42和主轴给进齿轮32再次转动，从而消除主轴30被卡住的可能性。

当主轴30在缩回方向上移动到达初始位置之前，通过主轴给进齿轮32施加至差动给进齿轮42的扭矩小于施加至将锥体构件110与球构件150保持在一起的力。这时，差动给进齿轮42与锥体构件110相接触，并且通过一个或多个气体抵抗活塞43和偏置构件46施加至差动给进齿轮42的力相对于锥体构件110保持静止。因此，该差动给进齿轮42和锥体构件110保持静止。

当主轴30到达初始位置并继续转动时，主轴给进齿轮32将沿该主轴30轴向地移动并抵靠主轴驱动齿轮31。将主轴30轴向移动抵靠主轴驱动齿轮31的力的大小大于由偏置构件140通过球构件150抵靠锥体构件110所施加的力的大小。这使得球构件150在其开口122内向上移动，锥体构件110的基部的表面接触抵靠接触构件120的凸缘121的表面。这使得锥体构件110通过轴承相对于接触构件120转动。因此，差动给进齿轮42与锥体构件110一起转动，并且主轴给进齿轮32由于与差动给进齿轮42的接合也转动。

球构件150的运动在图11和图12中示出。图11和图12为该球构件150的运动的示意的剖视图。在图11中，偏置构件140的力更大，因此如所示沿箭头D向下驱动球构件150以保持在其各自的袋114中。随着扭矩增大，通过锥体构件110施加至球构件150的力使得向上的力U施加至球构件150，以将其驱出袋114之外。

主轴给进齿轮32的转动意味着主轴30不再在相反的方向上轴向地移动。这防止主轴给进齿轮32卡住机构。这防止主轴给进齿轮32锁住主轴驱动齿轮31和/或缩回/初始构件81锁住接触构件82。向前移动的量通常是小的因为空气发动机12应该很快被关闭。

在一个或多个实施例中，操作者能够调节连接构件130相对于接触构件120的位置，以控制通过偏置构件140施加在球构件150上的偏置力。这为操作者提供了在进一步防止主轴缩回之前控制所需的扭矩量。在初始位置处滑转扭矩设置的变化是理想的，其使得能够实现适应工具速度/扭矩以及推力的范围，并且能够确保系统在所需的缩回过程中保持齿轮静止但允许齿轮在机械锁定之前滑动。

锥体构件110和差动驱动齿轮42之间的接合以防止转动可包括多种实施例。如图10所示的一个实施例包括具有匹配的成角度的凸轮表面的锥体离合器构造。图13示出了另一实施例，其中差动给进齿轮42包括一个或更多个轴向延伸部115。锥体构件110包括具有相应的腔129的面128，该腔129大小成形为接收该延伸部115。多种其他界面可被构造成防止这些构件的相对转动。

在一个或多个实施例中，离合器100包括锥体构件110。在图14示出的其他实施例中，离合器100不包括锥体构件110。差动驱动齿轮42与接触构件120和球构件150直接接合。这种构造也可以用于防止在差动驱动齿轮42轴向地远离差动给进齿轮41之后差动驱动齿轮42的旋转。

在一个或实施例中，单个偏置构件140用作抵靠每一球构件150。一个或更多其他实施例可包括单独的偏置构件140，用作抵靠每一球构件150。

在图10、11和12中所示的一个或更多个实施例中，具有偏置构件150的接触构件120与该锥体构件110轴向地对齐。一个或更多个其他实施例可将接触构件120和偏置构件150沿锥体构件120的外侧面定位，以接触抵靠锥体构件120。

多种偏置构件可包括多种不同的构型。该偏置构件可包括单个构件或者多个构件。多个构件可以相同也可以不同。所述构件可包括但不限于碟形垫圈、波式垫圈、波式弹簧以及压缩弹簧。

空间相对术语诸如“之下”、“以下”、“更低的”、“超过”、“上面的”等等被用于便于描述以解释第一构件相对于第二构件的位置。这些术语用于包括设备的不同方向，除了与这些图中所描绘的方向不同的方向。此外，术语诸如“第一”、“第二”等等被用于描述不同的构件、区域、部分等，并不起限制作用。相同的术语在全文中指代相同的构件。

如本文所使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是开放式的术语，其指代存在所述的构件或特征，但没有排除另外的元件或特征。冠词“一”(a)、“一”(an)和“该”(the)被用于包括复数和单数，除非在文中有明确地相反表示。

只要不偏离本发明的范围和必要特征，本发明还可以以不同于在此所描述的其他方式实施。因此，本发明实施例被视为在各方面是示例性的，而非限制性的，并且所有包含了所附权利要求书的手段和等同范围的所有变化。

Claims (15)

1.一种强制给进工具，其配置成在向前方向和相反方向上运行，所述给进工具包括：

长形主轴，其与给进路径对齐并配置成沿给进路径轴向地移动，所述主轴包括缩回止块以控制所述主轴在相反方向上的轴向移动的程度；

主轴转动机构，其联接至所述主轴以转动所述主轴；

主轴给进齿轮和差动给进齿轮，所述差动给进齿轮配置成沿所述给进路径轴向驱动所述主轴给进齿轮，所述主轴给进齿轮和所述差动给进齿轮均包括接合在一起的齿轮齿；

离合器机构，其定位在所述差动给进齿轮上，以选择性地控制所述差动给进齿轮的转动，所述离合器机构包括接触构件和偏置构件；

其中所述离合器机构配置成：

在所述主轴在相反方向上运动过程中在所述缩回止块和止块构件接合之前，防止所述差动给进齿轮和所述主轴给进齿轮转动；

在所述缩回止块和止块构件接合之后，响应于所述主轴在相反方向上的试图进一步的运动，通过允许所述离合器机构的接触构件和所述差动给进齿轮之间的运动，从而为所述差动给进齿轮和所述主轴给进齿轮提供转动。

2.根据权利要求1所述的强制给进工具，其中，在所述主轴在相反方向上移动过程中，在所述缩回止块和所述止块构件接合之前，所述差动给进齿轮直接地接触抵靠所述离合器机构。

3.根据权利要求1所述的强制给进工具，其中，所述主轴给进齿轮与所述离合器机构间隔开，并且通过所述差动给进齿轮连接至所述离合器机构。

4.根据权利要求1所述的强制给进工具，其中，所述离合器机构包括具有第一成角度的凸轮表面的锥体构件，所述差动给进齿轮包括第二成角度的凸轮表面，其中，所述第一成角度的凸轮表面和第二成角度的凸轮表面在所述主轴在相反方向的运动过程中接触在一起。

5.根据权利要求1所述的强制给进工具，其中，所述离合器机构进一步包括锥体构件和多个球构件，所述球构件延伸穿过接触构件并且通过偏置构件偏置抵靠所述锥体构件。

6.根据权利要求5所述的强制给进工具，其中，所述锥体构件包括沿径向面的袋，每一所述袋大小成形为接收所述球构件之一，所述球构件大于所述袋，从而所述球构件向外延伸超出所述袋。

7.根据权利要求1所述的强制给进工具，进一步包括可操作地连接至所述偏置构件的调节构件，以调节由所述偏置构件施加的力的量，所述调节构件可移动地连接至所述接触构件，并且定位于所述接触构件的与所述锥体构件相反的一侧上。

8.根据权利要求1所述的强制给进工具，其中，所述差动给进齿轮沿所述给进轴与所述接触构件轴向地对齐，所述差动给进齿轮相对于所述接触构件能够轴向地移动。

9.一种防止强制给进工具中的主轴被卡住的方法，所述方法包括：

转动主轴，并且转动围绕所述主轴定位的主轴给进齿轮，以及沿给进路径在第一方向上移动所述主轴，所述主轴给进齿轮通过与差动给进齿轮的接合转动；

防止所述转动的主轴在第一方向上移动，并且沿所述主轴在相对的第二方向上开始轴向地移动所述转动的主轴给进齿轮；

将离合器力施加至所述差动给进齿轮上，从而当所述主轴继续转动并且开始在所述第二方向上移动所述转动的主轴时，防止所述差动给进齿轮和所述主轴给进齿轮转动；

随着所述主轴给进齿轮在第二方向上移动并被防止转动，增大施加至所述主轴给进齿轮上的力；

当施加在所述主轴给进齿轮上的力增大到这种程度：所述差动给进齿轮转动所述主轴给进齿轮的第一扭矩大于所述差动给进齿轮抵抗所述离合器的力转动的第二扭矩时，转动所述差动给进齿轮和该接合的主轴给进齿轮；以及

围绕所述主轴转动所述主轴给进齿轮，并且防止所述主轴在所述第二方向上的进一步的移动。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在所述第二方向上移动所述主轴，并且将位于所述主轴上的缩回止块构件抵接接触构件，同时防止所述主轴给进齿轮转动。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括偏置多个球构件抵靠与差动给进齿轮接合的中间构件，并且将所述离合器力施加至所述差动给进齿轮。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括将多个球构件移出相应的袋，并且转动所述差动给进齿轮和所述接合的主轴给进齿轮。

13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括相对于所述主轴给进齿轮轴向地移动所述差动给进齿轮并与所述离合器构件接合，以及防止所述差动给进齿轮转动。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，防止所述转动的主轴在所述第一方向上的移动包括将连接至所述主轴的深度止块构件抵接接触构件。

15.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在位于主轴上的缩回止块构件抵接所述接触构件之后，沿所述主轴轴向地移动所述主轴给进齿轮，并且抵靠所述主轴驱动齿轮。