CN108398069A - 具有受可变预形成应力的螺旋弹簧收放系统的卷尺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有受可变预形成应力的螺旋弹簧收放系统的卷尺。特别地，示出了一种包括基于弹簧的收放系统的工具、比如卷尺。该基于弹簧的收放系统由螺旋弹簧驱动，该螺旋弹簧具有沿着该弹簧的长度可变的预形成的应力曲线。

Description

具有受可变预形成应力的螺旋弹簧收放系统的卷尺

技术领域

本发明总体上涉及工具领域。本发明具体地涉及包括受可变应力的弹簧收放系统的卷尺、测尺、可收放式尺等。

背景技术

卷尺是用于各种测量应用、包括用在建筑工业或建筑业中的测量工具。一些卷尺包括卷绕在卷轴上的带刻度标记的尺片并且还包括用于自动地将尺片收回到卷轴上的驱动系统。在一些典型的卷尺设计中，收放系统由卷簧或螺旋弹簧驱动，该卷簧或螺旋弹簧在尺带被伸放时被张紧从而存储能量，并且释放能量以使卷轴旋转，从而将尺片卷回到卷轴上。

发明内容

本发明的一个实施方式涉及一种测尺，该测尺包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧联接在尺带片与卷尺壳体之间使得弹簧在尺带片从壳体伸放时存储能量，并且释放能量以驱动尺带片的收回。应力水平(例如通过自由卷绕直径所测得)沿着螺旋弹簧的长度改变。

在特定实施方式中，螺旋弹簧具有内端、外端、在内端与外端之间延伸的长度、以及邻近于外端的第一长度部段。如通过自由卷绕直径测得的第一长度部段内的应力沿着第一长度部段的长度减小。在这种实施方式中，由于自由卷绕直径与弹簧内的应力成反比，因此自由卷绕直径沿着第一长度部段的长度增大。在特定实施方式中，自由卷绕直径沿朝向螺旋弹簧的外端的方向增大。

在下面的详细描述中将阐述另外的特征和优点，并且根据描述内容，这些特征和优点中的部分特征和优点对于本领域技术人员而言将是明显的，或者通过实施如本发明的书面描述内容和权利要求书以及附图中所描述的实施方式将认识到这些特征和优点中的部分特征和优点。应当理解的是，以上概要描述以及下面的详细描述均为示例性的。

包括有附图以提供进一步的理解，并且附图被包括在该说明书中并且构成该说明书的一部分。附图示出了一个或更多个实施方式，并且附图与描述内容一起用于解释各种实施方式的原理和操作。

附图说明

图1是根据示例性实施方式的卷尺的左侧立体图。

图2是图1的根据示例性实施方式的卷尺的右侧立体图。

图3是图1的根据示例性实施方式的卷尺的分解图，其示出了受可变应力的螺旋弹簧。

图4是用于形成根据示例性实施方式的受可变应力的螺旋弹簧的金属带的俯视图。

图5是示出根据示例性实施方式的受可变应力的螺旋弹簧的制造的示意图。

图6是根据示例性实施方式的受可变应力的螺旋弹簧处于自由状态时的示意图。

图7是根据示例性实施方式的受可变应力的螺旋弹簧与典型卷尺弹簧相比较的代表性的扭矩曲线。

具体实施方式

总体上参照附图，示出了根据示例性实施方式的用于卷尺收放系统的可变预受应力的螺旋弹簧以及相关的制造方法。本文中所讨论的卷尺的各种实施方式包括创新的收放系统，该收放系统包括受可变应力的螺旋弹簧，该受可变应力的螺旋弹簧设计成提供各种期望的收放特性，包括减小的尺带收放速度和尺带加速度。

如通常所将理解的，在一些卷尺设计中，在尺带片伸放期间弹簧存储能量，而在尺带片收回期间弹簧对卷轴施加力，从而致使尺带片卷回到卷轴上。弹簧设计的各个方面，比如弹簧能量、扭矩曲线、弹簧常数等，被选择成确保弹簧的操作能够引起满意程度的尺带收放。在这种卷尺中，弹簧设计是与卷尺片的收放相关的各种参数的函数，其中，所述各种参数包括卷尺片的宽度、长度、形状及材料、卷尺卷筒(spool)/收放系统内的摩擦力、弹簧能量转换成尺带片的收放的机械效率、在收放期间卷尺片的期望速度/加速度等等。因而，对于一组给定的卷尺机械参数和给定的期望收放速度/加速度而言，卷尺内的弹簧系统需要在尺带收放期间存储和释放给定量的能量。

在典型的卷尺设计中，螺旋弹簧用于提供收放能量，并且在这种设计中，螺旋弹簧的长度和/或宽度是典型的弹簧参数，其被调节成提供如对于特定设计而言所需的更多或更少的收放能量。例如，在这种常规的卷尺中，通常使用较长或较宽的螺旋弹簧来产生较长的卷尺片、较重的卷尺片、较快的收放速度等所需的收放力。

如本文中所论述的，申请人设计了各种创新的卷尺片收放系统，该卷尺片收放系统利用了螺旋弹簧，该螺旋弹簧具有沿着所述螺旋弹簧的长度而改变的预产生的或预形成的应力水平。特别地，所述预形成的应力水平在螺旋弹簧的邻近于卷轴或弹簧壳体的外部部段处减小。申请人认为，通过使存在于卷尺螺旋弹簧的一部分中的、比如存在于外部部段中的预形成的应力水平变化地减小，由弹簧传递的最大扭矩会降低，并且扭矩曲线的斜度会降低，而同时能够传递足够大的初始或预加载扭矩。

如所将理解的，弹簧的预受应力的部分的自由卷绕直径与由预受应力的弹簧部分所传递的扭矩成反比。因而，在本文中所讨论的实施方式中，螺旋弹簧的自由卷绕直径在弹簧的邻近于弹簧的最外端(即，壳体端)的部段处增大，这样形成了与在其外端附近并不具有降低的应力程度的标准卷尺弹簧相比最大扭矩较低并且扭矩曲线较平的螺旋弹簧。申请人认为，这种布置使最大收放速度减小，这又会使尺带片钩撞击卷尺壳体的力减小，并且还会降低/消除可能另外在尺带收放的最后数英尺内出现的振动。

参照图1和图2，示出了根据示例性实施方式的长度测量装置，比如卷尺10。卷尺10包括可卷绕的尺带片14以及壳体18。通常，尺带片14为包括多个带刻度的测量标记的长形材料带，并且在特定实施方式中，尺带片14为长形金属材料(例如，钢材料)带，其最外端联接至钩组件，该钩组件示出为钩组件26。尺带片14可以包括有助于保护尺带片14和/或尺片的带刻度标记的各种涂层(例如，聚合物涂层)。

如图1中示出的，尺带片14的长度可变的经伸放的部段22能够收回至壳体18以及从壳体18伸放。如下面将更详细说明的，尺带片14的收放是由可变预受应力的螺旋弹簧提供的。钩组件26固定地联接至尺带片14的外端部30。

如图2中示出的，尺带片14的非伸放的部分被卷绕到由壳体18围绕的卷轴34上。卷轴34围绕卷尺10的轴线38可旋转地布置，并且收放机构42联接至卷轴34并构造成驱动卷轴34围绕旋转轴线38，这进而提供了尺带片14的动力式收放。收放机构42包括给收放机构42提供收放能量的长形螺旋弹簧，并且如下面将更详细讨论的，该螺旋弹簧沿其长度变化地受应力。设置有用以与尺带片14选择性接合的尺带锁46，尺带锁46用于限制收放机构42使得尺带片14的经伸放的部段22保持处于期望的长度。

参照图1，壳体18包括第一侧壁50、第二侧壁54、以及将第一侧壁50与第二侧壁54连接的周缘壁58。如图2中示出的，第一侧壁50、第二侧壁54和周缘壁58限定内部腔62，卷轴34和收放机构42容纳在内部腔62中。参照图1，第一侧壁50和第二侧壁54具有大致圆形的轮廓66。在其他实施方式中，侧壁可以是矩形的、多边形的，或者可以是任何其他期望的形状。壳体18的一部分可以由弹性材料，比如天然橡胶或合成橡胶，共同模制而成或单独形成。在示出的构造中，壳体18形成为具有壳体缓冲件70和从周缘壁58的下部78延伸的支腿74。

沿着周缘壁58的前部86限定有槽82。槽82提供了卷尺壳体中的开口，该开口允许尺带锁46延伸到壳体18中。另外，槽82所具有的长度足以允许尺带锁46相对于壳体18在锁定位置与解锁位置之间移动。

在周缘壁58中在槽82下方设置有尺带端口90。尺带端口90具有与尺带片14的弧形截面轮廓相对应的弧形形状部94。尺带端口90允许尺带片14收回至限定在壳体18内的内部腔62以及从该内部腔62伸放。

如图1和图2中示出的，卷尺10包括手指防护组件98。手指防护组件98包括防护件102和防护件支承构件106。如图1中示出的，防护件102的在壳体18外部的部分呈大致U形形状并且从壳体18向下延伸。如图2中示出的，当尺带14处于收回位置时，钩组件26的后表面抵靠防护件102。如下面将更详细说明的，在至少一些实施方式中，收放系统42的螺旋弹簧配置成借助于可变的预形成的应力而在收回期间当尺带钩26接近防护件102时使作用于卷轴34/尺带14的最大扭矩和/或扭矩的斜率减小。最大扭矩的这种减小引起了尺带片14的较低的最大收放速度，这又使在尺带片14完全收回时当钩26与防护件102接触时钩组件26所经受的力减小。

参照图3，示出了根据示例性实施方式的卷尺10的分解图。卷尺10包括弹簧，该弹簧示出为螺旋弹簧100。通常，螺旋弹簧100联接在柱状件108与尺带片14(或者卷轴34)之间使得螺旋弹簧100在尺带14伸放期间存储能量以及在尺带片14收回期间释放能量，以进行驱动来将尺带片14重新卷绕到尺带卷轴34上。在一些实施方式中，螺旋弹簧100安装在位于卷轴34内的弹簧卷筒104内。在其他实施方式中，螺旋弹簧100直接安装在卷轴34内。

参照图4，示出了用于形成螺旋弹簧100的一卷预受应力的钢材料110。螺旋弹簧材料110是弹性材料(例如，金属材料、钢材料等)的长形条或带，其具有中央本体部段116，中央本体部段116在第一端部112与第二端部114之间延伸。如将能够理解的，螺旋弹簧100在被组装到卷尺壳体18中时被卷绕到弹簧卷筒104或卷轴34中使得第一端112联接至尺带片14或卷轴34并且第二端114联接至柱状件108(或者以其他方式联接至壳体18)。如图4中示出的，端部112呈突出形状以便于与尺带14或卷轴34中的接纳孔或接纳槽摩擦联接，并且类似地，端部114呈突出形状，以便于与柱状件108中的接纳孔或接纳槽摩擦联接。

如图4中示出的，弹簧材料110形成为使得金属材料具有沿着所述金属材料的长度的至少一部分改变的逐渐减小的预形成的应力水平，所述至少一部分示出为应力减小部段120。图4示出了就形成于弹簧材料110内(以及因此弹簧100中)的预形成的应力水平方面而言的应力减小部段120，其中，所述预形成的应力水平是以沿着弹簧材料110的长度的邻近于端部112(其在安装到卷轴34中时变为弹簧100的外端)的不同部分处的自由卷绕直径而测得的。如图4中代表性地示出的，应力减小部段120的自由卷绕直径在位置1处为13mm，在位置2处为13.13mm，在位置3处为13.26mm，在位置4处为13.39mm，并且在位置5处为13.52mm。在该特定实施方式中，位置5邻近于端部112定位，位置4从位置5沿着弹簧100的长度向内定位，依次类推。

在其他实施方式中，弹簧100的外端附近的自由卷绕直径基本上大于弹簧100的主要或中央部分的自由卷绕直径。在一些实施方式中，弹簧100的邻近于弹簧100的外端的至少一个部段的自由卷绕直径为弹簧100的主要或中央部分的自由卷绕直径的2倍、4倍、5倍、20倍、50倍、75倍或者100倍。在特定的实施方式中，在弹簧100的外端112的1米之内的部段的自由卷绕直径为20mm，50mm，100mm以及1000mm。在特定实施方式中，弹簧100的在弹簧100的外端112的1米之内的部段的自由卷绕直径介于20mm与1000mm之间，介于50mm与1000mm之间，介于20mm与100mm之间或者介于50mm与500mm之间。在一些这样的实施方式中，弹簧100的中央部分的自由卷绕直径介于10mm与20mm之间，具体地，介于13mm与15mm之间。在一些这样的实施方式中，这些确定的自由卷绕直径是沿着在弹簧100的外端112的1米之内的弹簧部段的长度的平均自由卷绕直径。在一些其他实施方式中，这些确定的自由卷绕直径是在沿着在弹簧100的外端112的1米之内的弹簧部段的长度的至少一个位置处测得的离散的自由卷绕直径。

在各种实施方式中，弹簧100的中央部分的长度比弹簧100的具有较低的预形成的减小应力的部段的长度大。在各种实施方式中，中央部分的长度是弹簧100的邻近于外端112的具有较低的预形成的减小应力的部段的长度的至少5倍，具体地，至少10倍，更具体地，至少50倍。

参照图5，示出了根据示例性实施方式的系统200以及用于形成受可变应力的螺旋弹簧、比如弹簧100的相关方法。系统200包括金属片材(例如，钢带)或带状材料204的供给件202。供给件202送出金属带204，并且金属带204移动通过整平台，该整平台示出为对置的压延辊206。接着，金属带204在加热台208处被加热，并且在压制台210处给带204中形成突出的端部112和114。

接着，金属带204绕过辊212，并且移动到加压台214中。加压台214构造成当金属带204经过台214时在金属带204的不同的部分处形成不同程度的预形成的应力。在示出的实施方式中，加压台214包括杆216，杆216在不同位置处接合带204，这致使带204中发生不同程度的变形。这种不同的变形与当卷绕到卷尺壳体18中时沿着弹簧100的长度形成的不同程度的应力有关。

在该实施方式中，杆216相对于带204沿箭头218的方向移动。杆216朝向带204移动，从而使在带204围绕杆216移动时形成于带204处的弯曲半径减小。借助于杆216使弯曲半径减小用于使带204中的变形增大，并且因此使形成于带204的特定纵长位置中的应力增大，使得带204的变形程度更大的部分具有较小的自由卷绕直径(即，被卷绕得更紧)。相反，当杆216移动离开带204时，在带204围绕杆216移动时形成于带204处的弯曲半径增大。借助于杆216使弯曲半径增大用于使变形减小，并且因此使形成于带204的特定纵长位置中的应力减小，使得带204的变形程度较低的部分具有较小的自由卷绕直径(即，被卷绕得不太紧)。因而，在该实施方式中，通过将杆216相对于带204的位置改变，在沿着带204的长度的不同纵长位置处形成了不同程度的应力。

在加压台214之后，带204则被卷绕到围绕心轴220的存储装置中，从而形成弹簧材料110。在图5的示意图中，带204沿与由杆216在加压台214内形成的弯曲的方向相反的方向围绕心轴220卷绕。因而，在图5的取向中，带204沿用箭头222表示的逆时针方向围绕杆216弯曲，并且沿用箭头224表示的顺时针方向围绕心轴220卷绕。

参照图6，弹簧110示出为在被卷绕到卷轴34中之前处于自由或松弛状态。如图6中示出的，弹簧110具有主要或中央部段130，主要或中央部段130具有占据了弹簧110的长度的大多部分的大致恒定的自由卷绕直径。如图6中示出的，低应力区域120的自由卷绕直径比部段130的自由卷绕直径大很多。

图7示出了具有恒定的自由卷绕直径的标准卷尺弹簧的代表性扭矩曲线图——其为曲线140、以及弹簧100的代表性扭矩曲线图。在示出的实施方式中，除如本文中论述的改变的降低的应力水平之外，用曲线140表示的弹簧与弹簧110相同(例如，相同的材料、相同的宽度、相同的厚度、相同的长度等)。如图7中所见，由弹簧100施加的最大扭矩比用曲线140表示的弹簧的最大扭矩小，并且由弹簧100施加的扭矩曲线的斜率比曲线140的斜率小。

应当理解的是，附图详细地示出了示例性实施方式，并且应当理解的是，本申请不限于该描述内容中所阐述的或者附图中所示出的细节或方法。还应当理解的是，术语只是出于描述的目的，而不应当被认为是限制性的。

鉴于本说明书，本发明的各个方面的进一步改型和替代性实施方式对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，该描述内容应当被解释为只起说明作用。各种示例性实施方式中示出的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细地描述了一些实施方式，但能够进行许多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置形式、材料的使用、颜色、取向等方面的变型)而不会在实质上脱离本文中所描述的主题事物的新颖教示和优点。示出为一体形成的一些元件可以由多个部件或元件构造而成，可以颠倒或者以其他方式改变元件的位置，并且离散元件或位置的性质或数目可以改变或变化。根据替代性实施方式，任何过程、逻辑算法或者方法步骤的顺序或次序可以改变或者重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下还可以对各种示例性实施方式的设计、操作状况和布置进行其他的替换、修改、改变和省略。

除非另有明确说明，否则决不意味着本文中阐述的任何方法被解释为要求其步骤以特定的次序执行。因此，在方法权利要求实际上不叙述其步骤所遵循的顺序或者在权利要求或描述内容中没有另外具体阐述步骤被限制为特定顺序的情况下，决不意味着能够推断出任何特定的顺序。另外，如本文中所使用的，冠词“一”意在包括一个或更多个部件或元件，并且并不意在被解释为仅意味着一个。如本文中所使用的，刚性联接是指两个部件以使得当受到力作用时能够以固定的位置关系一起移动的方式相联接。

本发明的各种实施方式涉及任何特征的任何组合，并且在本申请或将来的申请中可以要求保护特征的任何这种组合。上述任何示例性实施方式的任何特征、元件或部件可以单独使用，或者与上述任何其他实施方式的任何特征、元件或部件结合使用。

Claims (5)

1.一种卷尺，包括：

壳体；

卷轴，所述卷轴可旋转地布置在所述壳体中；

长形尺带，所述长形尺带具有刻度标记，位于所述壳体内并且围绕所述卷轴卷绕；以及

卷簧，所述卷簧联接至所述卷轴，其中，所述长形尺带的伸放致使所述卷轴旋转，这使所述卷簧张紧从而在所述弹簧内存储能量，并且所述卷簧释放能量以驱动所述卷轴收回并将所述长形尺带卷绕在所述卷轴上；

其中，所述卷簧包括第一部段和第二部段，其中，所述第一部段具有第一水平的预形成的应力，所述第二部段具有第二水平的预形成的应力；

其中，所述第二水平的预形成的应力与所述第一水平的预形成的应力不同，并且所述第二水平的预形成的应力沿着所述第二部段的长度改变。

2.根据权利要求1所述的卷尺，其中，所述第一水平的预形成的应力沿着所述第一部段的长度的平均值大于所述第二水平的预形成的应力沿着所述第二部段的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的卷尺，其中，所述第二水平的预形成的应力在朝向所述卷簧的自由端的方向上沿着所述第二部段的长度减小。

4.根据权利要求1、2或3所述的卷尺，其中，所述第一部段比所述第二部段长。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的卷尺，其中，所述第一部段是所述第二部段的至少五倍长。