CN110132468A - 扭矩适配器 - Google Patents

Abstract

一种用于测量由旋转动力源提供的堵转转矩的扭矩适配器。所述扭矩适配器包括：壳体、能够相对于壳体旋转的心轴、以及阻力子组件。壳体包括至少部分地由凹槽前壁和凹槽后壁限定的弧形凹槽。弧形凹槽具有由凹槽前壁在一侧界定的第一旋转区域，以及由凹槽后壁在相对侧界定的第二旋转区域。心轴具有凸缘部分，凸缘部分具有容纳在弧形凹槽中的弧形突起。阻力子组件包括容纳在弧形凹槽中的偏置构件。当心轴相对于壳体旋转时：在弧形突起通过第一旋转区域时，心轴遇到标称的旋转阻力，并且在弧形突起通过第二旋转区域时，心轴遇到增大的旋转阻力。

Description

扭矩适配器

技术领域

本发明涉及用于测量由旋转动力源提供的最大扭矩的装置，并且更具体地涉及用于更精确地测量旋转动力工具的堵转转矩的扭矩适配器。

背景技术

旋转动力工具通常能够在旋转输出堵转时提供最大扭矩。给定旋转动力工具可以提供的最大扭矩受到内部阻力(例如电动机的摩擦阻力和传动系组件的摩擦阻力)的影响。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于测量由旋转动力源提供的堵转转矩的扭矩适配器。扭矩适配器包括：壳体、能够相对于壳体旋转的心轴、以及阻力子组件。壳体包括至少部分地由凹槽前壁和凹槽后壁限定的弧形凹槽。该弧形凹槽具有由凹槽前壁在一侧界定的第一旋转区域，以及在与第一旋转区域相对的一侧由凹槽后壁界定的第二旋转区域。心轴具有凸缘部分，凸缘部分具有容纳在弧形凹槽中的弧形突起。阻力子组件包括容纳在弧形凹槽中的偏置构件。当心轴相对于壳体旋转时：在弧形突起通过第一旋转区域时，心轴遇到标称的旋转阻力，并且在弧形突起通过第二旋转区域时，心轴遇到增大的旋转阻力

在另一方面，本发明提供一种使用扭矩适配器和扭矩传感器测量由旋转动力源提供的堵转转矩的方法。扭矩适配器包括心轴和壳体。心轴连接到旋转动力源，并且壳体旋转地固定到扭矩传感器。该方法包括以下步骤：启动旋转动力源以向心轴提供扭矩。接着，该方法包括以下步骤：使心轴相对于壳体旋转通过提供标称的旋转阻力的第一旋转区域。接着，该方法包括以下步骤：使心轴相对于壳体旋转通过提供增加的旋转阻力的第二旋转区域。该方法包括以下步骤：当旋转阻力等于旋转动力源提供的扭矩时，堵转心轴的旋转。最后，该方法包括用扭矩传感器测量旋转动力源的堵转转矩的步骤。

通过考虑以下详细描述和附图，本发明的其他特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是包括根据本发明一个实施例的扭矩适配器的扭矩测量组件的示意图。

图2是图1的扭矩适配器的透视图。

图3是图1的扭矩适配器的侧视图。

图4是通过图3的线4-4的、图1的扭矩适配器的剖视图。

图5是图1的扭矩适配器的分解透视图。

图6是图1的扭矩适配器的另一分解透视图。

图7是通过图3的线7-7的、图1的扭矩适配器的壳体的剖视图，其示出了第一弧形突起位于第一起始取向。

图8是通过图3的线7-7的、图1的扭矩适配器的壳体的剖视图，其示出了第一弧形突起位于第二中间取向。

图9是通过图3的线7-7的、图1的扭矩适配器的壳体的剖视图，其示出了第一弧形突起位于第三堵转取向。

图10是通过图3的线7-7的、图1的扭矩适配器的壳体的剖视图，其示出了第一弧形突起位于替选第三堵转取向。

图11是示出在利用图1的扭矩适配器时测量由旋转动力源提供的堵转转矩的方法的流程图。

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。而且，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。

具体实施方式

图1-图9示出了扭矩适配器10，其用于更精确地测量旋转动力源(例如旋转动力工具110)的最大扭矩(即，堵转转矩)。扭矩适配器10可在各种旋转取向之间操作，例如第一起始取向(图7)、第二中间取向(图8)和第三堵转取向(图9和图10)。扭矩适配器10包括圆柱形壳体16和心轴18，心轴18具有限定旋转轴线A(图1)的主轴部分22。心轴18可相对于壳体16、绕旋转轴线A通过各种取向选择性地旋转，如下面更详细地描述的。心轴18相对于壳体16的正向旋转取向由心轴18绕轴线A从起始取向(图7)朝向堵转取向(图9和图10)的旋转来限定。扭矩适配器10还包括位于壳体16内的阻力子组件60(图5)。

图1示出了扭矩测量系统100，其包括位于旋转动力工具110的扭矩输出主轴或卡盘11和转矩传感器120之间的扭矩适配器10。扭矩传感器120旋转地接地，并且被配置成经由扭矩适配器10测量由扭转动力工具110产生的扭矩。卡盘11可以与扭转动力工具110相关联，并且可以附接到心轴18的主轴部分22，以便在扭矩测量系统100的操作期间，可旋转地固定到其上。类似地，壳体16包括第一连接器(例如，阴性方形输出凹槽14)(图5)，其可选择性地附接到第二连接器(未示出)(例如，阳性方形输入构件)，以将壳体16可旋转地固定到转矩传感器120的输入。

参考图2-图6，心轴18的主轴部分22包括六角形柄部24，该六角形柄部24设置在主轴部分22的远端，并且可容纳在卡盘11中(图1)。凸缘部分20从心轴18的近端径向向外延伸，并限定第一配合表面21(图6)。

如图6中最佳所示，心轴18设置有第一弧形突起62，第一弧形突起62从第一配合表面21轴向地突起，并且至少部分地围绕圆的圆周延伸。第一弧形突起62包括第一突起前壁64和与第一突起前壁64相对的第一突起后壁66。第一突起前壁64面向心轴18相对于壳体16的正向旋转方向。在本构造中，第一弧形突起还包括窄部分68，其具有减小的径向宽度W1。心轴18还设置有第二弧形突起70，第二弧形突起70从第一配合表面21轴向地突起，并且至少部分地围绕圆周的圆周延伸。第二弧形突起70包括第二突起前壁72以及与第二突起前壁72相对的第二突起后壁74。第二突起前壁72面向心轴18相对于壳体16的正向旋转方向。在本构造中，第一弧形突起62和第二弧形突起70旋转地偏移大约半圈(即180度)，并且围绕圆的大体相同的圆周延伸。在其他构造中，第一弧形突起62和第二弧形突起70可以旋转偏移小于半圈(例如，175度、160度、145度等)，并且可以围绕不同的圆周延伸。

返回参考图5，壳体16设置有第二配合表面41，第二配合表面41位于壳体16的近端处，并且被配置成与心轴18的第一配合表面21配合。第一弧形凹槽42设置在第二配合表面41中，并且至少部分地围绕圆的圆周延伸。第一弧形凹槽42包括第一凹槽前壁44和第一凹槽后壁46，第一凹槽前壁44在旋转方向上位于第一弧形凹槽42的最远端，第一凹槽后壁46与第一凹槽前壁44相对。类似地，第二弧形凹槽50设置在第二配合表面41中，并且至少部分地围绕圆的圆周延伸。第二弧形凹槽50包括第二凹槽前壁52和第二凹槽后壁54，第二凹槽前壁52在旋转方向上位于第二弧形凹槽50的最远端，第二凹槽后壁54与第二凹槽前壁52相对。在本构造中，第一弧形凹槽42和第二弧形凹槽50旋转偏移大约半圈(即180度)，并且围绕圆的大体相同的圆周延伸。在其他构造中，第一弧形凹槽42和第二弧形凹槽50可以旋转偏移小于半圈(例如，175度、160度、145度等)，并且可以围绕不同的圆周延伸。

壳体16还设置有中间壁48，中间壁48设置在第一弧形凹槽42内，并将第一弧形凹槽42分成第一旋转区域78(图7)和第二旋转区域80(图10)。第二旋转区域80容纳阻力子组件60，阻力子组件60包括滑块28和偏置构件(例如，螺旋弹簧36)。滑块28包括弧形滑块侧壁82、84和滑块前壁86(图7)。弹簧36至少部分地位于由滑块侧壁82、84和滑块前壁86形成的腔29内，并且使滑块28朝向中间壁48偏置。

当滑块前壁86与中间壁48接触时，滑块前壁86限定第一旋转区域78的前边界(即，相对于正向旋转方向)。同样，当滑块前壁86与中间壁48接触，滑块前壁86进一步限定第二旋转区域80的后边界。

当心轴18联接到壳体16时，第一配合表面21与第二配合表面41对齐并抵靠第二配合表面41。第一弧形凹槽42容纳第一弧形突起62，第二弧形凹槽50容纳第二弧形突起70。如图5中最佳所示，中间壁48还包括切口或槽76，其具有径向宽度W2(图7)，其标称上大于第一弧形突起62的窄部分68的径向宽度W1。如下面将进一步讨论的，当心轴18相对于壳体16旋转时，窄部分68允许第一弧形突起62从第一旋转区域78穿过中间壁48并进入第二旋转区域80。

返回参考图6，壳体16还包括阴性方形输出凹槽14，阴性方形输出凹槽14形成在壳体14的远端中，并且被配置成容纳扭矩传感器120(图1)的阳性方形输入构件(未示出)。输出凹槽14可以是标准的方形驱动器尺寸(例如，1/4”、3/8”、1/2”、3/4”等)。在本构造中，扭矩适配器10还包括适配器12，适配器12可容纳在输出凹槽14中，并且被配置为适应方形驱动连接的尺寸(例如，从3/4”到1/2”等)，以适应不同大小的输入构件。

在操作时，为了测量旋转动力源(例如，旋转动力工具110)的堵转转矩，根据图1的布置，扭矩适配器10定位在旋转动力工具110和扭矩传感器120之间。柄部24可旋转地锁定到旋转动力工具110的卡盘11，并且壳体16的输出凹槽14容纳扭矩传感器120的输入构件(未示出)，以将壳体16可旋转地锁定到扭矩传感器120的输入。心轴18相对于壳体16设置在起始旋转取向上，如图7所示。在起始取向上，第一突起后壁66抵靠第一凹槽后壁46，第二突起后壁74抵靠第二凹槽后壁54。弹簧36将滑块28朝向中间壁48偏置，使得滑块前壁86抵靠中间壁48。

在扭矩适配器10就位并且设定到起始取向的情况下，旋转动力工具110开始向扭矩适配器10提供扭矩，这使得心轴18开始相对于壳体16旋转。扭矩传感器120开始以连续的间隔测量由扭矩适配器10提供的扭矩。第一弧形突起62开始从起始取向行进通过第一旋转区域78，心轴18通过该第一旋转区域78仅面对标称旋转阻力(例如，分别在凸缘20和壳体16的配合表面21、41之间的标称摩擦阻力)。当第一弧形突起62穿过第一旋转区域78时，卡盘11和心轴18成角度地加速。在通过第一旋转区域78时缺乏显著的旋转阻力允许旋转动力工具110在堵转发生和测量堵转转矩之前，初始克服内部旋转阻力源(例如，电动机、传动系组件等中的摩擦损失)。在使旋转动力工具110堵转之前，加速卡盘11和心轴18通过第一旋转区域78提供了更准确的堵转转矩测量。

参考图8，心轴18旋转通过第一旋转区域78，直到其到达中间取向，其中第一突起前壁64接触滑块前壁86。在本构造中，第一旋转区域78提供心轴18相对于壳体16的大约30度的旋转，由图7中的角度φ1表示。在其他构造中，取决于第一突起62和第二突起70以及第一凹槽42和第二凹槽50的尺寸和大小，第一旋转区域78可以提供大约10度、15度、20度、25度、35度、40度、45度、50度、60度、75度或90度的角度φ1。

在到达中间取向之后，当心轴18相对于壳体16旋转通过第二旋转区域80时，心轴18开始遇到增加的旋转阻力。第一突起前壁64压靠滑块前壁86并压缩弹簧36。当弹簧36压缩时，它经由滑块28对第一弧形突起62施加越来越大的阻力。偏置构件36的阻力减慢心轴18的角加速度，并使心轴18相对于壳体16减速。

最终，由偏置构件36施加的阻力与由旋转动力工具110提供的扭矩匹配，并且达到最终的“堵转”取向，在该取向处，卡盘11和心轴18相对于壳体16停止旋转。当达到堵转取向时，由扭矩传感器120测量的扭矩是旋转动力工具110的堵转转矩。通过在停止在堵转取向之前使心轴18旋转通过角度φ1和φ2，旋转动力工具110在提供由扭矩传感器120测量的堵转转矩之前，克服了与初始“启动”相关联的内部静摩擦力。这提供了对旋转动力工具110的堵转转矩的更精确测量。

在一些应用中，如图9所示，特定旋转动力工具110的堵转转矩可小于弹簧36施加的阻力，从而在第二突起前壁72接触第二凹槽前壁52之前就达到堵转取向。在其它应用中，如图10所示，特定旋转动力工具110的堵转转矩可以等于或大于弹簧36施加的阻力，从而当第二突起前壁72接触第二凹槽前壁52时达到堵转取向。在本构造中，第二旋转区域80(由图10中的角度φ2表示)提供了心轴18相对于壳体16的最大的约30度的旋转，由此第一突起62压缩弹簧36。在其他构造中，取决于第一突起62和第二突起70以及第一凹槽42和第二凹槽50的尺寸和大小，第二旋转区域80可提供大约10度、15度、20度、25度、35度、40度、45度、50度、60度、75度、或90度的最大角度φ2。

图10示出了使用扭矩适配器10测量旋转动力工具110的堵转转矩的方法1000。如步骤1002所示，扭矩适配器10最初定位并连接在旋转动力工具110和扭矩传感器120之间。接下来，在步骤1004，将扭矩适配器10设定在起始取向，其中心轴18的第一突起后壁66抵靠壳体16的第一凹槽后壁46。在步骤1006，旋转动力工具110被启动，以开始将扭矩提供给心轴18。在步骤1008，心轴18相对于壳体16旋转通过第一旋转区域78，同时面对标称旋转阻力。在步骤1010，由于弹簧36施加的阻力，心轴18接下来旋转通过第二旋转区域80，同时面对增加的旋转阻力。在步骤1012，当旋转阻力达到等于由旋转动力工具110提供的扭矩时，堵转心轴18的旋转。最后，在步骤1014，当旋转动力源110堵转时，由扭矩传感器120测量堵转转矩值。

在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (20)

1.一种用于测量由旋转动力源提供的堵转转矩的扭矩适配器，其特征在于，所述扭矩适配器包括：

壳体，包括至少部分地由凹槽前壁和凹槽后壁限定的弧形凹槽，所述弧形凹槽具有第一旋转区域和第二旋转区域，所述第一旋转区域的一侧由所述凹槽前壁界定，所述第二旋转区域的、与所述第一旋转区域相对的一侧由所述凹槽后壁界定；

心轴，能够相对于所述壳体旋转并具有凸缘部分，所述凸缘部分包括容纳在所述弧形凹槽中的弧形突起；

阻力子组件，包括容纳在所述弧形凹槽中的偏置构件；

其中，当所述心轴相对于所述壳体旋转时：在所述弧形突起通过所述第一旋转区域时，所述心轴遇到标称的旋转阻力，并且在所述弧形突起通过所述第二旋转区域时，所述心轴遇到增大的旋转阻力。

2.根据权利要求1所述的扭矩适配器，其特征在于，所述弧形凹槽至少部分地围绕圆的圆周延伸，并且其中，所述弧形突起至少部分地围绕圆的圆周延伸。

3.根据权利要求1或2所述的扭矩适配器，其特征在于，所述壳体还包括中间壁，所述中间壁设置在所述凹槽前壁和所述凹槽后壁之间、在所述弧形凹槽中。

4.根据权利要求3所述的扭矩适配器，其特征在于，所述弧形突起包括窄部分，所述中间壁包括槽，所述槽允许当所述心轴相对于所述壳体旋转时，所述窄部分通过所述中间壁。

5.根据权利要求4所述的扭矩适配器，其特征在于，所述中间壁将所述第一旋转区域与所述第二旋转区域分开，并且所述阻力子组件设置在所述第二旋转区域中。

6.根据权利要求5所述的扭矩适配器，其特征在于，所述阻力子组件包括具有滑块前壁的滑块，并且当所述弧形突起位于所述第一旋转区域中时，所述滑块前壁抵靠所述中间壁。

7.根据权利要求6所述的扭矩适配器，其特征在于，所述偏置构件将所述滑块朝向所述凹槽后壁偏置。

8.根据权利要求6所述的扭矩适配器，其特征在于，所述滑块包括第一弧形侧壁和第二弧形侧壁，并且所述偏置构件至少部分地位于由所述第一弧形侧壁和所述第二弧形侧壁和所述滑块前壁限定的腔内。

9.根据权利要求1或2所述的扭矩适配器，其特征在于，当所述弧形突起通过所述第二旋转区域时，所述阻力子组件通过对所述弧形突起施加增大的阻力来引起所述增加的旋转阻力。

10.根据权利要求1或2所述的扭矩适配器，其特征在于，所述弧形突起包括突起前壁和突起后壁，并且其中，当所述弧形突起从所述突起后壁抵靠所述凹槽后壁的起始取向通过所述第一旋转区域时，所述心轴在与所述阻力子组件接触之前相对于所述壳体旋转至少十五度。

11.根据权利要求10所述的扭矩适配器，其特征在于，当所述弧形突起通过所述第二旋转区域时，所述心轴能够相对于所述壳体旋转最多至少十五度，同时经受由所述阻力子组件提供的增加的旋转阻力。

12.根据权利要求1或2所述的扭矩适配器，其特征在于，所述壳体还包括第一连接器，所述第一连接器设置在所述壳体中，并且可操作以与扭矩传感器上的相应第二连接器配合，以将所述壳体旋转地锁定到所述扭矩传感器。

13.根据权利要求12所述的扭矩适配器，还包括适配器，所述适配器被配置为使所述第一连接器的尺寸适应所述第二连接器的尺寸。

14.根据权利要求1或2所述的扭矩适配器，其特征在于，所述弧形凹槽是第一弧形凹槽，所述凹槽前壁是第一凹槽前壁，并且所述凹槽后壁是第一凹槽后壁，并且所述弧形突起是第一弧形突起，所述第一弧形突起具有第一突起前壁和第一突起后壁；以及

其中，所述壳体还包括第二弧形凹槽，所述第二弧形凹槽具有第二凹槽前壁和第二凹槽后壁，并且所述心轴还包括位于所述第二弧形凹槽中的第二弧形突起，所述第二弧形突起具有第二突起前壁和第二突起后壁。

15.根据权利要求14所述的扭矩适配器，其特征在于，所述心轴可相对于所述壳体以起始取向配置，并且其中，在所述起始取向中，所述第一突起后壁抵靠所述第一凹槽后壁，并且所述第二突起后壁抵靠所述第二凹槽后壁。

16.根据权利要求15所述的扭矩适配器，其特征在于，所述心轴还能够相对于所述壳体以堵转取向配置，并且其中，在所述堵转取向中：

由所述偏置构件施加的阻力引起的旋转阻力等于由所述旋转动力源提供的堵转转矩，使得所述第二突起前壁不接触所述第二凹槽前壁；以及

由所述偏置构件施加的阻力引起的旋转阻力小于由所述旋转动力源提供的堵转转矩，使得所述第二突起前壁接触并抵靠所述第二凹槽前壁。

17.根据权利要求16所述的扭矩适配器，其特征在于，所述阻力子组件包括滑块，所述滑块具有滑块前壁，并且所述心轴还能够相对于所述壳体配置在中间取向，其特征在于，在所述中间取向中，所述滑块前壁抵靠所述第一突起前壁和所述中间壁两者。

18.根据权利要求1或2所述的扭矩适配器，其特征在于，所述心轴还包括邻近所述凸缘部分的心轴部分，以及位于所述心轴部分的远端处的六边形柄部。

19.一种使用扭矩适配器和扭矩传感器测量由旋转动力源提供的堵转转矩的方法，其特征在于，所述扭矩适配器具有心轴和壳体，所述心轴连接到所述旋转动力源，并且所述壳体旋转地固定到所述扭矩传感器，所述方法包括：

启动所述旋转动力源以向所述心轴提供扭矩；

使所述心轴相对于所述壳体旋转通过提供标称的旋转阻力的第一旋转区域；

使所述心轴相对于所述壳体旋转通过提供增加的旋转阻力的第二旋转区域；

当旋转阻力等于旋转动力源提供的扭矩时，堵转所述心轴的旋转；以及

用所述扭矩传感器测量所述旋转动力源的堵转转矩。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：

在启动所述旋转动力源之前，将所述扭矩适配器设定在起始取向上，在所述起始取向上，所述心轴的第一弧形突起的后壁抵靠所述壳体的第一弧形凹槽的后壁。