CN109803792B - 用于上紧螺纹紧固件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在保护申请人的用于上紧和/或松开工业螺纹紧固件的
Figure DDA0002017528730000011
LITHIUM SERIESTM扭矩枪工具。这样的工具包括：驱动输入和输出组件；转动力倍增组件；双驱动输出和反作用组件；以及用于来源于较低和/或较高阻力和/或速度的任何扭矩模式的轭式转换器组件。优选的实施例包括由电池组供电的驱动输入和输出组件的电动马达。有利地，所述轭式转换器组件：改进和简化了转换的设计和操作；减小了工具尺寸且降低了成本；并且增加了工具的便携性、效率、可靠性和可重复性，所有这些的实现都无需牺牲申请人在手持式多速扭矩增强工具中的许多创新。

Description

用于上紧螺纹紧固件的装置
发明人：Peter E.FORTOLOCZKI(美国)
申请人：HYTORC Division UNEX Corporation(美国)
相关申请的交叉引用
本申请要求下列共同拥有和共同未决的专利申请的优先权和/或者是该专利申请的继续专利申请或部分继续申请，该专利申请的完整副本通过引用并入本文：申请号为62/371,900、申请日为2016年8月8日且名称为“用于上紧螺纹紧固件的装置(APPARATUS FORTIGHTENING THREADED FASTENERS)”的美国申请。
背景技术
包括螺栓、螺柱、螺母和垫圈的螺纹紧固件是已知的并且用于传统的螺栓连接应用中。工业应用中的维护和修理开始于松开这些螺纹紧固件并且终止于紧固这些螺纹紧固件。自然地，工业上寻求在例行的、不可预见的和/或紧急的启动、维护和/或修理期间减少生产损失。
工业螺栓连接应用通常需要高扭矩值。这些高扭矩值通常由相对小型且具有相对较大的齿轮减速比的便携式液压、电动和气动驱动工具生成。这些较大的齿轮减速比通过一个或多个行星齿轮级倍增来自工具的动力源的输出扭矩。从小型便携式工具产生高扭矩值的局限性在于驱动速度很慢。该慢速的驱动速度使得转动螺母的除了最终扭矩之外的任何其他方面都会变得艰难且耗时。过去，操作者在最终扭转序列(final torqueingsequence)之前需要用另外的装置简单地拧紧(run down)螺母并将螺母安置在螺柱或螺栓上。
一旦螺母被安置在法兰表面上，将其上紧或松开的转动程度就相对较小。客户希望用高转速来快速地拧紧或拧开(run up)螺母。一旦螺母撞击法兰面，提供高拧紧和拧松(run off)速度的已知冲击扳手就具有不准确和旋转缓慢的缺点。相反地，已知的手持式扭矩动力工具是扭矩精确的，但是紧固件的拧开和拧紧相对较慢。一旦螺母在法兰面上转动，它们仍然比冲击枪快得多。
申请人将其对扭矩动力工具的全面理解和创新应用于手持式气动扭矩增强工具，具体地说是创建了
Figure GDA0003138165380000021
Figure GDA0003138165380000023
以及
Figure GDA0003138165380000022
Figure GDA0003138165380000024
产品系列以及与其一起使用的驱动器和配件。例如，在申请人的下列美国专利和美国申请中公开了这些产品系列以及与其一起使用的驱动器和附件的发展：6,490,952；6609868；6929439；6883401；6986298；7003862；7066053；7125213；7188552；7207760；7735397；7641579；7798038；7832310；7950309；8042434；D608,614；13/577,995；15/106,221；以及15/106,247，它们的完整副本通过引用并入本文。
申请人的几种工具包括用于螺母的拧开或拧紧的较高速度/较低扭矩(HSLT)模式以及用于最终扭转序列的较低速度/较高扭矩(LSHT)模式。申请人在用于多级行星齿轮箱的HSLT模式中使用“锁定”级，由此通过锁定比率系数来增加旋转速度，这已经被证明是非常有效的设计。然而，在测试期间以及在现场的极端条件下，两种模式之间的高效、可靠和可重复的转换仍然存在挑战。申请人希望继续改进其转换机构。
此外，申请人的工具通过需要外部动力源的液压、电动、气动和手动的方式提供动力，这增加了尺寸并降低了便携性。在开发期间以及在现场，工具的尺寸和便携性继续面临挑战。申请人希望在无需牺牲的情况下将其许多创新结合到电池操作的多速手持式扭矩增强工具中以最小化尺寸并最大化便携性。
所需要的是：简化工具的设计和操作；减小工具尺寸；并且提高工具的便携性、效率、可靠性和可重复性，这些全都要以低成本的方式实现。因此设计了本发明以解决这些问题。
附图说明
可以仅参照附图而通过示例来描述本申请的发明，在附图中：
图1是申请人的
Figure GDA0003138165380000031
LITHIUM SERIESTM扭矩枪工具的完整透视图；
图2是申请人的
Figure GDA0003138165380000032
LITHIUM SERIESTM扭矩枪工具的横截面图；
图3是处于较高速度/较低扭矩模式的
Figure GDA0003138165380000033
LITHIUM SERIESTM扭矩枪工具的部分透视图；以及
图4是处于较低速度/较高扭矩模式的
Figure GDA0003138165380000034
LITHIUM SERIESTM扭矩枪工具的部分透视图。
具体实施方式
作为示例，参考图1，示出了用于上紧和/或松开工业螺纹紧固件的
Figure GDA0003138165380000035
LITHIUM SERIESTM扭矩枪工具1的完整透视图。工具1包括：驱动输入和输出组件100；转动力倍增组件200；双驱动输出和反作用组件300；以及用于任何来源于较低和/或较高阻力和/或速度的扭矩模式的轭式转换器组件400。工具1的优选实施例包括由电池组105供电的驱动输入和输出组件的电动马达102。有利地，轭式转换器组件400：改进和简化了转换的设计和操作；减小了工具尺寸且降低了成本；并且提高了工具的便携性、效率、可靠性和可重复性，所有这些的实现都无需牺牲申请人在手持式多速扭矩增强工具中的许多创新。
图1示出了工具1的驱动输入和输出组件100的各部分。驱动输入部件包括包含驱动生成机构102的驱动工具壳体101、手柄组件103和切换机构104。驱动生成机构102在一个方向93上生成扭矩转动力91以转动螺母(未示出)并且如图所示被形成为马达驱动装置，其可以包括液压马达、气动马达、电动马达或手动马达。在该优选实施例中，驱动生成机构102是由电池组105供电的电动马达。驱动工具壳体101大体上被图示为具有手柄组件103的圆柱形主体，所述手柄组件由操作者保持。手柄组件103包括切换机构104，其用于在非操作位置和操作位置之间(反之亦然)切换驱动生成机构102。
作为示例，图2示出了工具1的横截面透视图。转动力输入轴121将驱动输入和输出组件100的驱动输入部件与转动力倍增组件200相连接并在其间传递转动力91。转动力输出轴122包括可以例如形成为方形驱动器的驱动部分123。转动力输出轴122将驱动输入和输出组件100的驱动输出部件与转动力倍增组件200相连接，并在它们与双驱动输出和反作用组件300之间传递倍增形式的转动力91。在一种操作模式中，反作用力花键适配器343在相反的方向94上接收扭矩反作用力92。应当注意，转动力输出轴122和驱动部分123也构成双驱动输出和反作用组件300的部分。驱动输入和输出组件100的图示的其他部件包括手柄后盖电子控制面板131和相关电子装置。
转动力倍增组件200包括转动力倍增机构210，它的一些部分位于驱动工具壳体101和转动力倍增机构壳体201中，以用于从较低阻力到较高阻力的所有扭矩模式。在图2所示的实施例中，转动力倍增组件200包括五(5)个倍增传动器组件或齿轮级211、212、213、214和215。本发明的工具可以包括任何合适数量的齿轮级。应当理解，存在许多已知类型的转动力倍增机构。不过，转动力倍增传动器组件211-215通常构成复合行星齿轮系统。它可以包括围绕中心太阳齿轮旋转的多个外行星齿轮。行星齿轮可以安装在可移动齿轮架上，所述可移动齿轮架本身可以相对于太阳齿轮旋转。这样的复合行星齿轮系统可以包括与行星齿轮啮合的外环齿轮。简单的行星齿轮系统具有一个太阳齿轮、一个环齿轮、一个齿轮架和一个行星齿轮组。复合行星齿轮系统可以包括网状行星结构、阶梯式行星结构和/或多级行星结构。与简单的行星齿轮系统相比，复合行星齿轮系统具有减速比更大、扭矩重量比更高、以及配置更灵活的优点。
转动力倍增传动器组件211-215可以包括：齿轮架；行星齿轮；环齿轮；太阳齿轮；摆动齿轮；摆线齿轮；周转齿轮；连接器；间隔器；转换环；保持环；衬套；轴承；帽；传动齿轮；传动轴；定位销；驱动轮；弹簧；或者其任意组合或任意部分。诸如211-215这样的转动力倍增传动器也可以包括其他已知的类似部件。应当注意，转动力输入轴121也可以被认为是转动力倍增传动器；具体地，它是转动力倍增传动器211的第一级马达太阳齿轮。转动力倍增组件是众所周知的并且已被公开和描述过。在申请人的美国专利US7950309中公开和描述了示例，其完整副本通过引用并入本文。
作为示例，参考图3，示出了HSLT模式中的工具1的部分透视图，重点在于转动力倍增组件200和轭式转换器组件400的相关部分。驱动工具壳体101的一侧被移除。轭式转换器组件400基本上用于将工具1从HSLT模式转换到LSHT模式，反之亦然。模式转换器开关401能够在以下位置之间移动：将工具1置于HSLT模式的位置401A；以及将工具置于LSHT模式的位置401B。
在图3和图4所示的优选实施例中，轭式转换器组件400包括：模式转换器开关401；转换器轭404；以及转换器环齿轮406。转换器杆402形成在模式转换器开关401和转换器轭404之间并且可操作地连接模式转换器开关401和转换器轭404。转换器销轴组件403形成在转换器杆402和转换器轭404之间，并且转换器轭销组件405形成在转换器轭404和转换器环齿轮406之间。作为示例，参考图4，示出了LSHT模式中的工具1的部分透视图，重点在于转动力倍增组件200和轭式转换器组件400的相关部分。同样地，驱动工具壳体101的一侧被移除。
轭式转换器组件400可以包括：手动组件(顺序手动、非同步或预选器)或者自动组件(手动、半自动、电动液压、离心式(saxomat)、双离合器或连续可变)；变矩器；泵；行星齿轮；离合器；带；阀；连接器；间隔器；转换环；保持环；衬套；轴承；卡圈；锁球；帽；传动齿轮；传动轴；同步器；连接销；定位销；驱动轮；弹簧；手柄；把手；开关；致动器；托架；花键；塞；任何这样的部件；或者其任意组合或任意部分。模式转换部件也可以包括其他已知的类似部件。应当理解，存在各种已知的模式转换器组件，并且通常涉及由卡圈、环和锁球构成的转换部件。
工具1按以下方式操作。通常，在HSLT模式中，现有的行星级被锁定或驱动。工具1增加的转速等于被锁定的齿轮级的比的幅值。同样地，工具1的输出扭矩减小大致相同的幅值。倍增传动器组件或第一级211与轭式转换器组件400共用转换器环齿轮406。
在图1-4所示的实施例中，转换器环齿轮406具有对应于HSLT模式和LSHT模式的两个位置。在HSLT模式中，操作者将模式转换器开关401拉向后部位置401A。转换器环齿轮406接合相同螺距和齿数的外部齿轮架锁定齿轮224，该外部齿轮架锁定齿轮224是第一级211的行星级齿轮架的一部分。在LSHT模式中，操作者将模式转换器开关401推向前部位置401B。转换器环齿轮406接合相同螺距和齿数的外部配合静止或固定齿轮222，该齿轮222经由固定环齿轮适配器223连接到驱动工具壳体101接地。轭式转换器组件400通过由模式转换器开关401将转换器杆402的线性位移变换成转换器轭404相对于转换器环齿轮406的线性位移的能够可旋转地滑动的位移来实现这一点。
无论位置如何，转换器环齿轮406总是与第一级211的行星齿轮接合。固定齿轮222在LSHT模式期间由转换器环齿轮406接合，并且第一级211正常操作。转换器环齿轮406基本上一半位于第一级211的行星齿轮上并且基本上一半位于固定齿轮222上。在一个方向93上的转动力91使第一级211处于与该转动力进入且被传递到第二倍增传动器组件或第二级212时相比更低的旋转速率和更高的扭矩强度。转换器环齿轮406在HSLT模式期间接合外部齿轮架224并锁定第一级211。转换器环齿轮406基本上一半位于第一级211的行星齿轮上且基本上一半位于外部齿轮架224上。第一级211独立地安装在它自身的轴承上。第一级211在HSLT模式中被锁定，并且以与驱动生成机构102(由电池组105供电的马达)基本相似的速率和强度旋转。在一个方向93上的非强化形式的转动力91被传递到第二级212。
轭式转换器组件400的优选实施例仅操纵第一级211。通常，本发明的轭式转换器组件及其变型形式可以将工具转换成倍增传动器的任何配置，并且因此转换成来源于较低和/或较高阻力和/或速度的任何扭矩模式。通过行星齿轮级等增大、减小和/或保持马达的转动力输出和/或转速。它们可以是：独立部件；倍增传动器组件以及倍增机构组件的一部分；邻接马达；马达的一部分；和/或马达的延伸部。通常，本发明的轭式转换器组件暂时禁用这样的增强和/或减小机构中的一个和/或多个以增加和/或减小工具的马达转速和/或转动力强度。
应当注意，本发明的工具可以包括通过用任何已知方法上紧和/或松开工业螺纹紧固件的能力，所述方法包括：扭矩；传统张力；机械张力；和/或螺母的转动、或者扭矩和角度。
用于紧固物体的系统包括：螺纹紧固件；以及本文所述的扭矩动力工具。用于紧固物体的另一系统包括：本文所述的扭矩动力工具；以及下列共同拥有和共同未决的专利申请中描述的任何新颖特征或方法或者特征或方法的任何新颖组合，这些专利申请的完整副本通过引用并入本文：申请号为PCT/US2014/071000、申请日为2014年12月17日且名称为“用于上紧螺纹紧固件的装置(APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS)”的PCT申请；申请号为PCT/US2014/035375、申请日为2014年4月24日且名称为“用于上紧螺纹紧固件的装置(APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS)”的PCT申请；申请号为61/940,919、申请日为2014年2月18日且名称为“用于上紧螺纹紧固件的装置(APPARATUS FORTIGHTENING THREADED FASTENERS)”的美国申请；申请号为13/577,995、申请日为2012年8月9日且名称为“用于上紧螺纹紧固件的装置(APPARATUS FOR TIGHTENING THREADEDFASTENERS)”的美国申请；以及申请号为13/113,693、申请日为2011年5月23日且名称为“用于上紧和松开螺纹连接器的方法(METHOD FOR TIGHTENING AND LOOSENING THREADEDCONNECTORS)”的美国申请。此外，本文中参考附图描述以及如附图所示的任何新颖特征或者任何新颖特征组合都应受到保护。
应当理解，上述每个元件、或者两个或更多个元件一起也可以在与上述类型不同的其他类型的结构中获得有效的应用。在前述说明书或所附权利要求或附图中公开的特征，视情况而以其特定形式或以用于执行所公开的功能的装置或用于获得所公开结果的方法或过程的形式表达，它们可以单独地用于或以这样的特征的任意组合用于以其各种形式实现本发明。应当注意，说明书中的编号部件的描述可能略有不同。
尽管已经将本发明图示并且描述为在流体操作工具中实施，但是不应理解为受限于所示的细节，原因是可以在根本不脱离本发明的精神的情况下进行各种变型和结构的修改。
无需进一步的分析，前述内容将充分地揭示本发明的主旨，以使得他人可以通过应用现有的知识容易地将其改造用于各种应用，并且不遗漏从现有技术的角度看合理地构成本发明的一般或具体方面的必要特征的特征。
当在本说明书和权利要求中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”及其变型意味着包括了指定的特征、步骤或部件。这些术语不应被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。

Claims (15)

1.一种用于上紧和/或松开工业螺纹紧固件的扭矩动力工具(1)，其包括：
用以生成转动力的马达(102)；
用以传递转动力的驱动器(100)；
转动力倍增机构组件(200，210)；以及
轭式转换器组件(400)，其用以将所述扭矩动力工具转换成来源于较低和/或较高的阻力和/或速度的任何扭矩模式，
所述轭式转换器组件(400)包括：
模式转换器开关(401)；
转换器轭(404)；以及
转换器环齿轮(406)，
其特征在于所述轭式转换器组件(400)还包括形成在所述模式转换器开关(401)和所述转换器轭(404)之间的转换器杆(402)。
2.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中，所述扭矩动力工具由电池组(105)电驱动和供电，或者所述扭矩动力工具以电动、液压、气动或手动的方式被驱动。
3.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中所述轭式转换器组件(400)包括：
形成在所述转换器杆(402)和所述转换器轭(404)之间的转换器销轴；以及
形成在所述转换器轭(404)和所述转换器环齿轮(406)之间的转换器轭销。
4.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中所述轭式转换器组件(400)能够在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置将所述扭矩动力工具(1)置于较高速度/较低扭矩(HSLT)模式，所述第二位置将所述扭矩动力工具(1)置于较低速度/较高扭矩(LSHT)模式。
5.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中所述轭式转换器组件(400)通过模式转换器开关(401)将转换器杆(402)的线性位移变换成转换器轭(404)相对于转换器环齿轮(406)的线性位移的能够可旋转地滑动的位移。
6.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其包括：
在HSLT模式中，所述轭式转换器组件(400)的转换器环齿轮(406)接合相同螺距和齿数的外部齿轮架锁定齿轮(224)，所述外部齿轮架锁定齿轮是所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器的行星级齿轮架的一部分；并且
在LSHT模式中，所述转换器环齿轮(406)接合相同螺距和齿数的外部配合固定齿轮，所述外部配合固定齿轮经由固定环齿轮适配器(223)连接到驱动工具壳体接地。
7.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中所述轭式转换器组件(400)的转换器环齿轮(406)始终与所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器的行星齿轮接合，而不管扭矩模式如何。
8.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中在LSHT模式期间当所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器正常操作时，所述轭式转换器组件(400)的固定齿轮由所述轭式转换器组件(400)的转换器环齿轮(406)接合。
9.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中在HSLT模式期间所述轭式转换器组件(400)的外部齿轮架由所述轭式转换器组件(400)的转换器环齿轮(406)接合并锁定所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器。
10.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中在HSLT模式中，所述轭式转换器组件(400)的转换器环齿轮(406)基本上一半位于所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器的行星齿轮上并且基本上一半位于所述轭式转换器组件(400)的固定齿轮上。
11.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中在HSLT模式中，所述轭式转换器组件(400)的转换器环齿轮(406)基本上一半位于所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器的行星齿轮上并且基本上一半位于所述轭式转换器组件(400)的外部齿轮架上。
12.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器独立地安装在其自身的轴承上。
13.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中在LSHT模式中，在一个方向上的转动力使所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器组件处于与当该转动力进入且被传递到所述转动力倍增机构组件(200，210)的第二转动力倍增传动器组件时相比更低的旋转速率和更高的扭矩强度。
14.根据权利要求1所述的扭矩动力工具(1)，其中在HSLT模式中，在一个方向上的转动力使所述转动力倍增机构组件(200，210)的第一转动力倍增传动器组件处于与当该转动力进入且被传递到所述转动力倍增机构组件(200，210)的第二转动力倍增传动器组件时相比基本相似的旋转速率和基本相似的扭矩强度。
15.一种用于紧固物体的系统，其包括：
螺纹紧固件；以及
根据权利要求1-14中任一项所述的扭矩动力工具(1)。
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