CN109877754B - 冲击扳手的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动工具技术领域，特别是涉及一种冲击扳手的控制方法，冲击扳手包括驱动电机、驱动轴、重锤和输出轴，驱动轴的一端与驱动电机连接，另一端与重锤轴向固定地连接。重锤能够相对于驱动轴转动预设角度，重锤上可转动地连接有摆动块，当重锤相对于驱动轴转动时，驱动轴通过拨动机构使摆动块发生转动，输出轴穿设在重锤的中心轴孔内，摆动块发生转动后能够与输出轴抵接。冲击扳手的控制方法包括以下步骤：当驱动电机的转速达到预设值时，控制驱动电机停止输出转矩。该冲击扳手的控制方法可通过控制驱动电机的加速和减速，来根据实际需要实现冲击扳手输出不同的输出扭矩，拓宽冲击扳手的输出扭矩的范围。

Description

冲击扳手的控制方法

技术领域

本发明涉及电动工具技术领域，特别是涉及一种冲击扳手的控制方法。

背景技术

目前市面上的冲击扳手都是气动或者电动驱动，冲击触发的方法都是利用具有弹簧的机构在一定的离心力下触发，因此扳手输出的扭矩是固定的，总是在同样的转速附近获得同样的离心力，进而输出同样的扭矩。

发明内容

基于此，有必要针对传统的冲击扳手输出扭矩的范围较小的问题，提供一种冲击扳手的控制方法。

一种冲击扳手的控制方法，所述的冲击扳手包括驱动电机、驱动轴、重锤和输出轴，驱动轴的一端与驱动电机连接，驱动轴的另一端与重锤轴向固定地连接，且重锤能够相对于驱动轴转动预设角度，重锤上可转动地连接有摆动块，当重锤相对于驱动轴转动时，驱动轴通过拨动机构使摆动块发生转动，输出轴穿设在重锤的中心轴孔内，摆动块发生转动后能够与输出轴抵接；

所述的冲击扳手的控制方法包括以下步骤：通过驱动电机带动驱动轴和重锤同步转动，当驱动电机的转速达到预设值时，控制驱动电机停止输出转矩，以使驱动轴停止转动，重锤在惯性作用下相对于驱动轴转动预设角度，从而使重锤通过摆动块撞击输出轴，输出轴输出扭矩。

在其中一个实施例中，冲击扳手的控制方法还包括以下步骤：通过第一调节装置预设输出的扭矩；

通过控制装置读取与该扭矩值相对应的信号；

通过控制装置根据该扭矩相对应的信号计算出驱动电机需要输出的转速，并控制驱动电机运转至所需转速。

在其中一个实施例中，第一调节装置包括旋钮电位器，旋钮电位器具有多个不同的扭矩档位。

在其中一个实施例中，冲击扳手的控制方法还包括以下步骤：通过第二调节装置预设输出的转速；

通过控制装置读取与该转速值相对应的信号；

通过控制装置根据该转速值相对应的信号控制驱动电机运转至所需转速。

在其中一个实施例中，第二调节装置包括旋钮电位器，旋钮电位器具有多个不同的转速档位。

在其中一个实施例中，冲击扳手的控制方法还包括以下步骤：通过检测装置检测驱动电机的实际转速，并将相应的转速信号发送给控制装置；

通过控制装置将实际转速与所需转速进行比较，并产生一个使驱动电机的转速趋近于所需转速的控制信号。

在其中一个实施例中，检测装置包括速度传感器，速度传感器与控制装置连接，速度传感器用于感应驱动电机的电机轴的旋转速度，并将相应的信号发送给控制装置。

在其中一个实施例中，控制装置包括电控开关，电控开关用于根据用户操作启动或者停止驱动电机。

在其中一个实施例中，电控开关为正反转开关。

在其中一个实施例中，驱动电机为无刷电机。

本发明的有益效果包括：

通过驱动电机驱动驱动轴以带动重锤开始加速，当驱动电机转速达到设定值时，使驱动电机刹车，此时驱动轴停止转动，而重锤由于巨大的惯性会继续旋转，因此驱动轴和重锤之间将产生相对旋转，进而驱动轴通过拨动机构带动重锤上的摆动块偏转。同时重锤继续旋转的过程中摆动块撞击输出轴，重锤瞬间停止并将动能传给输出轴，从而输出轴能够输出一个很大的扭矩。该冲击扳手，输出轴输出扭矩的大小，与驱动电机的转速正相关。当设定的驱动电机的转速越大，重锤储能越多，输出轴输出的扭矩越大，即冲击扳手的输出扭矩越大。因此，本发明的冲击扳手的控制方法可通过控制驱动电机的加速和减速，来根据实际需要实现冲击扳手输出不同的输出扭矩，拓宽冲击扳手的输出扭矩的范围。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的冲击扳手的结构分解示意图；

图2为本发明一实施例提供的冲击扳手的结构装配示意图；

图3为图2所示结构的俯视示意图；

图4为图3所示结构在非冲击情况下的A-A剖切示意图；

图5为图3所示结构在冲击情况下的A-A剖切示意图；

图6为本发明一实施例提供的冲击扳手的控制方法的流程图；

图7为本发明另一实施例提供的冲击扳手的控制方法的流程图；

图8为本发明一实施例中驱动电机的转速与冲击扳手的输出扭矩的曲线图。

附图标记说明：

10-冲击扳手；

100-驱动电机；110-电机轴；

200-驱动轴；

210-轴套；211-滑孔；

220-第二卡块；

300-重锤；

310-摆动块；320-连接轴；321-锁定件；

330-第一卡块；340-容纳槽；

400-拨动机构；

410-拨齿部；420-半齿轮；

500-输出轴；

510-凸出部；

600-扭簧；

700-联轴器；

800-配重块；

900-散热风扇。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的冲击扳手的控制方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请参见图1所示，本发明一实施例提供的冲击扳手10，包括驱动电机100、驱动轴200、重锤300和输出轴500。驱动电机100用于输出旋转驱动力。驱动轴200与驱动电机100的电机轴110连接。重锤300轴向固定地与驱动轴200连接，重锤300上可转动地连接有摆动块310，驱动轴200通过拨动机构400与摆动块310连接，在非冲击情况下重锤300与驱动轴200同步转动，在冲击情况下驱动轴200停止转动，重锤300在惯性作用下相对于驱动轴200转动预设角度，摆动块310在驱动轴200的拨动下相对于重锤300转动。输出轴500穿设在重锤300的中心轴孔内，输出轴500位于重锤300的中心轴孔内的部分的外侧壁设有凸出部510，在非冲击情况下输出轴500与重锤300相对转动，在冲击情况下摆动块310相对于重锤300转动并与凸出部510抵接，以将重锤300的旋转动能传递给输出轴500。

具体实现方式为：驱动电机100带动驱动轴200转动进而带动重锤300开始加速，当驱动电机100转速达到设定值时，使驱动电机100刹车，此时驱动轴200停止转动，而重锤300由于巨大的惯性会继续旋转，因此驱动轴200和重锤300之间将产生相对旋转，进而驱动轴200通过拨动机构400带动重锤300上的摆动块310偏转。同时重锤300继续旋转使得摆动块310撞击输出轴500上的凸出部510，重锤300瞬间停止并将动能传给输出轴500，从而输出轴500能够输出一个很大的扭矩。可以理解，冲击扳手10输出扭矩的大小，与驱动电机100的转速正相关。当设定的驱动电机100的转速越大，重锤300储能越多，输出轴500输出的扭矩越大，即冲击扳手10的输出扭矩越大。因此，本发明实施例的冲击扳手10可通过控制驱动电机100的加速和减速，来根据实际需要实现冲击扳手10输出不同的输出扭矩，拓宽冲击扳手10的输出扭矩的范围。

本发明实施例的冲击扳手10，其在驱动电机100的驱动下使得重锤300加速转动，当驱动电机100达到一定转速时，重锤300转动的能量为：

其中，J为重锤的转动惯量，ω为角速度。此时如果触发重锤300上的摆动块310发生转动，使得重锤300通过摆动块310与输出轴500上的凸出部510相撞，则重锤300能够将能量传递给输出轴500。通常重锤300加速的时间长达秒级，而撞击的过程时间非常的短，因此重锤300可以瞬间将几秒内存储的能量释放给输出轴500，使输出轴500获得一个很大的扭矩，用以上紧或者拧松大型螺栓。

其中，驱动电机100可以为无刷电机。无刷电机的驱动比传统的电机更加灵活，易于通过软件程序控制无刷电机的加速和减速过程，从而实现冲击扳手10根据实际需求输出不同的输出扭矩。

参见图1所示，作为一种可实施的方式，驱动轴200包括轴套210，重锤300的端面中心设有连接轴320，连接轴320插设于轴套210内。轴套210的侧壁设有沿轴套210的周向延伸的滑孔211，连接轴320对应滑孔211设有锁定件321。锁定件321滑设于滑孔211内，从而限定重锤300相对于驱动轴200转动的角度范围并实现重锤300与驱动轴200之间的轴向固定。锁定件321可以是螺接在连接轴320上的螺钉。或者锁定件321也可以是插设在连接轴320上的插销。具体在装配驱动轴200和重锤300时，可先将连接轴320插入至轴套210内，再将锁定件321穿过滑孔211并固定在连接轴320上。通过轴套210和连接轴320，以及滑孔211和锁定件321，易于实现驱动轴200和重锤300之间的轴向固定和相对转动，结构简单，易于拆装。

参见图1，在一个实施例中，冲击扳手10还包括复位弹性件，设置在重锤300和驱动轴200之间，复位弹性件用于在重锤300相对于驱动轴200转动时向重锤300提供复位作用力。复位弹性件可以是弹簧、弹性绳、扭簧等。通过复位弹性件，可保证非冲击情况下重锤300与驱动轴200的位置相对固定，从而实现驱动电机100带动驱动轴200和重锤300同步转动。

进一步地，复位弹性件包括扭簧600，扭簧600套设在连接轴320外。重锤300设有用于卡设在扭簧600的两个扭脚之间的第一卡块330，驱动轴200设有用于卡设在扭簧600的两个扭脚之间的第二卡块220。在冲击情况下驱动轴200停止转动，重锤300在惯性作用下相对于驱动轴200转动预设角度，此时重锤300上的第一卡块330与驱动轴200上的第二卡块220相互错位，从而使得扭簧600的两个扭脚张开，扭簧600积蓄复位作用力。当摆动块310撞击输出轴500使得重锤300瞬间停止时，在扭簧600提供的复位作用力下，重锤300的第一卡块330能够回到与驱动轴200的第二卡块220相对的位置，重锤300得以复位。

摆动块310可转动地设置在重锤300上的结构可以有多种。参见图1和图2所示，作为一种可实施的方式，重锤300的侧壁开设有与中心轴孔连通的容纳槽340，摆动块310可转动地安装于容纳槽340内。具体地，摆动块310固定在转动轴上，重锤300的容纳槽340的相对两个侧壁设有轴孔。通过转动轴与轴孔的配合实现摆动块310可转动地安装于容纳槽340内。参见图3至图5，进一步地，摆动块310的横截面呈弧形，摆动块310的内弧为与中心轴孔同心的圆弧。如图4所示，在非冲击情况下摆动块310的内弧半径大于中心轴孔的半径。当驱动电机100启动时，带动驱动轴200与重锤300同步转动，而输出轴500不会随重锤300发生转动。如图5所示，在冲击情况下摆动块310相对于重锤300转动，摆动块310的内弧的其中一个端点到中心轴孔的轴线的垂直距离小于凸出部510的外周半径。从而重锤300在继续旋转的过程中，摆动块310会撞击输出轴500上的凸出部510，重锤300瞬间停止并将动能传给输出轴500，从而输出轴500能够输出一个很大的扭矩。

其中，图5中的摆动块310的位置是由图4的摆动块310顺时针旋转一定角度得到的。可以理解，摆动块310是对称结构，当摆动块310逆时针旋转时，在重锤300继续旋转的过程中，摆动块310的上端会撞击到凸出部510。因此，驱动电机100的正转或者反转均可以实现重锤300对输出轴500的撞击，从而实现冲击扳手10的冲击功能。

拨动机构400的结构形式可以有多种。参见图1和图2，在一个实施例中，拨动机构400包括设置在驱动轴200上的拨齿部410，以及与拨齿部410啮合的半齿轮420，半齿轮420连接在摆动块310的转动轴端部。在冲击情况下，驱动轴200停止转动，重锤300在惯性作用下相对于驱动轴200转动预设角度时，拨齿部410通过半齿轮420拨动摆动块310使摆动块310发生转动，从而摆动块310能够与凸出部510抵接实现对输出轴500的冲击。在其他实施例中，拨动机构400还可包括齿条和与齿条啮合的齿轮，齿条设置在驱动轴200上，齿轮连接在摆动块310的转动轴端部。

参见图1，作为一种可实施的方式，冲击扳手10还包括联轴器700，设置在电机轴110和驱动轴200之间，驱动轴200通过联轴器700与电机轴110连接。通过联轴器700，不仅实现电机轴110和驱动轴200之间的连接和动力传递，还能保证电机轴110和驱动轴200具有较高的对中性，以传递较大的转矩。

参见图1，作为一种可实施的方式，冲击扳手10还包括配重块800，设置在重锤300上，配重块800用于平衡重锤300。通过配重块800，能够平衡重锤300，使重锤300的重心能够位于重锤300的旋转轴上，保证重锤300转动的稳定性。

在一个实施例中，冲击扳手10还可包括外壳、散热风扇900等一些常规结构。上述驱动电机100、驱动轴200、重锤300和输出轴500均设置在外壳内，且输出轴500突出外壳。散热风扇900设置在外壳内。图1示出了本发明的一个实施例的冲击扳手10的结构分解示意图，图1中示出了散热风扇900(图2的装配图省略了散热风扇900)。如图1所示，散热风扇900可连接在电机轴110上，散热风扇900用于在冲击扳手10工作时对外壳内进行散热。可以理解，外壳上可相应设置有散热窗。

参见图6和图7，本发明一实施例还提供了一种冲击扳手的控制方法，用于控制上述的冲击扳手10。该控制方法包括：通过驱动电机100带动驱动轴200和重锤300同步转动，当驱动电机100的转速达到预设值时，控制驱动电机100停止输出转矩。此时，驱动轴200停止转动，重锤300在惯性作用下相对于驱动轴200转动预设角度，从而重锤300通过摆动块310撞击输出轴500，输出轴500输出扭矩。可以理解，当驱动电机100的转速越大，重锤300储能越多，输出轴500输出的扭矩越大，即冲击扳手10的输出扭矩越大。因此，本发明的冲击扳手的控制方法可通过控制驱动电机100的加速和减速，来根据实际需要实现冲击扳手10输出不同的输出扭矩，拓宽冲击扳手10的输出扭矩的范围。

而使得驱动电机100的转速能够达到预设值的方式可以有多种。参见图6，作为一种可实施的方式，冲击扳手的控制方法还包括以下步骤：通过第一调节装置预设输出的扭矩。通过控制装置读取与该扭矩值相对应的信号。通过控制装置根据该扭矩相对应的信号计算出驱动电机100需要输出的转速，并控制驱动电机100运转至所需转速。本实施例中，通过预设冲击扳手的输出扭矩，进而计算得到驱动电机100需要输出的转速，并控制驱动电机100运转至所需转速，即驱动电机100的转速达到了预设值，此时控制驱动电机100停止，从而冲击扳手10能够输出设定大小的扭矩。

在一个实施例中，第一调节装置包括旋钮电位器，旋钮电位器具有多个不同的扭矩档位。使用者可通过旋转旋钮电位器设置扭矩档位，旋钮电位器能够产生相应的扭矩相对应的信号并传输给控制装置，进而控制装置能够该扭矩相对应的信号计算出驱动电机100需要输出的转速，并控制驱动电机100运转至所需转速。在其他实施例中，第一调节装置也可以采用数字设置的方式，通过按钮设置具体的扭矩以产生相应的扭矩相对应的信号。

参见图7，作为另一种可实施的方式，冲击扳手的控制方法还包括以下步骤：通过第二调节装置预设输出的转速。通过控制装置读取与该转速值相对应的信号。通过控制装置根据该转速值相对应的信号控制驱动电机100运转至所需转速。本实施例中，通过预设驱动电机100的输出转速，并利用控制装置控制驱动电机100运转至所需转速，即驱动电机100的转速达到了预设值，此时控制驱动电机100停止，从而冲击扳手10能够输出所需大小的扭矩。

在一个实施例中，第二调节装置包括旋钮电位器，旋钮电位器具有多个不同的转速档位。使用者可通过旋转旋钮电位器设置转速档位，旋钮电位器能够产生相应的转速值相对应的信号并传输给控制装置，进而控制装置能够该转速值相对应的信号控制驱动电机100运转至所需转速。在其他实施例中，第二调节装置也可以采用数字设置的方式，通过按钮设置具体的转速以产生相应的转速值相对应的信号。

本发明实施例的冲击扳手的控制方法，通过旋钮电位器可设定不同的档位(转速档位或扭矩档位)，进而获得不同的输出扭矩值。典型的转速与输出扭矩值对比表如下：

同时参见图8所示，图8示出了冲击扳手的驱动电机的转速与输出扭矩值的曲线图。由此可知，当驱动电机100的转速越大，输出轴500输出的扭矩越大，即冲击扳手10的输出扭矩越大。因此，本发明的冲击扳手的控制方法可通过控制驱动电机100的加速和减速，来根据实际需要实现冲击扳手10输出不同的输出扭矩，拓宽冲击扳手10的输出扭矩的范围。

参见图6和图7，作为一种可实施的方式，冲击扳手的控制方法还包括以下步骤：通过检测装置检测驱动电机100的实际转速，并将相应的转速信号发送给控制装置。通过控制装置将实际转速与所需转速进行比较，并产生一个使驱动电机100的转速趋近于所需转速的控制信号。本实施例中，通过检测装置实时检测驱动电机100的转速，并将相应的转速信号传输给控制装置，控制装置经过比较后能够及时调整以使得驱动电机100的实际转速与所需转速一致。在一个实施例中，检测装置包括速度传感器，速度传感器与控制装置连接。速度传感器用于感应驱动电机100的电机轴110的旋转速度，并将相应的信号发送给控制装置。速度传感器可以是电感传感器、霍尔传感器和光电传感器中的其中一种。

进一步地，控制装置包括电控开关，电控开关用于根据用户操作启动或者停止驱动电机100。其中，电控开关可以为正反转开关，正反转开关可以控制驱动电机100正转或者反转。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种冲击扳手的控制方法，其特征在于，所述的冲击扳手包括驱动电机、驱动轴、重锤和输出轴，所述驱动轴的一端与所述驱动电机连接，所述驱动轴的另一端与所述重锤轴向固定地连接，且所述重锤能够相对于所述驱动轴转动预设角度，所述重锤上可转动地连接有摆动块，当所述重锤相对于所述驱动轴转动时，所述驱动轴通过拨动机构使所述摆动块发生转动，所述输出轴穿设在所述重锤的中心轴孔内，所述摆动块发生转动后能够与所述输出轴抵接；

所述的冲击扳手的控制方法包括以下步骤：通过驱动电机带动所述驱动轴和所述重锤同步转动，当所述驱动电机的转速达到预设值时，控制所述驱动电机停止输出转矩，以使所述驱动轴停止转动，所述重锤在惯性作用下相对于所述驱动轴转动预设角度，从而使所述重锤通过所述摆动块撞击所述输出轴，所述输出轴输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过第一调节装置预设输出的扭矩；

通过控制装置读取与该扭矩值相对应的信号；

通过所述控制装置根据该扭矩值相对应的信号计算出所述驱动电机需要输出的转速，并控制所述驱动电机运转至所需转速。

3.根据权利要求2所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，所述第一调节装置包括旋钮电位器，所述旋钮电位器具有多个不同的扭矩档位。

4.根据权利要求1所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

通过第二调节装置预设输出的转速；

通过控制装置读取与该转速值相对应的信号；

通过所述控制装置根据该转速值相对应的信号控制所述驱动电机运转至所需转速。

5.根据权利要求4所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，所述第二调节装置包括旋钮电位器，所述旋钮电位器具有多个不同的转速档位。

6.根据权利要求2或4所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过检测装置检测所述驱动电机的实际转速，并将相应的转速信号发送给所述控制装置；

通过所述控制装置将实际转速与所需转速进行比较，并产生一个使所述驱动电机的转速趋近于所需转速的控制信号。

7.根据权利要求6所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，所述检测装置包括速度传感器，所述速度传感器与所述控制装置连接，所述速度传感器用于感应所述驱动电机的电机轴的旋转速度，并将相应的信号发送给所述控制装置。

8.根据权利要求2或4所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，所述控制装置包括电控开关，所述电控开关用于根据用户操作启动或者停止所述驱动电机。

9.根据权利要求8所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，所述电控开关为正反转开关。

10.根据权利要求1所述的冲击扳手的控制方法，其特征在于，所述驱动电机为无刷电机。

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