CN1067930C - 应用谐振振荡质量的扭转工具 - Google Patents

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Abstract

公开了一种小反作用的应用振荡质量的扭转工具(1)，其中，振荡质量(4)通过反转脉冲被激励成大体上进行谐振振荡，从而使环绕着一扭簧(3)的振荡增大，并直到其扭矩与储存在扭簧(3)中的能量相结合超过使一工件进一步转动拧紧所需的扭矩时，从扭簧中释放出来的能量将该工件拧紧。而且，一附加激励扭矩可确保只将释放的扭矩施加于拧紧方向。

Description

应用谐振振荡质量的扭转工具
本发明大体上涉及机动工具，更具体地说，是涉及应用惯性的手持扭转工具。当前的小反作用工具是使一回转惯性质量加速通过一相对大角度的普通工具。这种加速是由一马达用输出扭矩实现的，此输出扭矩与工具的扭矩输出能力来比是相对低的。当惯性质量被加速时就会贮存动能。在惯性质量已转过一足够大角度(例如180°或更大)后，一离合装置就使此回转惯性质量与一工件连接。而之后的惯性质量之负加速度就产生一输出扭矩，此扭矩要比加速马达提供的输出扭矩高(见图3)。此高输出扭矩不对使用者施加反作用，因为该反作用是由与飞轮即惯性质量的负加速度相关的扭矩提供的。
一般说来，在惯性质量与工件之间可配置两类离合装置。占主导地位的方法是利用机械离合器。不幸的是，此类离合器的快速接合与脱开导致了噪音的产生，并且在冲击转换区产生的高应力会使零件磨损和变形，这样会使离合器效率减低，使用寿命变短。
一第二种离合方法是采用一种液压锁闭离合器。虽然在运作时比机械离合器安静，但制造成本高及潜在的液压介质的损失使液压闭锁离合器的应用受到限制。
在日本专利JP-A-0403097中公开了一现有技术的机动拧螺钉装置。在此装置中，用高频电流与一振动体结合以产生一种小振动，此小振动通过一凹座传递至螺钉。在螺钉被拧紧的过程中，该振动作用撞击螺钉从而改善了此拧螺钉装置的操作性能。虽然振荡体上的振动作用有助于拧螺钉装置的操作，但其振动力是小的，不足以克服应用惯性原理的手持扭转工具所需要的摩擦力。
上面所讲述的缺陷存在于现有的这类装置和方法之中。因此，提供一种旨在克服上述一种或多种缺陷的替换方案显然是有好处的。因而将提供一种包括了在下面要更详细公开之特征的合适的替换方案。
本发明的一个方面是通过提供一种应用谐振振荡质的扭转工具来实现的，此工具包括一可回转谐振的振荡质量，一使该质量进行振荡的装置；一将该振荡质量与一转动摩擦力调定工件连接的弹簧装置，一种沿拧紧的回转方向与振荡质量一起实现一回转激励(bias)的装置，激励的大小只是在与由此振荡质量沿该拧紧转动方向产生的力相组合才足以使工件沿一拧紧方转动；而且由此振荡质量减去该回转激励后在沿相反的转动方向所产生的力不足以使该工件沿此相反的转动方向进行转动。
上述的及其它方面在结合附图对本发明进行详细介绍后会变得更加清楚。各附图为：
图1是本发明应用谐振振荡质量的扭转工具剖视图；
图2是现有技术应用加速质量的冲击工具在经历时间中于一紧固件上施加的扭转曲线图；
图3是本发明应用谐振振荡质量系统的工具在经历时间中施加于紧固件上的扭矩曲线图。
参看图1，图中所示本发明的应用谐振振荡质量的扭转工具总体用参考号码1表示。一套筒型套筒扳手即卡紧装置5与一(未示出的)待拧紧的紧固件头部紧密地接合。套筒扳手5与一扭簧3连接，扭簧3又与一杯状飞轮转子即振荡质量4连接。飞轮转子4以后面会介绍的方式环绕一内部定子20转动和振荡。一永磁体9被安置在飞轮转子4内径面中的一凹槽2中。一屏蔽环和磁回路通道8回绕着飞轮转子4。屏蔽环8是用钢那样的导磁材料制作的，且被安装在一构成工具外壳的壳体15中。一用来握持工具的手柄11连接在壳体15上。一扳机14可使工具起动，一正，反向开关13可选定从操作者看来要么是沿一般为顺时针的拧紧方向转动或是沿一般为逆时针的拧松方向转动。
如图1所示，飞轮转子4，扭簧3及套筒扳手5借助轴承16及环绕套筒19的轴承17、18，被支承得可在壳体15内及定子20的延伸部份内转动。一前光学编码器7用来检测该套筒的转动，一光学飞轮位置编码器10则用来确定飞轮转子4的位置及运动。
在运行中拧紧一螺纹紧固件时，一开始飞轮被作为一种传统的马达，通过电磁线圈激励励磁和对永磁体9的反作用来驱动以完成紧固周期的拧紧(rundown)部份。一旦紧固件达到了飞轮作为传动马达被驱动时所能达到的输出极限。套筒扳手5的转动就停止，并被前光学编码器7测出。飞轮转子4的位置则被光学位置编码器10测出。如图3所示，根据检测的被停止套筒的状况，通过对电磁线圈6施加一反转能量脉冲而使该合适的电子线路开始振荡飞轮转子，并使飞轮转子以此惯性质量弹簧系统的谐振频率或其附近的频率振荡。随着脉冲式振荡的连续进行飞轮转子连续地被沿拧紧方向附加激励并在扭簧3中沿反转方向产生和储存振荡能量。这样就建立一种状况，在这种状况下，振荡能量和马达驱动能量总合起来沿飞轮转子振荡的一个方向对紧固件施加一拧紧扭矩，并且与反向振荡上的作用力不一样，从而使得拧紧扭矩超过拧松扭矩一数量，其约为两倍的附加激励扭矩。
随着由于处在质量弹簧系统谐振振荡或其附近处振荡而在每个反向脉冲中储存能量的增加，就可达到所施加的总扭矩逐渐使紧固件拧紧而在反向振荡上不被拧松的时刻。现已发现：为了防止反向振荡使紧固件被拧松，则需要一大约为工具最终输出扭矩之10％-20％的驱动扭矩。此驱动扭矩量会对操作者起反作用。因此，采用本发明的振荡质量原理能够使输出扭矩多倍于操作者受到的反作用扭矩。说明此情况的另一种方式是：在扭转簧中的扭矩超过阻碍紧固件运动的工件扭矩时，该紧固件就被这些扭矩间的差值加速。在这一过程中，会使一些能量从振荡质量系统中失去。该马达可以补充失去的能量，再加之更多的重复振荡从而使振荡连续到被紧固完成为止。在达到了所要求的紧固件扭矩时，马达就会停止激励飞轮。
光学传感器10和7给工具控制提供反馈信息。如上所述，为了防止紧固件被拧松，振荡激励扭矩可被施加于一附加激励扭矩即马达驱动扭矩的峰值上。此附加激励扭矩可以是紧固该连接接头所要求的扭矩的一部份。
除了上面公开的该实施例外，还可以有很多个别的实施例。在某些情况中，振荡质量可以被连接于如在本实施例中那样的工件上。此外，在振荡质量中已经储存了某一数量的动能之后，离合机构可用来将这种作用的扭矩传送给工件。在所有实施例中的共同思路是：扭转工件用的能量是通过使质量弹簧系统在其谐振频率或附近处振荡来提供的。
采用本发明原理的工具的优点是工具重量小。现有的工具需要一足够大的马达/惯性件组合结构，以便在惯量件组合结构在加速转过有限的一角度时，提供足够的动能去克服该当时工件的扭矩。在通过一段较长时间内连续地进行激励的本发明中，可在不增大马达或惯性件尺寸的情况下能够获得更大的扭矩值。
本发明的工具反作用低、震动小。其激励频率相对当前工具的扭矩输送频率而言大体上高些。与当前工具之重复的“飞轮旋转加快”(flywheel spinup)有关的频率相比，该较高的频率更容易被衰减(见图2)。与面临的当前冲击工具宽频带特性的工具方案相比，在利用窄频带激励频率的以振荡质量为基础的方案中更容易采取消声、减震措施。另外，也可以消除撞击表面，进而噪声低，磨损小。
本发明的工具更容易控制和具有更精确的扭转精度。本发明的工具以更小、更高频率的扭矩脉冲将扭矩传送给工件。与现有低反作用工具相比所述较小的脉冲可允许在施加扭矩过程中更精确地控制，而且对工件刚度亦即对连接程度的依赖性更小。此外，本发明的基本概述本身可很好地适合于电气驱动实施方案，这些方案给使用者提供拓宽的以其它方式如运作速度的控制技术。
已结合实施例对本发明进行了解释，但并不希望用此实施例去限制本发明权利要求限定的保护范围。

Claims (6)

1．一种应用谐振振荡质量，用于转动摩擦力调定工件的扭转工具，包括：
一回转谐振的转动振荡质量(4)；
一用于使质量(4)谐振振荡的装置；
一将质量(4)连接于一转动摩擦力调定工件的弹簧装置(3)，该装置(3)允许在振荡质量(4)与该调定工件之间有相对转动；
一用于对质量(4)沿一拧紧转动方向实现转动附加激励的装置，此附加激励之量值只有与该振荡质量(4)在所述相同的拧紧转动方向上产生的力相组合才足以使该工件沿一拧紧方向转动；以及
一由该振荡质量(4)沿相反的转动方向产生的力减去该回转附加激励就不足以使工件沿该相反的转动方向转动。
2．如权利要求1所述的工具，其特征在于，该扭转工具(1)是一手持扭矩扳手。
3．如权利要求1所述的工具，其特征在于，该弹簧装置(3)是一扭簧。
4．如权利要求1所述的工具，其特征在于，该实现回转附加激励的装置沿该回转方向施加一个其量值约为最终输出扭矩的10％-20％的附加激励扭矩。
5．如权利要求1所述的工具，其特征在于，振荡质量(4)的位置是由一位置编码器(10)检测的。
6．如权利要求5所述的工具，其特征在于，该位置编码器(10)是一光学位置编码器。
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