CN1241154A - 具有渐开线型廓之锤头的回转冲击工具 - Google Patents

Abstract

一种采用在本领域中称之为Maurer机构的马达驱动的回转冲击工具,它具有一锤砧架及销件用于通过一回转输出轴产生所施加的冲击载荷。在冲击爪(27)表面上构成的打击表面几何形状形成一种渐开线(面)型廓(62),型廓(26)是从一个具有平行于该输出轴回转轴线之轴线的基圆产生的。

Description

具有渐开线型廓之锤头的回转冲击工具

本发明涉及一种传递一系列快速连续旋转冲击力或冲击的回转冲击工具。这类工具通常被用于拧紧或松开高力矩螺母、螺栓或类似物。

一种传统的被称之为“旋转重块”机构的回转冲击扳手机械被公开在授予L.A.Amtsterg的美国专利US 22 85 638中。虽然这类机构不十分有效，但它们是第一次将回转力转变为一系列冲击式击打的机构。这种转变成一系列冲击式打击的能力提供能给机械操作员的巨大优点是，该操作员能够在将十分高的扭转力转换成十分短的冲撞打击时只是自然地握住该冲击扳手。施加短时间高扭转力冲击打击的优点是在施加十分高的扭转力时，一个普遍人能够自然地连续握住此工具。如果转矩被连续地施加，结果会在该工具上产生一个连续的反作用力，此反作用力能大到使一正常的人难以握住该工具。

如在美国专利US 3661217中公开的那样，上述“旋转重块”机构被spener B.Maurer的发明大大地改进了，此专利被用作本发明的参考资料。此专利介绍了一种带锤头的旋转重块冲击扳手机构。在冲击期间，锤头大体上不承受拉应力。Maurer的“旋转重块”机构有一个可回转连接在一新型枢轴上的旋转锤头，此锤头的重心位于该机构回转中心附近。这样就能使此旋转重锤将一个更加平衡的冲击作用到一锤砧上，从而最终地被施加于输出轴上，以便例如使螺栓被拧紧或拧松。

Maurer机构所具有的问题是，在此工具内的锤头与锤砧之间的弯曲冲击表面被强制地吸收很高的力和应力，而在此曲表面处产生扭矩冲击。这样就会产生使用寿命问题，并使传递到连接处的能量变小和使此机构运作不合理。

在打击曲面上的使用寿命问题被本发明克服，在本发明中，冲击变换爪的打击曲面被具体制成沿此打击件的回转轴线看的一种渐开线型廓。渐开线型廓的优点在于：冲击所产生的力被沿着此回转冲击工具内之更易于为此机构吸收的方向传递。此打击面经受较小的在作业期间产生的约束力，因而能被使用得更长久些。

经过下面结合附图进行更详细地介绍后，上述的方面以及其它方面将会显得更加清楚。

各附图为：

图1是以局部纵剖展示冲击转换机构的一冲击工具侧视图；

图2a-h，3，4，5及6是沿图1之2-2线剖取的局部截面图；

图2a-h展示在Maurer机构中使用的具有一恒定半径锤的此机构的一系列剖视图；

图3展示一恒定半径锤头在冲击起始时刻的该机构放大图；

图4展示该机构具有渐开面锤头的冲击起始时刻之情况；

图5展示具有恒定半径锤头的冲击结束时刻的情况；

图6展示具有渐开线(面)锤头的冲击结束时刻的情况。

参看附图，回转冲击扳手1具体地展示于图1中，标引数码10标示气动冲击扳手的壳体。用于此类冲击工具中的气动马达在本领域是公知的，因此无需对之进行详细介绍。

气动马达的输出轴11通过连接花键12，13与一空心架套即架件15连接，架件15用衬套轴承17支承在此工具的动力输出轴19上。马达轴11与动力输出轴19以同轴方式对准。在壳式架件15是被以同轴方式环绕着输出轴19安装的，而且被安装得可相对轴19转动。架件15有一对沿纵向分隔开的端板14，这对端板14被一对沿径向分隔开的、沿纵向延伸的、将端板14连接在一起的支杆16相连接。

现在参看图3，输出轴19的后端部与一锤砧制成一体，该锤砧置有一从其上大体上沿径向向外延伸的砧爪23，因而提供了一个朝前的冲击接受面20及一反向的冲击接受面21，现在再参看图1，输出轴19的前端部被安装在工具壳体10前端内的轴套9支承。

再参看图3，在空心架件15内径表面内有一沿着一支杆16的槽道18，在槽18内安置一滚子销即枢轴22，这在实际上就形成了一种转动连接。销22是一种细长的滚子状销，一空心锤件25的一部分能环绕此销作局部转动。空心锤件25被安装得环绕着输出轴19。因此，锤件25可以相对于架件15围绕由销22构成的一倾斜轴线回转地配置，从而使锤件25在来自马达输出轴的驱动力作用下与架件15一起转动，另外也能相对架件15作一定角度的枢轴运动，此枢轴运动环绕着与此架件15的回转轴线平行但又与之偏置的所述倾斜轴线转动。

架件15还有一第二支杆36，在此杆内制有一第二槽道38。在第二槽38内设有一第二滚子销42。在空心锤件25的表面上制有一凹槽44。凹槽44允许空心锤件25相对支杆16转动一有限角度，从而使销42在空心锤件转过使槽边缘46、48与销42靠置的位置后将空心锤件锁定，不再转动。

空心锤件25在其内表面26上有一朝前的冲击爪即表面27及一个反向的冲击爪即表面28，这些表面在工具沿朝前或朝相反方向作业时，可以分别进入该冲击接受表面20、21的轨道或从其中退出。锤件25的截面被制成对称的两个半拉部份，这两部份被沿着一垂直于图面的平面连接在一起，而且该平面通过锤重心32及销22的中心。

参看图2a-h，这些图的顺序依次展示出在实际的Maurer机构中锤头25、锤砧23，架件15及销22、42运作时的运动学关系。此回转冲击机构的基本回转冲击结构及其运行情况在前面提到的授予Maurer专利的US 366 1217中被介绍了。此专利文件被用作本申请的参考资料。

图2a展示出凸轮控制运动的初始情况，它意味着架件15正在开始使空心锤件25环绕销22转动。在此回转点位上，输出轴19没被转动。

在图2b中，凸轮控制运动正在进行，空心锤件25正起凸轮控制作用并进入相对输出轴19以用于随后冲击的一个位置。

在图2c中，凸轮控制运动已经完成，而空心锤件25则被相对输出轴19设置得在锤25被充分转动到使朝前的冲击爪27正确地击打锤砧瓜23的朝前冲击接受表面20时，正确地开始冲击。

在图2d中，锤件25正在以与架件15同样的速度转动，这意味着锤件正在自由飞翔地转动。

在图2e中，锤件25已与砧爪23形成起动冲击。在此转动阶段中，锤件25导致输出轴19十分迅速地加速或爆发至旋转，从而在一极短的时间周期内产生极高的转矩。锤件25和输出轴19如图2f所示那样一起转动，并且以同样的速度转过相同的角度一直到如图2g所示那样架件15与锤件25弹回为止，而且在图2g所示的情况下，架件15与锤件25短暂地沿相反方向即顺时钟方向转动。在这短暂地反转期间，使锤件25脱离输出轴19的锤砧爪23。

在图2h中，冲击扳手的(未示出的)气动马达重新恢复它的使架件15沿反时针方向的驱动旋转作用。凸轮控制作用也将短暂地恢复，因此，该机构已准备好再作如在图2a-h中所介绍的运作过程。

图3和4展示了图2a所示的放大机构之冲击开始阶段的情况。图3展示有恒定半径锤的该机构及力作用线。图4则展示具有渐开线型廓之锤件的机构及其力作用线。对这些机构的比较表明：采用恒定半径锤的机构要求力的作用线要指向产生恒定半径型廓之圆的圆心。但在图4中所示的采用渐开线型廓之锤件的机构表明和要求力作用线与产生此渐开线型廓的基圆相切，这是渐开曲线几何定义所固有的特性。这种力作用线方向上的差别成为本发明价值的基础。在图3和4中这两种机构间的关键差别包括在每个图中的力矩臂长度及在朝前的冲击爪27上冲击产生的方向。在图3中，力臂46即R_R对应于恒定半径爪型廓要比渐开线爪型廓的力臂48即R_T′约长38％。在图3中，对于朝前的冲击爪27的恒定半径表面来说，曲线(面)产生的中心位于该理论圆的中心，点50即O_R′处，曲线就是从该处派生出来的。恒定半径曲线(面)用虚线轮廓线60表示。点OR的位置可在一大范围的变化。图3所示的该位置与许多现有技术机构的相似。

参看图4，朝前的冲击爪27渐开线型廓曲线(面)发生点在点52即P₀处，该点52位于销即枢轴22的基圆直径上。该渐开曲线(面)轮廓用虚线轮廓线62表示。在冲击起始时刻，传递到此连接点的能量和在图3和4所示的几何图解有些相似，但在临近脱合的时刻，由于几何图形的差别，该能量传递过程变化最大。

现在参看图5及6，对于在朝前的冲击爪27上具有恒定半径的型廓表面的机构来说，在脱合时刻的该机构的结构状态，被展示在图5中；对于在朝前的冲击爪27之表面为渐开线曲面型廓的机构来说，在脱合时刻的机构之结构状态则被展示在图6中。在图5中，恒定半径轮廓线用点划线60表示。在图6中，渐开线曲面轮廓线用点划线62表示。现在参看图5，随着冲击爪27的恒定半径表面逐渐朝锤砧爪23的外边缘移动，其转矩臂46即R_R之长度逐渐减小。参看图6，在其朝前的冲击爪27上具有渐开线表面的机构则将转矩臂R_I维持在一个恒定的长度，这是渐开线曲面定义的固有特性。任何垂直于该曲面的力作用线都将与产生该渐开线曲面型廓的并与销22的外圆面重合的基圆柱面相切。

从这些事实和探讨中得出一个设置方案。采用这种相切的约束方式有利于合理地选择基圆中心、基圆半径、及在构成锤件几何形状的基圆上“渐开线发生线”的起始位置。依此就能够(1)：在冲击期间比标准几何形状的锤头在更大的角度上保持闭锁，并且可容易地脱合；或者(2)，能够在冲击期保持与通常形状锤头相等的闭锁角度，但能比后者更易脱合；或者(3)，能够被配置得如在图6所示的本实施例那样，使冲击工具的另外一些性能优化。在本实施例中，渐开线方案的选定产生了一个在冲击期间更加充分闭锁的机构。虽然目前的基圆并没有大到足以使脱合力矩减少，但是却使冲击发生在锤砧爪23和朝前的冲击爪27之这样的位置上，即，一旦脱合过程开始了，锤头沿该锤砧所经过的滑动距离就如在图5和6之间的差别中表明的那样被减小。此外，力被施加在这样的一个位置上，此位置与在图5中的距离不同，它离图6中所示朝前的锤砧冲击爪27的顶端更远。由于力作用在离该顶端更远处，这也就大大地延长了使用寿命。虽然恒定半径表面及渐开线曲面表面两者都要经受一些沿朝前的锤砧冲击爪27表面并朝其外边缘的滑动作用，但在其中达到的滑动作用的大小及距离要比在图5所示的恒定半径表面情况大得多。对图6所示的渐开线曲面型廓来说，随冲击位置一起滑行的较短距离则有助于减小朝前的冲击爪27上的磨损。

在一替换实施例中，已经知道：为产生渐开线曲面的基圆位置可以根据不同的基圆半径而被改变到其它位置上。如前所述，这将根据选择的基圆位置及大小，来提供各种有利性能。

虽然通过推荐实施例介绍了本发明，但不希望这会对在后附权利要求中的本发明实质形成限制。

Claims (5)

1.一种改进的回转冲击工具，包括，一壳体；一安装在壳体中的马达；一用于回转并安装在壳体中的输出轴，该输出轴包括一沿其径向安置在此轴外周面上的冲击接受锤砧爪；一个与输出轴同轴安装并环绕其可转动的架件；在马达与架件间的并用于使该架件回转的驱动连接机构；以及一以枢轴连接于架件的一锤件用于可与此架件一起转动又可以相对此架件环绕一与架件的回转轴平行但偏置的轴线作一定角度的回转运动，所述锤件在其内表面上为了顺时针方向的冲击作业而具有一顺时钟方向冲击传递爪，此冲击爪可以运动进入或离开所述冲击接受锤砧爪的轨道，以便将一冲击打击作用传递给该锤砧爪；用于使冲击传递爪实现一定角度的枢轴转动，沿着顺时针方向相对所述架件进入该锤砧爪之轨道的凸轮机构；由下列因素产生的离心力：锤件的比例部件，质量及质量中心位置，其将所述冲击传递爪保持在该锤砧爪轨道中，并一直保持到所述冲击作用其上为止；以及自动机构，其用于在所述冲击打击被传递后，使所述冲击爪相对所述架件沿反时针方向实现一定角度的枢轴转动以脱离所述锤砧爪轨道；此改进是：一个曲线形打击面形成在所述输入传递爪上，该曲面在沿该架件回转轴线方向看时具有一种渐开线(面)型廓。

2.如权利要求1所述的回转冲击工具，其特征在于，该锤件通过一个安装在架件与锤件之间的枢轴销成枢轴方式连接；而且所述渐开线(面)型廓是从一个与所述枢轴销有相同位置和相同外圆周的基圆产生的。

3.如权利要求2所述回转冲击工具，其特征在于，所述基圆半径为(在所述架件与锤件间的冲击期间)在所述渐开线曲线(面)与此渐开线曲面线(面)产生位置(点)间之距离的1/2～1/10。

4.如权利要求1所述回转冲击工具，其特征为，在所述回转冲击工具作业期间，所述架件与锤件间的冲击点处于该渐开线曲线(面)上。

5.一种回转冲击工具，其具有一用于产生短暂回转冲击作用的内部机构，该机构包括：一壳体，一马达，一输出轴，一大体上设置在该输出轴外周面上的冲击接受锤砧爪，一用于将回转力传递至所述锤砧爪上的锤件；此锤件有一冲击传递冲击爪，此冲击爪与所述锤砧爪配合作用以传递所述回转力；所述冲击传递爪有一曲线(面)打击表面，从沿所述输出轴回转轴线观察时，该曲线(面)打击表面是一种渐开线曲面型廓。

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