CN111421512B - 关节摆动动力工具 - Google Patents

Abstract

摆动动力工具（100）包括产生转动运动的驱动马达（50）和用于将马达的转动运动转化成从一侧到另一侧的摆动移动的致动器（110）。动力工具（100）包括工具底座（114），其被致动器（110）操作地驱动并被配置为支撑工具（118），由此工作端部（120）与马达传动轴（52）的轴线（A）实质上共线和/或共面。

Description

关节摆动动力工具

相关申请引用及优先权要求

本申请为第61/904，503号临时申请的发明申请，并要求其优先权，第61/904,503号临时申请的申请日为2013年11月15日且同样处于审查状态，其全部公开通过引用被包含于此。

技术领域

本公开涉及动力工具领域，并且更具体地涉及具有摆动工具的手持动力工具，该摆动工具能够被关节地连接通过包括0到90度的位置范围。

背景技术

摆动动力工具是轻型手持工具，被配置为摆动多种附属工具和附加装置，例如切割刀片，砂磨盘，研磨工具以及许多其他类型。附属工具和附加装置能够使摆动动力工具以许多不同的方式使工件成形并塑造其轮廓。但是，之前所知的摆动工具，其在难以到达的工作区域执行某些任务的能力是受限的。这些摆动动力工具具有固定的工具头，这可能限制能够执行的任务的数量。具有固定工具头的摆动动力工具还可能造成操作者在执行工作时将工具定位在较不方便的位置。有时候，由于工件性质而必需的动力工具的位置可能不足以有效率地完成任务。操作者可能被迫要么选择另外的工具以完成任务，要么诉诸于非动力工具，这两者都会增加完成任务的时间量，并且由于操作者的疲劳，也减少了操作者能够就工件进行工作的时间量。

例如，当不同类型的附属工具可用于执行切割，刮削，和砂磨操作时，此类附属工具的使用被限制在摆动动力工具，在此工具头相对工具，工具本体，或工具柄固定。由此，这些附属工具的使用范围会相当窄，因为摆动工具头的输出方向是根据动力工具，工具本体或工具柄而固定的。例如，用于摆动动力工具的平面切削刀片附件能够被用于从工件表面修剪或削刮薄的材料层。由于这种类型的附件会带来刀片在表面挖出沟槽并可能毁坏工件的风险，因此，工具头的方向是重要的，并且这对于具有固定工具头的动力工具来说更加困难。

需要具有摆动工具或刀片的手持动力工具，其能够被符合人体工程学地操作以便减少操作者的疲劳，但是该工具适用于优秀地执行大范围的切割操作。

发明内容

在一方面，摆动动力工具包括壳体；马达，马达位于壳体中并具有传动轴，传动轴被配置为用于绕第一轴线转动；致动器，操作地连接到该传动轴并被配置为将传动轴的转动转化为在平面内的摆动位移；工具架，连接到致动器并被配置为响应致动器的移动而移动；其中，该工具架被配置为支撑该工具并且工具的工作表面与马达传动轴的纵轴实质上共线。

本公开进一步描述了具有限定了平面的工作表面的工具，例如用于执行插切切削的悬臂式刀片。致动器被配置为支撑该悬臂式刀片，由此刀片工作表面的平面与致动器产生的摆动位移的平面至少平行或接近平行，并且优选地共面或接近共面。在一方面，该工具可配置为将刀片固定在平行/接近平行或共面/接近共面的震动减少位置，或者可配置为允许切削刀片或附件移动或关节连接到且自震动被从最大震动方向减少的位置，以及到且自震动最小化的位置。

附图说明

图1是包括关节工具架的摆动动力工具的立体图。

图2是图1中的工具沿2-2线并沿箭头方向的剖面立面侧视图。

图3是图1中的动力工具的鼻部的正视图，其关节臂位于相对于工具的纵轴呈九十（90）度的位置。

图4是图1中示出的动力工具的立体图，指明在动力工具操作中的一个震动来源。

图5是图1中示出的动力工具的刀片和致动器部件的正视图，指明在动力工具操作中的一个额外的摆动来源。

图6是图1中示出的动力工具的侧视部分剖视图，示出位于关节角度的工作工具。

图7是关于切削速度作为用于图1中示出的动力工具的关节角度的函数的图表。

图8是关于震动量位于用于图1中示出的动力工具以及用于具有悬臂式插切刀片的关节角度的函数的图表。

图9根据本公开的一个方面的动力工具的侧视图。

图10是图9中示出的动力工具侧视部分剖面视图。

具体实施方式

出于促进对本公开原理的理解的目的，现参考附图中示出的以及在下述书面说明书中描述的实施例。应理解到，在此没有限制本公开范围的意图。应进一步理解到，公开包括对所示实施例的任何替代或修改，并包括本公开所属领域的一般技术人员通常想到的本公开原理的进一步应用。

图1示出了摆动动力工具10，具有大致圆柱形的壳体12，壳体12具有位于工具10的前端16的工具架14，或工具头。工具架14适用于接受数种不同的工具或工具附件，其中一个被示出为刮削工具18。刮削工具18沿方向20从一侧到另一侧摆动，或呈反向角位移。其他摆动附属工具是公知的并且包括那些具有不同尺寸、类型和功能的工具，包括执行切削，刮削，和砂磨操作的工具。壳体12能够由刚性材料构造，例如塑料，金属，或复合材料（例如纤维加强聚合物）。壳体12能够包括鼻壳体（未示出）以覆盖工具的前部，工具头，和相关机构。

壳体12包括柄部22，柄部22能够成型为为操作者提供抓握区域。壳体的后部24能够包括电池盖，电池盖打开并关闭以接受可替换或可充电电池。该盖还能够是可替换可充电电池的一部分，由此盖保持附接在可充电电池上成为电池壳体的一部分。壳体12包括电源开关26用于向马达（将在下文描述）提供或撤除动力以在摆动方向20移动工具。电源开关26能调节向马达提供的动力的量，以控制马达的速度和工具18的摆动速度。在一个实施例中，马达包括电动马达，其被配置为从电池或燃料电池接收动力。在另外的实施例中，马达可通过电源线（未示出）从交流插座接收供给马达的电力。作为电力的替代，摆动动力工具10可以是气动的，燃料（例如汽油或柴油）动力的，或液压动力的。工具还能够包括另外的使用者输入装置例如与电源开关26分离的用于控制马达速度的第二开关。

工具10的前端16包括传动轴支撑28，其接收与马达连接的传动轴，传动轴的端部30被支撑以在支撑28中转动。关节器32包括具有第一关节臂34和第二关节臂36的关节支撑，每个臂具有与传动轴支撑28在旋转轴38枢轴连接的第一端。臂34和36的第二端各自通过螺栓40连接到工具架14。每个螺栓40能够将臂34和36固定到工具架14由此工具架14的转动不会发生在在螺栓40的位置。但是，臂34和36与工具架之间的接触面能够被配置为允许工具架围绕轴线42转动移动以提供额外的工具头调整位置。

图2是是图1中的工具沿2-2线并沿箭头方向的剖面立面侧视图。工具10支撑马达50，马达50包括在壳体12内的传动轴52。马达50的轴52大体沿壳体12的纵轴对齐并被支撑为在轴承54中转动。在传动轴52的终止端，安装有偏心传动轴56，具有安装为在支撑壳体轴承58中转动的偏心传动轴的部分30。偏心传动轴56包括中央部分，致动器59的偏心传动轴承60被安装于其上。致动器59被配置为将马达传动轴的转动输出转化为从一测到另一侧的摆动移动。偏心传动轴承包括固定安装在偏心传动轴56上的内环62和可转动安装在内环62周围的外环64。多数个滚动元件轴承位于内环和外环之间以完成轴承。可相应使用滚珠轴承或滚柱轴承。

由于内环62固定到偏心传动轴，内环的表面遵循偏心路径，这依次使外环64的外表面沿偏心路径移动。连结部66操作地连接到外环64和位于工具架14中的工具底座67。工具底座67为大体呈圆柱形的轴，并从工具架14的底部部分延伸，还包括凹口68，凹口68适于在相对于工具底座67的固定位置接受工具18。工具底座的其他形状是可能的。能够通过延伸到工具18和凹口68之中的螺栓70将工具18固定地安装到工具底座67。工具架14和/或工具底座67能够被成形为包括在工具18和凹口68之间摩擦配合的接触面，以便为工具提供固定安装位置而不需要螺栓或其他紧固件。轴承71，操作地连接到工具底座67，提供工具底座67在工具架14中的转动移动。

工具底座67的安装部分72成形为接受连结部66的端部74（也被称为中央部分），由此端部74被保持在相对于底座67的固定位置。安装部分72能够包括销，该销与相应的成形于连结部66的端部74中的配合特征部配合。

如图3中进一步示出的，连结部66操作地连接到外环64并被外环64致动为响应于传动轴52和内环62的转动而移动。端部74（如图2中所示）因而在图1中的方向20上双向致动工具18。在本公开的一个实施例中，连结部66包括连接到端部74上的第一分支76和第二分支78。第一分支76和第二分支78中的每一个均包括各自的终止端。第一分支76在其终止端包括接触表面80，并且第二分支78在其终止端包括接触表面82。终止端从分支呈直角延伸，但其他的配置也是可能的。接触表面80和82中的每一个均邻近外环64定位，并且能够根据接触表面80和82和外环的位置与外环64的外表面相间隔。连结部和中央部分将接触表面80和82的位置维持在外环64的外表面。通过提供具有开放端部的第一分支和第二分支，成形叉状物。

在传动轴52连续转动的过程中，偏心传动轴56围绕工具10的纵轴偏心地且连续地移动内环62，这迫使外环64的外表面同样偏心地移动。外环典型地并非连续转动，而是间歇地移动。偏心运动被转移到接触表面80和82，接触表面80和82，至少部分地在偏心传动轴的转动过程中，与外环64的外表面间隔预定的距离。在操作期间，间歇接触发生在外环的外表面和接触表面80和82中的至少一个之间。由此，由于外环64的偏心移动，第一分支76和第二分支78的终止端大体沿线85从一侧到另一侧摆动。在一个实施例中，接触表面80或82和外环64的外表面之间的间隔能够在0.05至0.1mil的范围内。当内环62连续转动时，外环64的外表面大体随内环62连续移动。

在图3中，线85还代表枢转轴线，当工具头14被关节连接时，分支76和78的端部围绕其转动。因此，在该实施例中，旋转轴38和位于线85的旋转轴是共线的。在其他实施例中，关节臂的旋转轴方向和连结部的摆动方向不是共线的。

接触表面80和82利用外环64的外表面从一侧到另一侧的运动使第一分支76和第二分支78大体沿线85从一侧到另一侧移动，这依次使工具18以反复且呈反向弧的方式移动。由于外环64的外表面偏心移动，在接触表面80和82上的接触点在表面上不同并且不是精确固定在线85上。但是，每个分支的直线运动（其同时被限制在外环的偏心上）足以以反转角的方向移动分支和端部74，端部74使工具底座67围绕其轴线转动。由此，工具底座67并不完全绕轴线转动移动。工具18相应地以摆动方式响应以提供期望的功能，包括砂磨，研磨，切削，抛光，或刮削。

如之前结合图1所描述的，第一关节臂34和第二关节臂36连接到支撑28，并围绕轴线38弧形移动。在示出的实施例中，该旋转轴38与如图3中示出的线85在至少一个平面中一致。因为臂34和36围绕轴线38转动，并且连结部66连接到工具头14，第一分支76的接触表面80和第二分支78的接触表面82o也大体绕轴线38转动。因此，由于枢转轴线38的位置，臂34和36的位置，以及传动轴承60的位置，第一分支76和第二分支78维持在预先限定的枢转轴线。因此，在工具架各处的运动范围定位工具架14中，第一分支76和第二分支78从一侧到另一侧的移动大体沿线85发生。

图1-3中的手持摆动工具10为操作者提供了重大的益处，例如，提供达到那些以其他方式无法到达或难以到达的区域。例如，如图4所描述的，切削刀片18从工具的纵轴或马达轴线A偏离距离X。这一特征能够为使用者提供手部空隙H，其中切削刀片18与工作表面齐平。如图5中所示出的，可通过最小化或消除任何不期望的围绕马达轴线A施加的力矩来增强工具的表现，这种力矩的产生是由在工作面上高速摆动的刀片的反作用力，以及使用者安装的附件的惯性载荷。

图6示出了示例性的工具装置10，工具装置10具有位于角度偏离位置的附件工具18。当切削工具18与工作表面W的接触面是沿马达轴线A时，切削工具和工具架14的重心42带来减少的不期望的力矩。这种减少的力矩表现在减少的工具壳体的震动，以及驱动机构的可变惯性载荷。角度偏离增加了工具或刀片工作表现，图7的图表中描述的切削时间的减少证明了这一点。此外，通过壳体传递到操作者手部的震动更少，这减轻了操作者的疲劳和不适。图8的图表示出了悬臂式插切刀片（例如图1中的刀片18）和圆刀片的震动水平。可以看出，即使具有圆刀片，其与插切刀片相比，工具的重心更加接近与工具底座72的轴线对齐，当切削工具18与动力工具的重心对齐时（如图6中所示），震动水平明显降低。如图1-3中所示的摆动动力工具10的震动水平在图8的图表中以零度头部角表示。

为了消除或减少刀片的偏心摆动导致的震动，摆动工具100被提供为其中刀片工作表面的平面与驱动马达的轴线A大体上共面且共线（如图9-10所示）。工具100包括与壳体12类似的壳体102，壳体102覆盖与驱动马达50类似的转动的驱动马达，并具有与轴线A对齐的马达输出轴。马达输出轴操作地连接到致动器110，致动器110能够被构造为与关节器32类似，以便将马达的转动运动转化为从一侧到另一侧的摆动运动。

刀片或工作工具118安装到致动器110上，由此致动器从一侧到另一侧的运动被传导至刀片。如图9所示，刀片的工作端部120与马达轴线A实质上共面且共线，由此工作端部在由刀片限定的平面P中摆动，这种摆动由刀片运动箭头指出。平面P被定向为与致动器110限定的横向平面相一致，由此不存在致动器110的摆动平面和刀片118的摆动平面之间的偏离。刀片118包括与致动器110的工具底座112接合的安装端部122，以及跨过工具底座和马达轴线A或平面P之间的偏离的过渡部分124。因此，该配置将切削载荷（或来自与工作表面接合的刀片的反作用力）与工具100的惯性部件（即壳体102以及其中的马达）的最大力矩的平面实质上对齐。因此，图9中所描述的配置使更多的马达能量被传送为摆动刀片118，并且减少了被浪费的工具震动所吸收的马达能量的量。较少的震动还为操作者提供了减轻手部疲劳的益处。

在一个实施例中，刀片118以与图2的工具类似的方式安装到致动器112。如图10中的剖面图所示，工具100可在壳体102中和致动器112中包括类似的部件。但是，在该实施例中，刀片118被定向以使工作端部120与马达轴线A共面。因此，刀片118被安装在连结部66的端部74，由此刀片在连结部之上，而不是之下（如在工具10中那样）。刀片118还安装在连结部66的端部，由此刀片的工作表面120在工具的重心CG_tool之上。这种安排最小化了存在于之前的动力工具中的壳体之上的不期望的力矩。

致动器112因此包括工具底座114，工具底座114穿过连结部端部74的孔，并包括用于接收螺栓70的螺纹孔。锁定板116可被夹在刀片118的安装部分122和连结部66之间。刀片因此被安装为使得工作表面120与轴线A对齐，并且使刀片与致动器112的连结部从一侧到另一侧摆动。能够理解的是，致动器112可被配置为用于刀片118的固定角度方向，具体地如图6中示出的方向。替代地，致动器112可与关节器（例如工具10的关节32）成为一体，以便以之前描述的工具10的方式允许刀片与平面P垂直的竖直角度的调节。当修改刀片的角度方向时，其天然会带来一些偏离震动效应，由于关节和刀片组件的重心更接近工具的重心，特别是通过使刀片18的工作端部与马达轴线A同线对齐（如图6中所示），这种效应被最小化了。

能够理解到，图9和10中示出的刀片的布置可提供切削刀片与马达轴线的优化的对齐状况，并且导致刀片的摆动和惯性载荷带来的震动明显减少。但是，这种布置抑制了利用悬臂式插切刀片进行平面切削的能力。另一方面，如图6中所示的刀片的布置，允许使用者进行平面切削，这是因为在成角度且固定的头部配置中提供了足够的手部空隙。在可调节的关节配置中，刀片能枢转到相对于工具壳体12垂直或接近垂直的角度。当处于垂直角度时，震动效应更高，当所描述的刀片位于接近共面或共线方向时，震动的减少明显。例如图6中所示的，可调节的关节配置允许使用者相对马达轴线A调节切削附件的方向，以便使震动最小化或并使切削表现最大化。

本公开描述了动力工具，包括壳体；马达，马达位于壳体中并具有传动轴，传动轴被配置为用于绕第一轴线转动；致动器，致动器操作地连接到该传动轴并被配置为将传动轴的转动转化为在平面内的摆动位移；工具架，工具架连接到致动器并被配置为响应致动器的移动而移动；其中，该工具架被配置为支撑该工具且其工作表面与马达传动轴的纵轴实质上共线。本公开进一步描述了具有限定了平面的工作表面的工具，例如用于执行插切切削的悬臂式刀片。致动器被配置为支撑该悬臂式刀片，由此刀片工作表面的平面与致动器产生的摆动位移的平面至少平行或接近平行，并且优选地共面或接近共面。该工具可配置为将刀片固定在平行/接近平行或共面/接近共面的震动减少位置，或者可配置为允许切削刀片或附件移动或关节连接到且自震动被从最大震动方向减少的位置，以及移动或关节连接到且自震动被最小化的位置。

在上述说明和附图中，已经具体示出并描述了本公开，其应当被认为是示例性的并且其性质是非限定的。应理解到仅仅提供了优选的实施例，并且在本公开精神内的所有变化，修改和进一步的应用也期望被保护。

Claims (12)

1.一种动力工具，包括：

壳体；

马达，所述马达位于所述壳体中并具有传动轴，所述传动轴被配置为用于绕纵轴转动；

致动器，所述致动器操作地连接到所述传动轴并被配置为将所述传动轴的转动转化为在摆动位移平面内的摆动位移；

工具架，所述工具架固定到所述致动器并被配置为响应致动器的移动而移动；

工具，其被所述工具架支撑，所述工具具有限定工作表面平面的工作表面，所述工具的工作端部在所述工作表面平面中摆动；以及

关节器，所述关节器操作地连接到所述壳体和所述工具架，所述关节器被配置为允许通过相对于所述纵轴的角度范围调整所述工具架，

其中，所述致动器，所述工具架和所述工具被配置成使得所述工具架支撑所述工具，其中所述工作表面平面与马达传动轴的所述纵轴基本上共面。

2.如权利要求1所述的动力工具，其中：

所述工具和致动器被配置成使得所述工具被支撑，由此所述工作表面平面与所述摆动位移平面基本上平行或基本上共面。

3.如权利要求2所述的动力工具，其中所述工具为用于执行插切切削的悬臂式刀片。

4.如权利要求1所述的动力工具，其中：

所述致动器包括：

偏心机构，所述偏心机构连接到所述传动轴以将传动轴的转动转化为摆动位移；并且

连结部，所述连结部从所述偏心机构延伸远离所述工具壳体并在所述纵轴之下；并且

所述工具架连接到所述连结部。

5.如权利要求4所述的动力工具，其中：

所述连结部限定穿过其中的孔；并且

所述工具架在所述孔中与所述工作表面接合并且相对于所述纵轴在所述孔之上。

6.如权利要求5所述的动力工具，其中所述工具与所述工具架通过锁定板接合，所述锁定板设置在所述工具的安装部分和所述连结部之间，并且螺栓穿过所述锁定板和所述工具的所述安装部分，并与所述工具架螺纹接合。

7.如权利要求1所述的动力工具，其中所述工具包括安装部分，所述安装部分限定偏离所述工作表面的安装表面，所述安装表面被支撑在所述工具架上。

8.一种动力工具，包括：

壳体；

马达，所述马达位于所述壳体中并具有传动轴，所述传动轴被配置为用于绕纵轴转动；

致动器，所述致动器操作地连接到所述传动轴并被配置为将所述传动轴的转动转化为在摆动位移平面内的摆动位移；

工具架，所述工具架固定到所述致动器并被配置为响应致动器的移动而移动；

工具，其被所述工具架支撑，所述工具具有限定工作表面平面的工作表面，所述工具的工作端部在所述工作表面平面中摆动；以及

关节器，所述关节器操作地连接到所述壳体和所述工具架，所述关节器被配置为允许通过相对于所述纵轴的角度范围调整所述工具架，

其中，所述动力工具限定重心，并且

其中，所述工具架和工具被配置成使得所述工具架支撑所述工具，其中所述工作表面平面与所述重心共面。

9.如权利要求8所述的动力工具，其中：

所述致动器包括：

偏心机构，所述偏心机构连接到所述传动轴以将传动轴的转动转化为摆动位移；并且

连结部，所述连结部从所述偏心机构延伸远离所述工具壳体并在所述纵轴之下；并且

所述工具架连接到所述连结部。

10.如权利要求9所述的动力工具，其中：

所述连结部限定穿过其中的孔；并且

所述工具架在所述孔中与所述工作表面接合并且相对于所述纵轴在所述孔之上。

11.如权利要求10所述的动力工具，其中所述工具与所述工具架通过锁定板接合，所述锁定板设置在所述工具的安装部分和所述连结部之间，并且螺栓穿过所述锁定板和所述工具的所述安装部分，并与所述工具架螺纹接合。

12.如权利要求8所述的动力工具，其中所述工具包括安装部分，所述安装部分限定偏离所述工作表面的安装表面，所述安装表面被支撑在所述工具架上。