CN111745576B - 头部可转动力矩扳手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头部可转动力矩扳手，包括扳手体、扳手头以及设置于扳手头上且用于输出应变信号的第一应变片组和第二应变片组，所述扳手头与所述扳手体为转动连接，扳手体上设有使扳手头与扳手体保持相对固定的锁止机构，扳手头具有让锁止机构嵌入的锁止槽且锁止槽设置多个。本发明的头部可转动力矩扳手，整体结构简单,体积小，承载高，能够实现扳手头的转向，以适应不同的使用环境，通过调节扳手头的角度，便于实现狭窄空间的旋拧作业，方向调整快捷，力矩控制准确，而且通过设置锁止机构，确保扳手头锁紧可靠。

Description

头部可转动力矩扳手

技术领域

本发明属于扳手技术领域，具体地说，本发明涉及一种头部可转动力矩扳手。

背景技术

扳手是一种常用的安装与拆卸工具，其利用杠杆原理拧转螺栓、螺钉、螺母和其它紧固件。

现有的力矩扳手主要是由扳手体和固定设置于扳手体端部的扳手头组成，在扳手使用过程中，当遇到使用环境狭窄的情况时，如在飞机、汽车等特定的小空间作业，有时需要扳手头部和扳手手柄有一定的角度，方可实施紧固作业，而现有的力矩扳手不能满足这一要求，不利于定力矩旋拧操作。

而且现有的应变式普通力矩扳手，应变片多布置在扳手手柄上，通过测量扳手手柄的弯曲变形，换算出扳手头作用在紧固件上的力矩。其要求扳手卡口中心点必须位于手柄的中心轴线上，而当扳手头卡口中心点不在扳手手柄轴线上时(即扳手头与扳手手柄成一定角度，如图9所示)，扳手手柄中心点到扳手手柄轴线的存在距离L1，作业人员现场作业时，施加在扳手手柄上的力与扳手手柄轴线之间的非90度夹角(现场难以保证垂直)，其在手柄轴线方向的轴向分力F1对扳手头存在力矩F1*L1，而一般相对扳手手柄轴线对称布置的应变片无法测量手柄轴线方向上的力F1，轴向分力带来测量误差Δδ。Δδ＝F1*L1/(F2*L+F1*L1)，当L1较小时，误差Δδ可忽略不计，而对转弯扳手，L1较大，操作力的轴向分力带来的误差将严重影响到力矩测量精度。固现有应变式力矩扳手都将扳手卡口中心点设计在扳手手柄轴线上，扳手头无法转弯。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种头部可转动力矩扳手，目的是实现狭窄空间的旋拧作业。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：头部可转动力矩扳手，包括扳手体、扳手头以及设置于扳手头上且用于输出应变信号的第一应变片组和第二应变片组，所述扳手头与所述扳手体为转动连接，扳手体上设有使扳手头与扳手体保持相对固定的锁止机构，扳手头具有让锁止机构嵌入的锁止槽且锁止槽设置多个。

所述扳手头通过转轴与所述扳手体转动连接，所述锁止机构包括可旋转的设置于扳手体上且可嵌入所述锁止槽中的锁止销，锁止销的轴线与扳手头的旋转中心线相平行，转轴的轴线与锁止销的轴线相平行。

所述锁止销为圆柱形结构，所述锁止槽为圆弧形凹槽，锁止销的轴线与锁止槽的轴线相平行。

所述锁止销的外圆面上设有在所述扳手头相对于所述扳手体进行旋转时让扳手头通过的避让槽，避让槽设置一个且设置于锁止销长度方向上的中间位置处。

所述锁止槽在所述扳手头的端面上沿周向均匀设置多个。

所示锁止机构还包括与所述锁止销连接且位于所述扳手头一侧的转向手柄。

所述第一应变片组包括设置于所述扳手头上的第一电阻应变片，第一电阻应变片设置两个且两个第一电阻应变片设置于扳手头的相对两个侧面上；所述第二应变片组包括设置于所述扳手头上的第二电阻应变片，第二电阻应变片设置两个且两个第二电阻应变片设置于扳手头的相对两个侧面上。

所述第一应变片组和第二应变片组通过导线与信号处理显示装置电连接，所述扳手头具有让导线穿过第一穿线通道，扳手头通过转轴与所述扳手体转动连接，转轴具有让导线穿过的第二穿线通道，第二穿线通道与第一穿线通道连通。

所述第一穿线通道包括设置于所述扳手头内部且相连通的引线孔和第一穿线槽，所述第二穿线通道包括设置于所述转轴内部的第二穿线槽，第二穿线槽与第一穿线槽连通。

所述扳手体具有让导线穿过的第三穿线通道，第三穿线通道与所述第二穿线通道相连通，与所述第一应变片组和第二应变片组连接的导线依次穿过第一穿线通道、第二穿线通道和第三穿线通道与所述信号处理显示装置电连接；第三穿线通道包括第三穿线槽，导线从所述转轴的端面穿出后再穿入第三穿线槽，第三穿线槽为在扳手体的外侧面上设置且用于让导线穿过的凹槽，转轴的端面与扳手体的该外侧面之间具有距离。

本发明的头部可转动力矩扳手，整体结构简单，体积小，承载高，能够实现扳手头的转向，以适应不同的使用环境，通过调节扳手头的角度，便于实现狭窄空间的旋拧作业，方向调整快捷，力矩控制准确，而且通过设置锁止机构，确保扳手头锁紧可靠。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明头部可转动力矩扳手的纵剖视图；

图2是本发明头部可转动力矩扳手的横剖视图；

图3是本发明头部可转动力矩扳手的局部结构示意图；

图4是扳手头的俯视图；

图5是扳手头的剖视图；

图6是扳手体的局部结构示意图；

图7是扳手头与扳手体的连接示意图；

图8是图7中A-A剖视图；

图9是现有技术的力矩扳手的结构示意图；

图中标记为：1、转向手柄；2、锁止销；3、扳手体；4、扳手头；401、锁止槽；402、端面；403、引线孔；404、第一穿线槽；405、轴孔；406、内螺纹孔；5、转轴；501、第二穿线槽；502、端面；6、扳手柄；7、第一电阻应变片；8、第二电阻应变片；9、信号处理显示装置；10、盖板；11、第三穿线槽；12、第四穿线槽；13、第五穿线槽。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图5所示，本发明提供了一种头部可转动力矩扳手，包括扳手体3、扳手头4、信号处理显示装置9以及设置于扳手头4上且用于输出应变信号的第一应变片组和第二应变片组。扳手头4用于旋拧紧固件，扳手头4与扳手体3为转动连接，扳手体3上设有使扳手头4与扳手体3保持相对固定的锁止机构，扳手头4具有让锁止机构嵌入的锁止槽401且锁止槽401设置多个。设置锁止机构与扳手头4相配合，可使扳手头4在锁止状态和解锁状态之间进行切换。在扳手头4解锁后，扳手头4可相对于扳手体3进行旋转，调节与扳手体3之间的夹角。在扳手头4锁止后，扳手头4与扳手体3保持相对固定，形成刚性一体结构，此时可使用力矩扳手进行旋拧作业。

具体地说，如图1至图5所示，锁止机构包括可旋转的设置于扳手体3上且可嵌入锁止槽401中的锁止销2和与锁止销2连接且位于扳手头4一侧的转向手柄1，扳手体3的端部具有让扳手头4嵌入的容置槽，扳手头4通过一个转轴5与扳手体3的端部转动连接，该转轴5的轴线与扳手体3的长度方向和宽度方向相垂直，扳手头4的端部中心处具有让转轴5穿过的轴孔405，锁止销2的轴线与扳手头4的旋转中心线(也即转轴5的轴线)相平行，扳手体3上让锁止销2嵌入的安装孔且该安装孔为圆孔。

如图1至图5所示，锁止销2为圆柱形结构，锁止槽401为在扳手头4的圆弧形端面402上设置的圆弧形凹槽，锁止销2的轴线与锁止槽401的轴线相平行，锁止销2的直径与锁止槽401的直径大小相等。转向手柄1的端部与锁止销2的一端固定连接，通过扳动转向手柄1可使锁止销2进行转动。当锁止销2转动至嵌入锁止槽401中后，锁止销2的圆柱形外圆面与锁止槽401的内圆弧面贴合，锁止销2将锁止槽401填满，当锁止销2不在转动后，扳手头4即被固定，不能在相对于扳手体3进行转动。

如图1至图3所示，锁止销2的外圆面上设有在扳手头4相对于扳手体3进行旋转时让扳手头4通过的避让槽，避让槽设置一个且设置于锁止销2长度方向上的中间位置处，避让槽为矩形的开口槽，避让槽中的与锁止销2的轴线相平行的内壁面与扳手头4的旋转中心线之间的垂直距离不小于扳手头4的端面402的半径。当锁止销2转动至与锁止槽401脱离的位置后，避让槽正对锁止槽401，此时扳手头4解锁，转动扳手头4过程中，扳手头4端部上位于相邻两个锁止槽401之间的部位即可从避让槽中穿过，从而确保扳手头4能够转动。

如图1至图3所示，锁止槽401在扳手头4的嵌入扳手体3内部的圆弧形端部的端面402上沿周向均匀设置多个，从而可以实现扳手头4多角度调节，提高通用性。在本实施例中，锁止槽401在扳手头4的端面402上设置四个，四个锁止槽401为沿周向均匀布置。

如图1至图3所示，第一应变片组包括设置于扳手头4上的第一电阻应变片7，第一电阻应变片7设置两个且两个第一电阻应变片7设置于扳手头4的相对两个侧面上，第二应变片组包括设置于扳手头4上的第二电阻应变片8，第二电阻应变片8设置两个且两个第二电阻应变片8设置于扳手头4的相对两个侧面上，各个第一电阻应变片7分别与一个第二电阻应变片8设置于扳手头4的同一个侧面上，该侧面为与扳手头4的宽度方向相垂直且与扳手头4的长度方向相平行的平面，扳手头4的宽度方向与转轴5的轴线相垂直，扳手头4的长度方向与其宽度方向和转轴5的轴线相垂直。两个第一电阻应变片7处于与扳手头4的宽度方向相平行的同一直线上，两个第一电阻应变片7安装于扳手体3宽度方向上两侧平面上且以扳手体3宽度方向的纵向中心面相对布置，纵向中心面为位于扳手头宽度方向上的中心处且与扳手头的宽度方向相垂直的平面，纵向中心面位于两个第一电阻应变片7中间，扳手头4的旋转中心线位于纵向中心面内，两个第一电阻应变片7并按半桥连接。两个第二电阻应变片8也处于与扳手头4的宽度方向相平行的同一直线上，两个第二电阻应变片8安装于扳手体3宽度方向上两侧平面上且以扳手体3宽度方向的纵向中心面相对布置，两个第二电阻应变片8并按半桥连接。而且第二电阻应变片8与转轴5的之间的距离小于第一电阻应变片7与转轴5的之间的距离，第一应变片组和第二应变片组位于扳手头4的长度方向上的中间位置处，第一电阻应变片7和第二电阻应变片8优选与扳手体3为粘接连接。

如图1至图3所示，第一电阻应变片7和第二电阻应变片8通过导线与信号处理显示装置9电连接，扳手头4具有让导线穿过第一穿线通道，转轴5具有让导线穿过的第二穿线通道，第二穿线通道与第一穿线通道连通。信号处理显示装置9用于显示拧紧力矩，第一应变片组和第二应变片组输出应变信号至信号处理显示装置9，信号处理显示装置9的结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。

如图1至图3所示，本发明的头部可转动力矩扳手还包括与扳手体3连接的扳手柄6，信号处理显示装置9设置于扳手柄6上，扳手柄6为内部中空的结构。扳手柄6用于让操作人员握持，扳手柄6具有一定的长度且扳手柄6的长度大于扳手体3的长度，扳手体3的一端插入扳手柄6的内部且扳手体3与扳手柄6固定连接，扳手头4与扳手体3的另一端转动连接。

如图1至图5所示，第一穿线通道包括设置于扳手头4内部且相连通的引线孔403和第一穿线槽404，引线孔403为在扳手头4上沿扳手头4的厚度方向贯穿设置的通孔，扳手头4的厚度方向与转轴5的轴线相平行，引线孔403为圆孔且引线孔403的轴线与转轴5的轴线相平行。第一穿线槽404设置在扳手头4的内部，第一穿线槽404具有一定的长度且第一穿线槽404的长度方向与引线孔403的轴线相垂直，轴孔405为在扳手头4上沿扳手头4的厚度方向贯穿设置的通孔，轴孔405为圆孔且轴孔405的轴线与引线孔403的轴线相平行，转轴5插入轴孔405中且转轴5与扳手头4固定连接，第一穿线槽404的一端与引线孔403处于连通状态，第一穿线槽404的另一端与第二穿线通道处于连通状态。第二穿线通道包括设置于转轴5内部的第二穿线槽501，第二穿线槽501与第一穿线槽404连通，

第二穿线槽501为在转轴5内部沿转轴5的轴向延伸形成的凹槽，第二穿线槽501在转轴5的端面502上形成让导线穿过的开口，第二穿线槽501并在转轴5的外圆面上形成让导线穿过的开口，第一穿线槽404的一端与第二穿线槽501处于连通状态，第一穿线槽404的另一端与引线孔403处于连通状态，第二穿线槽501在转轴5的外圆面上形成的开口正对第一穿线槽404。

扳手体3具有让导线穿过的第三穿线通道，第三穿线通道包括第三穿线槽11、第四穿线槽12和第五穿线槽13，第三穿线槽11为在扳手体3的第一外侧面上设置且用于让导线穿过的凹槽，导线从第二穿线槽501穿出后再穿入第三穿线槽11中，扳手体3的该第一外侧面为与转轴5的轴线相垂直的平面，第三穿线槽11为在扳手体3的第一外侧面上设置的凹槽，扳手体3的该第一外侧面为与转轴的轴线相垂直的平面。第四穿线槽12为在扳手体3的内部设置且用于让导线穿过的凹槽，第四穿线槽12与第三穿线槽11相连通，第四穿线槽12为从在扳手体3的第一外侧面开始朝向扳手体3的内部凹入形成的凹槽，扳手体3的内部设有让导线穿过将导线引导至扳手柄6中的第五穿线槽13，第五穿线槽13为在扳手体3内部沿扳手体3的长度方向延伸的凹槽，第四穿线槽12位于第三穿线槽11和第五穿线槽13之间，第四穿线槽12与第三穿线槽11和第五穿线槽13相连通，导线依次穿过第三穿线槽11、第四穿线槽12和第五穿线槽13。第五穿线槽13与扳手柄6的内腔体处于连通状态，使得导线能够连接至信号处理显示装置9。

如图1至图3所示，扳手体3具有让转轴5穿过的避让孔，该避让孔为圆孔且避让孔与轴孔405为同轴孔，扳手体3上设有用于遮盖第三穿线槽11和转轴5的盖板10，转向手柄1和盖板10分别位于扳手体3的相对两侧，盖板10与扳手体3固定连接，盖板10遮盖住第三穿线槽11和第四穿线槽12在扳手体3的第一外侧面上形成的开口以及第二穿线槽501在转轴5的端面502上形成的开口，从而对导线起到保护作用。

如图7和图8所示，第三穿线槽11在扳手体3的避让孔的内圆面上形成让导出穿过的开口，第二穿线槽501在转轴5的端面502上形成让导线穿过的开口，转轴5的该端面502与扳手体3的第一外侧面相平行，且转轴5的该端面位于扳手体3的内部，也即转轴5的该端面与扳手体3的第一外侧面之间具有一定的距离，形成让导线穿过的空间，该空间为第二穿线通道的一部分，该空间与第三穿线槽11相连通。转轴5的另一端端面与扳手体3的第二外侧面平齐，转轴5的长度小于扳手体3的厚度，扳手体3的第二外侧面与第一外侧面相平行，扳手体3的第一外侧面和第二外侧面为扳手体3的厚度方向上的相对两外侧面。上述结构使得导线能够从转轴中心穿出，在扳手头转动过程中，导线变形小，导线不容易损坏，提高使用寿命。

转轴5插入轴孔405中，转轴5与扳手头4之间的连接方式具有多种，如转轴5与扳手头4通过过盈配合实现固定连接，或者转轴5与扳手头4为焊接连接。在本实施例中，如图1至图5所示，本发明的头部可转动力矩扳手还包括对转轴5进行轴向和周向限位以使转轴5与所述外壳体保持相对固定的顶丝，顶丝与扳手头4为螺纹连接。扳手头4的内部设有容纳顶丝的内螺纹孔406，内螺纹孔406与轴孔405的轴线相垂直且内螺纹孔406与轴孔405连通。顶丝为圆柱体，顶丝的外圆面上设有与内螺纹孔406中的内螺纹啮合的外螺纹。顶丝对转轴5进行限位，顶丝的端部与转轴5相抵触，避免转轴5松脱，实现转轴5与扳手头4的固定。

如图1至图3所示，扳手头4设置一个，扳手头4具有一个孔，用以啮合各种紧固件，如螺栓。扳手使用时需旋转，因此扳手头4上的孔均具有形心轴线。扳手头4可以具有多种形式，可以为开口扳手头、梅花闭口扳手头、梅花开口扳手头、内六角扳手头、套筒扳手头或具有棘轮机构的扳手头，从而可以将任意一种形状的一个扳手头与扳手体3进行组合，可以形成多种形状的力矩扳手，以适于不同种类和规格的紧固件。

如图1所示，本发明头部可转动力矩扳手的工作原理是：

工作时，作用在扳手柄6上的操作力F可分解为与扳手头纵向中心面(纵向中心面为位于扳手头宽度方向上的中心处的平面)相平行的力F1和与扳手头纵向中心面相垂直的力F2，力F2并与扳手头的长度方向相垂直。

F1作用在扳手卡口上的力矩为M1＝F1*La，其在第一应变片组、第二应变片组截面处产生的力矩相等，皆为M1，将M1分解为：

M1＝(L1+L2)/L2*M1-L1/L2*M1……………………………………(2)

垂直于扳手头轴线的分力F2作用在扳手卡口上的力矩M2，其中：设第一应变片组感受的力矩为M21，设第二应变片组感受的力矩M22；

M2＝(L1+L2)/L2*M21-L1/L2*M22……………………………………(3)

操作力F对在扳手卡口中心点的力矩为M＝M1+M2＝(L1+L2)/L2*(M1+M21)-L1/L2*(M1+M22)，第一组应变片上感受到力矩引起的应变大小与(M1+M21)成正比，第二组应变片上感受到力矩引起的应变大小与(M1+M22)成正比。

当应变片组布置到扳手头上后，扳手头相对扳手体3转动一定角度，通过扳手柄6施加拧紧力，作用的紧固件上的力矩M：

M＝K1*ε1-K2*ε2……………………………………(4)

式(4)中，K1、K2为放大系数，其中ε1为操作力在第一应变片上产生的应变，ε2为操作力在第二应变片上产生的应变。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.头部可转动力矩扳手，包括扳手体、扳手头以及设置于扳手头上且用于输出应变信号的第一应变片组和第二应变片组，其特征在于：所述扳手头与所述扳手体为转动连接，扳手体上设有使扳手头与扳手体保持相对固定的锁止机构，扳手头具有让锁止机构嵌入的锁止槽且锁止槽设置多个；

工作时，作用在扳手柄上的操作力F可分解为与扳手头纵向中心面相平行的力F1和与扳手头纵向中心面相垂直的力F2，力F2并与扳手头的长度方向相垂直；

F1作用在扳手卡口上的力矩为M1＝F1*La，其在第一应变片组、第二应变片组截面处产生的力矩相等，皆为M1，将M1分解为：M1＝(L1+L2)/L2*M1-L1/L2*M1；

垂直于扳手头轴线的分力F2作用在扳手卡口上的力矩M2，M2＝(L1+L2)/L2*M21-L1/L2*M22，其中：设第一应变片组感受的力矩为M21，设第二应变片组感受的力矩M22；

操作力F对在扳手卡口中心点的力矩为M＝M1+M2＝(L1+L2)/L2*(M1+M21)-L1/L2*(M1+M22)，第一组应变片上感受到力矩引起的应变大小与(M1+M21)成正比，第二组应变片上感受到力矩引起的应变大小与(M1+M22)成正比；

当应变片组布置到扳手头上后，扳手头相对扳手体转动一定角度，通过扳手柄6施加拧紧力，作用的紧固件上的力矩M：M＝K1*ε1-K2*ε2，其中，K1、K2为放大系数，ε1为操作力在第一应变片上产生的应变，ε2为操作力在第二应变片上产生的应变。

2.根据权利要求1所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述扳手头通过转轴与所述扳手体转动连接，所述锁止机构包括可旋转的设置于扳手体上且可嵌入所述锁止槽中的锁止销，锁止销的轴线与扳手头的旋转中心线相平行，转轴的轴线与锁止销的轴线相平行。

3.根据权利要求2所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述锁止销为圆柱形结构，所述锁止槽为圆弧形凹槽，锁止销的轴线与锁止槽的轴线相平行。

4.根据权利要求3所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述锁止销的外圆面上设有在所述扳手头相对于所述扳手体进行旋转时让扳手头通过的避让槽，避让槽设置一个且设置于锁止销长度方向上的中间位置处。

5.根据权利要求2至4任一所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述锁止槽在所述扳手头的端面上沿周向均匀设置多个。

6.根据权利要求5所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所示锁止机构还包括与所述锁止销连接且位于所述扳手头一侧的转向手柄。

7.根据权利要求1至4任一所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述第一应变片组包括设置于所述扳手头上的第一电阻应变片，第一电阻应变片设置两个且两个第一电阻应变片设置于扳手头的相对两个侧面上；所述第二应变片组包括设置于所述扳手头上的第二电阻应变片，第二电阻应变片设置两个且两个第二电阻应变片设置于扳手头的相对两个侧面上。

8.根据权利要求1至4任一所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述第一应变片组和第二应变片组通过导线与信号处理显示装置电连接，所述扳手头具有让导线穿过第一穿线通道，扳手头通过转轴与所述扳手体转动连接，转轴具有让导线穿过的第二穿线通道，第二穿线通道与第一穿线通道连通。

9.根据权利要求8所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述第一穿线通道包括设置于所述扳手头内部且相连通的引线孔和第一穿线槽，所述第二穿线通道包括设置于所述转轴内部的第二穿线槽，第二穿线槽与第一穿线槽连通。

10.根据权利要求8所述的头部可转动力矩扳手，其特征在于：所述扳手体具有让导线穿过的第三穿线通道，第三穿线通道与所述第二穿线通道相连通，与所述第一应变片组和第二应变片组连接的导线依次穿过第一穿线通道、第二穿线通道和第三穿线通道与所述信号处理显示装置电连接；第三穿线通道包括第三穿线槽，导线从所述转轴的端面穿出后再穿入第三穿线槽，第三穿线槽为在扳手体的外侧面上设置且用于让导线穿过的凹槽，转轴的端面与扳手体的该外侧面之间具有距离。

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