CN108687705A - 扭剪扳手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结构紧凑、便于携带，且可实现一次紧固和最终紧固的扭剪扳手及其装配方法，该扭剪扳手包括：电源、开关、马达、传动机构、变速切换机构和输出机构，马达通过传动机构驱动输出机构，开关用于控制马达的运行，所述传动机构包括中间轴、第一齿轮、与第一齿轮齿数不相同的第二齿轮和传动轴，所述马达包括一马达输出轴与中间轴上的传动齿轮啮合连接，其特征在于：所述中间轴与传动轴平行设置，所述变速切换机构可选择地使传动轴通过第一齿轮或第二齿轮与中间轴实现传动连接，所述传动机构、变速切换机构位于同一齿轮箱内。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种电动工具，特别涉及一种用于拧紧高强度螺栓的扭剪扳手及其操作方法。
[背景技术]
扭剪扳手主要应用于钢结构安装行业，专门安装钢结构高强螺栓。高强螺栓可分为扭剪型和大六角型两种，国标扭剪型高强螺栓为M16、M20、M22、M24，非国标的扭剪型螺栓有M27、M30两种。一般的，对于扭剪型高强螺栓的紧固都要经过初紧和终紧两个步骤，而且每步都需要有严格的扭矩要求。在实践中，操作人员紧固扭剪型高强度螺栓时，一般是先采用冲击扳手或定扭矩扳手完成初紧，然后再利用扭剪扳手完成终紧。在实际操作环境下，钢架连接结构上需要使用多个螺栓，形成了螺栓集群，若将螺栓一个一个地按顺序一次性完成紧固，会产生无法均等紧固的问题，正确的操作方式为先将螺栓集群的每一个螺栓进行一次紧固，即初紧，当一次紧固完成时，所有的螺栓达到了基本相同的一次紧固扭矩，然后再将螺栓进行最终紧固，直到扭剪型螺栓的颈部被剪断为止。现有的扭剪型电动扳手可分为初紧扭剪型电动扳手和终紧扭剪型电动扳手，它们通常都只有一种传动比输出。现有的初紧扭剪扳手的扭矩控制范围小，无法同时覆盖初紧和终紧高强度螺栓的扭矩需求，而现有的终紧扭剪型电动扳手，对扭矩不加控制，以扭剪断扭剪型高强度螺栓颈部为准，无法用于初紧高强度扭剪型螺栓。由此，对扭剪型高强度螺栓施工，需要一把初紧扭剪型扳手，通常可用冲击扳手或定扭矩扳手替代，还需要一把终紧扭剪型扳手，这样增加了用工成本，还增加了施工人员的搬运负担，特别是在高处作业时，携带两把电动工具非常不便。
现有技术
专利文献1：中国专利授权公告号为CN101053947B的专利揭示了一种螺栓螺母电动紧固机的控制方法，利用该电动紧固机的控制方法可以实现：用一台紧固机就能够完成剪切型螺栓螺母的一次紧固和最终紧固。但该电动紧固机仅仅适用于一种特殊的带有剪切垫圈的螺栓的紧固，而且该专利揭示的方案仅仅是控制方法，并没有揭示一台紧固机完成一次紧固和最终紧固的机械结构。而且由于剪切螺栓螺母的紧固的一次紧固所需扭矩和最终紧固所需扭矩的差距很大，通常情况下最终紧固的扭矩是一次紧固扭矩的两倍左右，这就要求电动紧固机的输出扭矩范围必须很大，但是现有的扭剪扳手包括该专利所揭示的方案，并没有提供一个很好的解决方案来解决这一技术问题，即同时能输出一次紧固扭矩和最终紧固扭矩。
专利文献2：美国专利授权公告号为US5816121公开了一种扭剪扳手，该扭剪扳手既可以采用电池包供电，也可以使用交流电源供电。该扭剪扳手可实现高速低扭矩和低速高扭矩的自动切换，这样可以提高工作效率，缩短拧紧单个螺栓的时间。此外，该专利提供的扭剪扳手可增加无负载时的输出速度并缩小开关的尺寸。但该扭剪型扳手缺少电子扭矩检测，并不适合于扭剪型螺栓的一次紧固。
[发明内容]
有鉴于此，本发明提供了一种改进的扭剪扳手，一种带电子扭矩控制系统的可实现高低速切换的扭剪扳手及其装配方法。
本发明的扭剪扳手与现有扭剪扳手相比，结构紧凑，制造成本低，但输出的扭矩范围更大，且可通过一台机器即完成扭剪型高强度螺栓的一次紧固和最终紧固。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种扭剪扳手，包括：电源、开关、马达、传动机构、变速切换机构和输出机构，马达通过传动机构驱动输出机构，开关用于控制马达的运行，所述传动机构包括中间轴、第一齿轮、与第一齿轮齿数不相同的第二齿轮和传动轴，所述马达包括一马达输出轴与中间轴上的传动齿轮啮合连接，其特征在于：所述中间轴与传动轴平行设置，所述变速切换机构可选择地使传动轴通过第一齿轮或第二齿轮与中间轴实现传动连接，所述传动机构、变速切换机构位于同一齿轮箱内。
进一步改进的方案为，所述扭剪扳手还包括一电子扭矩控制单元，在一次紧固模式下，当电子扭矩控制单元检测到输出机构的扭矩达到预设值时，控制单元会切断马达电流。
进一步改进的方案为，所述第一齿轮和第二齿轮分别位于所述传动齿轮的两侧。
进一步改进的方案为，所述马达输出轴轴线与所述中间轴轴线垂直，所述传动齿轮为锥齿轮。
进一步改进的方案为，所述中间轴上设置有分别与所述第一齿轮和第二齿轮啮合连接的第一齿型部、第二齿型部，且所述第一齿型部的直径大于第二齿型部的直径。
进一步改进的方案为，所述变速切换机构包括一拨片，拨片可驱动位于所述传动轴上的套筒移动，所述套筒与所述传动轴间不可相互转动。
进一步改进的方案为，所述套筒两端设有扁位结构或花键结构，可选择地与所述第一齿轮或第二齿轮的扁位结构或花键结构耦合连接。
本发明还提供了一种用于扭剪扳手的装配方法，其特征在于：先将传动轴、变速切换机构的导杆与齿轮箱的连接板连接组装；然后在传动轴上依次装入第一齿轮，套筒，第二齿轮；导杆上依次穿入弹性元件，控制片B，拨片，控制片A，弹性元件；接着将齿轮箱的壳体与连接板连接；最后将中间轴装入齿轮箱壳体内，并穿过传动齿轮。
进一步改进的方案为，所述拨片需先卡入所述套筒的凹槽内，然后同时穿过所述导杆和传动轴。
进一步改进的方案为，在将齿轮箱壳体与连接板连接时，为了保证第四轴承与第三轴承的同心度，先在齿轮箱壳体内设置一模拟中间轴定位连接板；模拟中间轴外圆比中间轴外圆稍大，齿轮箱壳体与连接板装配好后，取出模拟中间轴后再将中间轴装入。
[附图说明]
图1为本发明的电动扭剪扳手的整机示意图；
图2为本发明的电动扭剪扳手的剖视图；
图3为本发明的电动扭剪扳手的局部爆炸图；
图4为本发明的电动扭剪扳手齿轮箱部分的装配图一；
图5为本发明的电动扭剪扳手齿轮箱部分的装配图二；
图6为本发明的电动扭剪扳手齿轮箱部分的装配图三；
图7为本发明的电动扭剪扳手齿轮箱部分的装配图四；
图8为本发明的电动扭剪扳手齿轮箱部分的装配图五；
附图标记的含义：
1、马达；2、小锥齿轮；3、传动齿轮；4、中间轴；5、第一齿轮；6、第二齿轮；7、连接板；8、拨片；9、控制片A；10、偏心凸起件；11、控制片B；12、弹性元件B；13、导杆；14、套筒；15、传动轴；16、第一轴承；17、第四轴承 17.1、第四轴承轴承内孔；18、承接板；19、螺旋挡圈；20、止退圈；21、螺钉；22、内齿圈；23、卡圈；24、卡圈；25、垫片；26、垫片；27、弹性元件A；28、垫片；29、卡圈；30、垫片；31、垫片；32、垫片；33、第二轴承；34、模拟中间轴；35、螺丝；37、第三轴承；38、螺丝；40、旋钮；41、电子扭矩控制单元；41.1、扭矩设置单元；100、齿轮箱
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
参照图1至图3所示的本发明的电动扭剪扳手，本发明的电动扭剪扳手包括：壳体、把手、电源、开关、马达1、齿轮箱100、传动机构、变速切换机构、电子扭矩控制单元41和输出机构。传动机构、变速切换机构位于齿轮箱100内，齿轮箱100由齿轮箱壳体及连接板7组成。
本发明的电源可以是直流电源，优选锂电池包，也可以是交流电电源，且马达1可以是电动马达，也可以是气动马达。
传动机构包括：第一轴承16、传动轴15、第一齿轮5、套筒14、第二齿轮6、第二轴承33、中间轴4、传动齿轮3、第三轴承37和第四轴承17。
传动轴15通过第一轴承16、第二轴承33与齿轮箱100可转动的固定。套筒14可滑动地设置在传动轴15上，第一齿轮5的直径比第二齿轮6直径小，第一齿轮5、第二齿轮6与传动轴15之间可相对转动，套筒14相对传动轴15不可旋转，套筒14外侧设有一环形凹槽，套筒14两侧设置成可与第一齿轮5及第二齿轮6耦合连接的扁位结构或花键结构，当然本领域的技术人员也可以想到采用多边形结构等来替代扁位结构实现套筒14与第一或第二齿轮的耦合连接。
中间轴4与传动轴15平行设置。中间轴4上设有分别与所述第一齿轮5和第二齿轮6啮合配合的第一齿型部4.1、第二齿型部4.2，且所述第一齿型部4.1的直径大于第二齿型部4.2的直径。在另一实施例中，中间轴4的第一、第二齿型部也可以采用独立齿轮与中间轴4紧配连接的方式或扁位方式或花键连接方式进行替代。中间轴4上还设有一传动齿轮3，传动齿轮3与中间轴4扁位或花键连接，优选地，传动轴15上的第一齿轮5、第二齿轮6位于传动齿轮3的左右两侧。当然，也可以想到的是传动轴15上的第一齿轮5、第二齿轮6设置在传动齿轮3的一侧。中间轴4两端通过第三轴承37、第四轴承17与齿轮箱100可旋转地固定。
变速切换机构包括：旋钮40、偏心凸起件10、拨片8、控制片A9、控制片B11、导杆13和弹性元件A、B。弹性元件A27、控制片A9、拨片8、控制片B11和弹性元件B12沿导杆13依次设置，偏心凸起件10位于控制片A9和控制片B11之间。旋钮40与偏心凸起件10连接。拨片8可活动地卡入套筒14的凹槽内。
本发明的电动扭剪扳手仅仅具备两个档位，在第二档位下，偏心凸起件10与控制片A9抵接，使控制片A9沿传动轴15轴线向左移动，此时控制片B11会在弹性元件B12的作用下促使拨片8沿传动轴15轴线向左移动，使得套筒14的扁位与第一齿轮5的扁位耦合连接，实现高速低扭矩输出；在第一档位下，偏心凸起件10与控制片B11抵接，使控制片B11沿传动轴15轴线向右移动，此时控制片A9在弹性元件A27的作用下促使拨片8沿传动轴15轴线向右移动，套筒14与第一齿轮5的耦合连接被断开，同时套筒14的扁位与第二齿轮6的扁位耦合连接，此时第二齿轮6与第二齿型部4.2的啮合连接通过套筒14带动传动轴15旋转，实现低速高扭矩输出。
当然，也可以采用其他结构的变速切换机构，例如，在另一实施例中，变速切换机构包括：旋钮40、偏心凸起件10和拨片8，拨片8与偏心凸起件10抵接，转动旋钮40，拨片8在偏心凸起件10的作用下实现左右移动，从而带动套筒14沿传动轴15滑动(图中未示出)。
马达输出轴轴线优选地与中间轴4轴线垂直布置，在马达1的输出轴末端设有小锥齿轮2，与中间轴4上的传动齿轮3啮合连接，所述传动齿轮3为锥齿轮。
如此布局，齿轮箱做成一体式，有利于成本控制和关键传动部件定位精度控制。
在另一实施例中，所述马达输出轴轴线也可与中间轴4轴线平行设置，马达输出轴末端设有圆柱形齿轮，与中间轴4上的圆柱形传动齿轮3啮合连接。
电动扭剪扳手的电子扭矩控制单元41通过检测流经马达1的电流值，当电流值超过预设值时，表示扭矩达到预设值，切断电源，使马达1停止转动。具体的，在一次紧固时，用户首先需要通过电子扭矩控制单元41的扭矩设置单元41.1设置一扭矩值，所述扭矩设置单元优选电位器，电阻阻值的变化经数据转换电路传递给控制单元，经计算换算成扭矩值，扭矩设定完成。用户利用扭剪扳手对螺栓进行一次紧固时，电子扭矩控制单元41的电流检测元件通过不断的检测电机的电流值，并将变化的电流值经数据转换电路传递给控制单元，并换算成扭矩值，一旦检测到的扭矩值达到用户设定的扭矩值时，控制单元发出控制信号，切断马达1电源。
在另一实施例中，电子扭矩控制单元41还可以通过检测输出机构的内齿圈受到的扭矩，并判断检测的扭矩是否大于或等于工具的预设扭矩值，从而实现扭矩控制。具体的，在一次紧固时，首先需由用户转动扭矩设置单元41.1完成扭矩设定。其次，电子扭矩控制单元41的扭矩检测单元通过传感器来检测输出机构中的内齿圈所受的扭矩。所述传感器为扭矩传感器，比如应变电阻片，内齿圈在一次紧固操作中会产生形变，此时与内齿圈连接的应变电阻片也会产生形变，导致电阻值产生变化，通过数据转换电路传递给控制单元，换算成扭矩值，当扭矩值达到或超过用户设定的扭矩值时，控制单元发出控制信号，切断马达1电源。此外，也可以采用其他压力传感器或光电传感器等实现输出扭矩的检测。在最终紧固时，电子扭矩控制单元41不会启动工作。
因为齿轮箱壳体是一体式设置，因此中间轴4从齿轮箱100一侧的第三轴承37的轴承孔中穿入，其过程中传动齿轮3从齿轮箱100箱开口处装入并滑配至中间轴4上，然后中间轴4滑配插入连接板7的第四轴承17中。
参照图4所示的电动扭剪扳手的装配图一，先将传动轴15压配至第一轴承16；将第一轴承16，第四轴承17，导杆13压入连接板7中，压装形成组件a。
参照图5所示的电动扭剪扳手的装配图二，在内齿圈22中依次装入承接板18，螺旋挡圈19，止退圈20和组件a，接着通过螺钉21连接成一体，形成组件b。
参照图6所示的电动扭剪扳手的装配图三，在组件b的传动轴15上，依次穿入垫片31，第二齿轮6，垫片30，卡圈29，套筒14，垫片32，第一齿轮5，垫片28；在组件b的导杆13上设置卡圈23，接着依次穿入弹性元件B12，控制片B11,垫片25，拨片8，垫片26，控制片A9，弹性元件A27，卡圈24。且在上述装配中，要求拨片8先卡入套筒14的环形凹槽中，然后再同时穿入。优选地，组件c的内齿圈22应朝下放置，以免零件脱出。
参照图7所示的电动扭剪扳手的装配图四，齿轮箱100中压配好第三轴承37，装配好模拟中间轴34，模拟中间轴外圆34.2与齿轮箱100相应轴承孔滑配，通过螺栓38固定；模拟中间轴外圆34.1设计成恰好能够滑入第四轴承轴承内孔17.1，并且比中间轴外圆4.3稍大，优选地中间轴4的外圆4.3比模拟中间轴外圆34.1小约0.01mm。这样可以确保第四轴承17和第三轴承37的同心度。将组件c滑配装入组件d中,打好连接螺丝35后，形成组件e；
参照图8所示的电动扭剪扳手的装配图五，从组件e上取出模拟中间轴组件，然后在中间轴4上压配好第三轴承37，并滑配装入齿轮速箱中，同时传动齿轮3从主减速箱开口处100.1装入并滑配至中间轴4上，接着中间轴4插入第四轴承轴承内孔17.1中；打入端面螺丝38锁住中间轴，最后装入换挡旋钮40。
本发明不局限于上述具体实施方式。本领域普通技术人员可以很容易地理解到，在不脱离本发明的原理和范畴的前提下，本发明还有很多种替代方案。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。
Claims (10)
1.一种扭剪扳手，包括：电源、开关、马达(1)、传动机构、变速切换机构和输出机构，马达(1)通过传动机构驱动输出机构，开关用于控制马达(1)的运行，所述传动机构包括中间轴(4)、第一齿轮(5)、与第一齿轮(5)齿数不相同的第二齿轮(6)和传动轴(15)，所述马达(1)包括一马达输出轴与中间轴(4)上的传动齿轮(3)啮合连接，其特征在于：所述中间轴(4)与传动轴(15)平行设置，所述变速切换机构可选择地使传动轴(15)通过第一齿轮(5)或第二齿轮(6)与中间轴(4)实现传动连接，所述传动机构、变速切换机构位于同一齿轮箱(100)内。
2.根据权利要求1所述的扭剪扳手，其特征在于：还包括一电子扭矩控制单元(41)，在一次紧固模式下，当电子扭矩控制单元(41)检测到输出机构的扭矩达到预设值时，电子扭矩控制单元(41)会切断马达(1)电流。
3.根据权利要求1或2所述的扭剪扳手，其特征在于：所述第一齿轮(5)和第二齿轮(6)分别位于所述传动齿轮(3)的两侧。
4.根据权利要求3所述的扭剪扳手，其特征在于：所述马达(1)输出轴轴线与所述中间轴(4)轴线垂直，所述传动齿轮(3)为锥齿轮。
5.根据权利要求4所述的扭剪扳手，其特征在于：所述中间轴(4)上设置有分别与所述第一齿轮(5)和第二齿轮(6)啮合连接的第一齿型部、第二齿型部，且所述第一齿型部的直径大于第二齿型部的直径。
6.根据权利要求5所述的扭剪扳手，其特征在于：所述变速切换机构包括一拨片(8)，拨片(8)可驱动位于所述传动轴(15)上的套筒(14)移动，所述套筒(14)与所述传动轴(15)间不可相互转动。
7.根据权利要求6所述的扭剪扳手，其特征在于：所述套筒(14)两端设有扁位结构或花键结构，可选择地与所述第一齿轮(5)或第二齿轮(6)的扁位结构或花键结构耦合连接。
8.一种用于装配权利要求6所述的扭剪扳手的方法，其特征在于：先将传动轴(15)、变速切换机构的导杆(13)与齿轮箱(100)的连接板(7)连接组装；然后在传动轴(15)上依次装入第二齿轮(6)，套筒(14)，第一齿轮(5)；导杆(13)上依次穿入弹性元件B(12)，控制片B(11)，拨片(8)，控制片A(9)，弹性元件A(27)；接着将齿轮箱的壳体与连接板(7)连接；最后将中间轴(4)装入齿轮箱壳体内，并穿过传动齿轮(3)。
9.根据权利要8所述的扭剪扳手的装配方法，其特征在于：所述拨片(8)需先卡入所述套筒(14)的凹槽内，然后同时穿过所述导杆(13)和传动轴(15)。
10.根据权利要求9所述的扭剪扳手的装配方法，其特征在于：在将齿轮箱壳体(100)与连接板(7)连接时，先在齿轮箱壳体(100)内设置一模拟中间轴(34)；模拟中间轴外圆(34.1)比中间轴(4.3)外圆稍大，齿轮箱壳体(100)与连接板(7)装配好后，取出模拟中间轴后再将中间轴(4)装入。
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