CN1960837A - 改进的棘轮式开口扳手 - Google Patents

Abstract

一种棘轮式开口扳手(1)，其具有一个可以在它的其中一个夹爪(18)内的狭槽(21)内滑动的可伸缩夹爪元件(11)，并具有一个盖板(23)，最好是两个盖板，盖板被以这样一种方式焊接到夹爪上，使得盖板形成一个位于夹爪内的承载结构件。

Description

改进的棘轮式开口扳手

技术领域

本发明涉及开口扳手，尤其涉及棘轮式开口扳手。

背景技术

开口扳手具有很多的应用场合，在这些场合，如六角螺母或螺栓这样的各种各样的可旋转件需要被拧紧或者拧松。在狭窄空间限制着套筒扳手或其它封闭端工具的使用的地方，扳手开口的多样化是特别有用的。然而，使用这些扳手的困难之处在于，当使用者在稍微有点限制的空间用它转动一个元件时，扳手必须从该可转动元件上移开，并且每转动一小部分扳手就必须重新定位，因为与其它障碍物发生干扰。这样，在没有足够的空间来供手柄做360度完全转动的情况下，就必须进行多次转动行程，而且在每次行程之后必须重新定位。这一缺点降级了可转动元件被旋紧或旋松的速度，在转动空间狭小或者不灵活的情况下，使快速转动可转动元件变得很困难甚至有时变得几乎不可能。

为了克服这样的缺点，已经研制出了大量的棘轮式开口扳手。在各种各样的棘轮式开口扳手中，在美国专利US5,533,428(Pradelski)中公开了一种特别简单有用的结构，其与本发明共同约束。该专利公开了一种扳手，此扳手仅采用两个移动部件，其中一个部件仅仅只是一个弹簧，该弹簧在开口扳手的两个固定夹爪之一上的狭槽内推压另一部件，即一个可伸缩的夹爪元件。上述专利的可伸缩夹爪元件能够使扳手绕可转动元件在与所施加的转矩方向相反的方向上转动。这样，能够对可转动元件施行一系列的连续的部分转动行程，而无需移开扳手。与棘轮机构自身的更精密部件相对，大量的反扭力被扳手夹爪吸收。

尽管上述棘轮式开口扳手具有先进性，但是仍然存在某些问题，因而需要有效地改善其性能。

一个问题涉及到对开口扳手的某些普遍的误用和滥用。这类扳手，包括棘轮式扳手，被频繁地不适当地用作锤子或者撬棍，而且有时在处理那些可转动元件(螺母，螺栓等)时需要施加极值转矩。这些形式的误用导致在扳手的其中一个夹爪上施加过量的应力或者冲击负载。因而，重要的是，扳手的夹爪必须尽可能的坚固以便防止发生失灵。在棘轮式开口扳手中，比如上述专利的扳手，由于需要获得棘轮作用(通过调节棘轮元件)，具有减少的金属结构的夹爪尤其容易受到这种失灵的影响。

现有棘轮式开口扳手存在的另一个问题是这样的事实，它们的棘轮元件有时候趋向于钩在或挂在转动元件的毛刺上或者其它尖锐不规则处。理想的是，扳手在与所施加转矩的方向相反的方向上的转动尽可能自由。

再一个问题涉及处理被磨损的可转动元件即，平面之间的角已被磨损的可转动元件。现有技术的某些棘轮式开口扳手提供的接触面积不适用于向已被严重磨损的可转动元件施加足够的转矩。如果有一种棘轮式开口扳手，其与已被严重磨损的可转动元件的啮合已经改善了，这将是现有技术的巨大进步。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的棘轮式开口扳手，以克服现有技术的问题和缺点。

本发明的另一目的是提供一种改进的棘轮式开口扳手，其能够经受住在正常使用和滥用情况下扳手所遭受的粗暴滥用。

本发明的再一目的是提供一种改进的棘轮式开口扳手，其能够向转动元件提供高水平的转矩而扳手没有结构上的危险。

本发明的还一目的是提供一种改进的棘轮式开口扳手，当正被在向后的方向(棘轮效应)上转动时其能够平稳地操作，从而在连续的行程中不会使扳手从转动元件上滑移。

本发明的另一目的是提供一种改进的棘轮式开口扳手，它使得在它的可伸缩夹爪元件与正被转动的可转动元件之间的有效接触面积最大化。

本发明的再一目的是提供一种改进的棘轮式开口扳手，它能够更可靠地向已被磨损的可转动元件提供转矩。

本发明的还一目的是提供一种改进的棘轮式开口扳手，它的可伸缩夹爪元件的运动范围变大了。

本发明的再一目的是提供一种改进的压缩弹簧，其结构使得它特别适用于在棘轮式开口扳手中使用。

对于知晓这里所公开的本发明的人，这些和其它目的将变得更加清楚。

本发明是对棘轮式开口扳手的改进，其具有第一和第二夹爪，一个连接所述夹爪的基座区域(base area)，一个可以在第二夹爪中的狭槽内滑动并向基座区域突出的可伸缩夹爪元件，以及一个第一盖板，该盖板位于第二夹爪的第一侧上以限制狭槽内的可伸缩夹爪元件的横向运动。本发明的改进包括将盖板焊接到第二夹爪上，从而盖板形成了一个处于第二夹爪内的承载结构件。在所改进扳手的一个实施例中，盖板被焊接到第二夹爪上的狭槽的两侧上。

这里所用的术语“承载结构件”是有关一个被焊接盖板的，该术语所描述的事实是，当盖板被焊接到开口扳手的一个夹爪上时，它能够承载在使用期间存在于该夹爪上的一些应力(预计的或相反)，因而极大地增强了夹爪的强度，超过了那种只包含一个仅被用作盖的盖板的夹爪的强度。

在改进的扳手的另一实施例中，所述焊接是凸焊。凸焊是一种电阻焊接形式，其中，通过利用由电流流过其中一个金属件上的凸起或浮雕而产生的热，将两个金属件熔融在一起。同时可以进行多于一个以上的焊接。在焊接过程中，在来自电极的压力作用下，两个部件被焊接在一起，从而使焊接能被精密地控制，即使是连接薄金属板或者其它轻质部件。因而，在连接过程中保护了部件的物理性能。

在一个优选实施例中，一块第二盖板被焊接到所述第二夹爪的第二侧上，从而该盖板形成了所述第二夹爪内的一个承载结构件。该第二盖板还限制了所述狭槽内的所述可伸缩夹爪元件的横向运动。

在所改进扳手的一个特别优选的实施例中，所述盖板凹进在第二夹爪内，从而，该盖板的外表面基本上是与第二夹爪的侧面平齐的。

在所改进扳手的另一个优选实施例中，所述可伸缩夹爪元件的外角部半径是所述可转动元件的平面对平面尺寸的至少3％，扳手的大小适应于该平面对平面尺寸。开口扳手是根据可转动元件(比如六角螺母)的大小而设计尺寸的，以便它们相适配。一个1/2″的六角螺母在它的六角形状的相对平面之间测量尺寸为1/2″，这个尺寸在这里被称作为平面对平面尺寸。

在所改进扳手的一个尤其优选的实施例中，具有一个全压缩的椭圆形的锥形螺旋弹簧，一种具有独特设计的弹簧，用于使所述可伸缩夹爪元件偏向于基座区域。

在所改进扳手的一个尤其优选的实施例中，所述可伸缩夹爪元件是两个夹爪中较短的一个夹爪，而不是较长的；明确规定出不同之处，本文中在夹爪元件的辨别方面，第二夹爪(即，可伸缩夹爪元件位于其上)比第一夹爪短些。这减少了作用在狭槽周围材料上的与转矩有关的应力。

本发明的另一独特特征是螺旋弹簧的特性，该弹簧被用来使狭槽内的可伸缩夹爪元件的运动发生偏移。该弹簧是一种锥形螺旋弹簧，其中盘绕的每一圈是椭圆形，从而能使弹簧基本上横越由狭槽和盖板所形成的椭圆形空腔，并且保持弹簧在狭槽空腔内的定位和定向。因而，这里采用术语“椭圆形的锥形螺旋弹簧”来描述一种锥形螺旋弹簧(有时是指一种圆锥形的螺旋弹簧)，其中弹簧的每一圈是椭圆形的即，大体上是卵形或跑道形的形状而不是圆形的(锥形或者圆锥形螺旋弹簧的通常结构)。

本发明的所述棘轮式开口扳手提供了超过现有棘轮式开口扳手的重要优点，使得本发明能够在更宽广的应用场合下满足人们的使用需要并扩大这种工具的用途。

附图说明

图1是改进扳手的一个实施例的夹爪端的全透视图；

图2是图1所示扳手的夹爪端的正视图；

图3是图1所示扳手的夹爪端的分解透视图；

图4A是现有技术的一种可伸缩夹爪元件的正视图；

图4B是本发明的一种可伸缩夹爪元件的正视图；

图5是改进扳手的一个优选实施例的夹爪端的全透视图；

图6A是现有技术的一种棘轮式开口扳手的弹簧的透视图；

图6B是本发明的改进的棘轮式开口扳手的全压缩椭圆形的锥形螺旋弹簧的透视图；

图7A和7B是示意图，将现有技术的扳手的一种可伸缩夹爪元件的尺寸(图7A)与本发明的改进扳手的可伸缩夹爪元件(图7B)进行比较，扳手适用于一种尺寸的转动件；

图8是本发明的正视图，示出可伸缩夹爪元件在已被磨损的螺母上的被增加的接触面积，这是由本发明的扳手所得到的；

图9A，9B和9C是现有技术的3种棘轮式开口扳手的基本金属结构的夹爪端的正视图，除了基本金属结构之外所用部件均被移除。这些附图显示出发生在这类扳手上的结构性失效。

具体实施方式

图1是改进的棘轮式开口扳手1的一个实施例的夹爪端的全透视图。在此实施例中，扳手1具有一个第一夹爪17和一个第二夹爪18，两个夹爪由一个基座区域19连接。扳手1还包括一个可伸缩夹爪元件11，其可在一个狭槽21(图1中未示出)内沿着一根平行于第二夹爪18的支承面31的轴线滑动。图1示出可伸缩夹爪元件11的一个完全伸出位置，其中可伸缩夹爪元件11处于它的最靠近基座区域19的位置。一个盖板23被凹进于第二夹爪18内，从而对可伸缩夹爪元件11在狭槽21(图1中未示出)内的横向运动进行限制。盖板23被焊接到第二夹爪18上，以便在第二夹爪18内形成一个承载结构件。在本发明的某些优选实施例中，一个盖板25(图1中未示出)被凹进于第二夹爪18的相对表面内，起到与盖板23相同的作用。

图2是扳手1的夹爪端的正视图，进一步示出了扳手1的基本结构。图2还示出了扳手1夹住一个可转动元件29的方式。下面将参照附图对扳手1的详细结构和操作方式进行描述。

图3是扳手1的夹爪端的分解透视图，示出扳手1的内部结构。图3的底部所示的可伸缩夹爪元件11装配到狭槽21内并且通过一个全压缩椭圆形的锥形螺旋弹簧27抵靠在表面11a上而沿着支承面31被推向基座区域19，从而将可伸缩夹爪元件11朝着基座区域19偏压。盖板23被焊接到第二夹爪18上的凹槽24内。以同样的方式，盖板25被焊接在第二夹爪18的相对侧上的相应凹槽(图3中未示出)内。一种将盖板23和25焊接到第二夹爪18上的优选方法是凸焊。图3的分解视图示出了位于第二夹爪18的凹槽24内的两个凸起33。图3所示的凸起33是处于被焊接前的形式。在焊接过程中，凸起33的金属在盖板23与第二夹爪18之间流动以在第二夹爪18上一个比凸起33的面积大很多的面积上形成焊缝。这样，已被焊接到第二夹爪18上的盖板23和25能使盖板23和25成为第二夹爪18内的承载结构件，极大地增强了第二夹爪18。

尽管在上述美国专利US5,533,428中曾经提到通过焊接将盖板保持就位，但是没有利用现有技术的盖板向现有技术的扳手的夹爪增加任何结构整体性的启示。在“428”专利中，盖板将弹簧和可伸缩夹爪元件的一部分包住并防止被包住的部分从狭槽中滑落出来。

图4A和4B示出一种现有可伸缩夹爪元件22(图4A)和可伸缩夹爪元件11(图4B)的放大正视图。夹爪元件11与夹爪元件22的相对尺寸大致如这些附图所示。现有技术的可伸缩夹爪元件22具有一个斜切外角14，该外角包含有锐角转角16。可伸缩夹爪元件11具有一个圆角外角12，其半径是可转动元件的平面对平面尺寸的至少3％，扳手的大小适应于该平面对平面尺寸。在实施棘轮动作期间(扳手1在与所施加的转矩相反的方向上被转动)，现有可伸缩夹爪元件22的外角14的锐角转角16钩在或挂在已被磨损的可转动元件角部上的毛刺上，这些毛刺通常是由工具刨削(钳子，沟槽锁，虎钳夹口等)导致的。在可伸缩夹爪元件11上形成圆角外角12实际上消除了这种钩住或者挂住。

通常，尽管没有硬性的规定，在已被磨损的可转动元件上所发现的毛刺的尺寸是与在其上发现这些毛刺的可转动元件的大小大致成正比的；即，较大的可转动元件上的毛刺大于那些在较小的可转动元件上发现的毛刺。由于这个原因，可靠的棘轮动作是通过将圆角外角12的半径设计成与可转动元件的大小成正比来实现的，扳手的大小适应于可转动元件。假如圆角外角12的半径太小，则更容易发生在毛刺上钩住或挂住的现象。假如圆角外角12的半径太大，则可用来给可转动元件施加转矩的接触面积就减小，从而限制了使用扳手转动具有更小角度或磨损的可转动元件。

图5是本发明的一个优选实施例的夹爪端的全透视图。经常是尽管不是每次都是，开口扳手通常被构造成，扳手的两个夹爪具有不同的长度，以使扳手能够更广泛地用在狭窄情形下。图5所示的扳手2包括对可伸缩夹爪元件11的进一步改进，可伸缩夹爪元件11位于两个夹爪中较短的夹爪上。为了描述的方便，在图5中第二夹爪18是第一和第二夹爪中较短的夹爪。在正确使用时，图5所示扳手2的第二夹爪18上的应力显著地小于当可伸缩夹爪元件位于两个夹爪中的较长夹爪上时扳手上的应力，因为在扳手2的转动中心与第二夹爪18上的狭槽(图5中未示出)周围区域之间的距离更短些。这极大地降低了在正确使用中大转矩将会导致失灵的可能性。而且，假设利用两个夹爪中较短的夹爪的开口扳手发生“撬棍”误用现象的可能性几乎没有，在图5所示的特别优选实施例中，因这种误用导致的断裂会明显地减少。

图6A和6B示出在一种现有棘轮式开口扳手中所用的折叠弹簧26与改进的扳手1的全压缩椭圆形的锥形螺旋弹簧27之间的比较。当被完全压缩时，折叠弹簧26的厚度是用于形成弹簧26的弹簧材料的厚度的约三倍。弹簧26的角36防止全压缩厚度等于三倍材料厚度。此外，在接近全压缩的条件下，角36处的应力可能非常高，并能导致在角36处发生断裂。如图6B所示，改进扳手1的全压缩椭圆形的锥形螺旋弹簧27消除了弹簧26的这些局限。该锥形盘卷结构允许弹簧27将单一弹簧钢丝直径的厚度压缩，而不会使弹簧27的任何部分受到会导致断裂的应力。弹簧27的椭圆形结构能使弹簧27通过“填充”狭槽21而装配到狭槽21(示于图3中)内，从而将弹簧27保持在狭槽21中的位置和方位。

图7A和7B是简单的示意图，将可伸缩夹爪元件11的改进尺寸与现有技术的可伸缩夹爪元件22进行比较。下面的表列出了一种适于转动大小为13/16″的可转动元件的扳手的相关尺寸。长度L是可伸缩夹爪元件11和15的接触面13的全长，而厚度T是可伸缩夹爪元件11和15的可伸缩夹爪止挡14的厚度，如图7A和7B所示。下表还示出了狭槽21的长度，可伸缩夹爪元件11和15分别在狭槽内滑动。这些尺寸，连同弹簧27的减小的全压缩厚度一起，共同使得与未磨损可转动元件接触时接触长度的增加超过200％，并且增大了邻近元件的平面的半径处的最大抓力。这给磨损的可转动元件提供了改善的性能，将在下文中对此作进一步的描述。

可伸缩夹爪元件的尺寸(用于13/16″)	现有技术	本发明
			可伸缩夹爪元件的长度L	4.605mm	5.715mm
可伸缩夹爪元件止挡的厚度T	1.715mm	1.524mm
			用于可伸缩夹爪元件和弹簧的狭槽长度	5.726mm	6.121mm
在磨损螺母上的接触长度	1.270mm	3.910mm

图2示出了改进的性能，这是由可伸缩夹爪元件在可转动元件的一个平面上的增大的接触面积C提供的。当可转动元件已被磨损时，增大的接触能力是特别有用的，而图8示出已磨损的螺母90被转动时的情形。可以看到，尽管存在磨损，但与该磨损螺母的其余平面仍然具有好的接触面积C′。在现有技术中，比如上表中所列举实例的扳手，与图示的被严重磨损的螺母90的接触面积将基本上为零，在如此情形下，呈现出扳手是不可操作的。

图9A，9B和9C是三种棘轮式开口扳手的基本金属结构5的夹爪端的正视图，除了基本金属结构之外所用部件均被移除。这些附图示出了将会在现有扳手的第二夹爪上发生的结构性失效，假如扳手被用于它们非预计的目的或者假如施加了“太大的”转矩。

图9A示出了在一种预失灵(pre-failure)模式下的基本结构。狭槽S被示出。还示出了第二夹爪的一个失灵区域F，以显示出在误用或者在“过转矩”的条件下第二夹爪最可能失灵的区域。区域S被确定为沿着第二夹爪的区域，在这里狭槽S与第二夹爪的外侧最靠近，在负载作用下在第二夹爪的材料内部形成一个高应力区域。图9B示出了当现有扳手不适合地用作撬棍时或者当所施加的转矩“太大”时的一种典型的基本结构失灵情形。图9C示出了当现有扳手不适合地用作锤子时的一种典型的基本结构失灵情形。

如上所述，通过由于盖板23和25的特性以及它们与第二夹爪18的关系使第二夹爪18具有结构整体性，本发明的改进的棘轮式开口扳手1的第二夹爪18的强度被极大地提高。如图1、2和3所示的扳手1以及如图5所示的扳手2具有由于结构的特性而强度被提高的第二夹爪18，即使遭到误用也很少可能会失灵，而且可以施加更高的转矩而不会失灵。

尽管已经结合具体实施例对本发明的原理进行了描述，但应当清楚地知道，这些描述仅仅是作为例子给出的，不应认为是对本发明保护范围的限制。

Claims (11)

1.一种棘轮式开口扳手，其具有：(1)第一和第二夹爪，(2)一个连接所述夹爪的基座区域，(3)一个可以在第二夹爪中的一个狭槽内滑动并向基座区域突出的可伸缩夹爪元件，以及，(4)一个第一盖板，该盖板位于第二夹爪的第一侧上以限制所述狭槽内的可伸缩夹爪元件的横向运动，其中，盖板被焊接到第二夹爪上，从而该盖板形成了一个位于第二夹爪内的承载结构件。

2.按照权利要求1所述的扳手，其特征在于，所述盖板被焊接到第二夹爪的狭槽的两侧上。

3.按照权利要求2所述的扳手，其特征在于，所述焊接是凸焊。

4.按照权利要求2所述的扳手，其特征在于，还包括一个第二盖板，该第二盖板被焊接到第二夹爪的第二侧上，从而该盖板形成了第二夹爪内的一个承载结构件，该第二盖板限制了狭槽内的可伸缩夹爪元件的横向运动。

5.按照权利要求2所述的扳手，其特征在于，所述盖板被凹进在第二夹爪内，从而该盖板的外表面基本上与第二夹爪的侧面平齐。

6.按照权利要求1所述的扳手，其特征在于，所述可伸缩夹爪元件的外角半径是可转动元件的平面对平面尺寸的至少3％，扳手的大小适应于该平面对平面尺寸。

7.按照权利要求1所述的扳手，其特征在于，还包括一个全压缩的椭圆形的锥形螺旋弹簧，用于朝着基座区域偏压所述可伸缩夹爪元件。

8.按照权利要求1所述的扳手，其特征在于，所述第二夹爪比第一夹爪短，藉此在狭槽周围的材料内的与转矩有关的应力减小。

9.一种棘轮式开口扳手，其具有：(1)第一和第二夹爪，(2)一个连接所述夹爪的基座区域，(3)一个可以在第二夹爪中的一个狭槽内滑动并向基座区域突出的可伸缩夹爪元件，以及，(4)一个第一盖板，该盖板位于第二夹爪的第一侧上以限制狭槽内的可伸缩夹爪元件的横向运动，改进包括：所述盖板被凸焊到第二夹爪上，从而该盖板形成一个位于第二夹爪内的承载结构件。

10.按照权利要求9所述的扳手，其特征在于，还包括第二盖板，该第二盖板被凸焊到第二夹爪的第二侧上，从而该盖板形成第二夹爪内的一个承载结构件，该第二盖板限制了狭槽内的可伸缩夹爪元件的横向运动。

11.一种锥形螺旋弹簧，其中，盘绕的每一圈是椭圆形。

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