CN204094690U - 扭矩倍增装置 - Google Patents

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Abstract

一种扭矩倍增装置包括输入小齿轮、齿轮扭矩倍增器机构以及插入件固定器。所述输入小齿轮和所述插入件固定器包括相同的第一和第二连接器,使得可将制动棘爪柱定位在所述第一和第二连接器的其中一个中,从而允许所述扭矩倍增装置实现增大的扭矩(和减小的速度)或者增大的速度(和减小的扭矩)。一种相关方法包括:将所述驱动工具与所述第一连接器啮合并且将所述适配连接件与所述第二连接器啮合,以在适配连接件上提供增大的扭矩,进而将紧固件松脱;并且翻转所述扭矩倍增工具,使得所述驱动工具与所述第二连接器啮合并且所述适配连接件与所述第一连接器啮合,以提供增大的扭转旋转速度,进而将所述紧固件更快地从轴上移除。所述制动棘爪柱以扭转的方式进行剪切,因此防止对工具施加过度的应力并且破坏工具。

Description

扭矩倍增装置
技术领域
本申请主张享有提交于申请日为2013年6月26日、名称为“扭矩倍增装置及其使用方法”申请号为13/937,749的优先权,该美国专利同时要求了根据35USC § 119(e)主张享有提交于2012年7月20日、名称为“扭矩倍增装置及其使用方法”的临时申请号为61/673761的优先权,其全文以引用的方式并入本申请中。 
背景技术
本发明涉及扭矩倍增装置,更具体地讲,涉及一种可用于使匹配的第二工具所施加的扭矩倍增的第一工具,该第一工具可逆向使用,使得扭矩可以成倍地增大(导致扭转转速减小)或减小(导致扭转转速增大)。 
扭矩倍增工具是众所周知的。然而,希望在组装的坚固性以及多功能方面进行改进,从而使得该工具既可以用于施加增大的输出扭矩(以较低的转速输出),以在开始时将紧固件从紧固位置上松脱,也可以用于施加减小的输出扭矩(以较高的转速输出),以沿着螺纹轴快速地将紧固件移除。可选地,希望具有一种可用于将紧固件快速地旋入到轴上,然后施加大扭矩以最终使紧固件紧固的工具。另外,希望扭矩倍增工具被构成为在工具上施加过度的压力时以一种使损伤最小化的方式来处理压力。 
发明内容
在本发明的一个方面,一种扭矩倍增装置,包括:输入小齿轮;输入托架;至少三个行星小齿轮;齿轮箱头;插入件固定器以及长手柄;所述输入托架、小齿轮、齿轮箱头以及插入件固定器可操作地啮合并形成扭矩倍增器机构;所述输入小齿轮和所述插入件固定器分别包括第一和第二连接器,而所述第一和第二连接器具有相同的形状和尺寸;方轴形制动棘爪柱可定位在所述第一和第二连接器的任何一个中,并且所述制动棘爪柱被适配成复制驱动工具的驱动柱端。通过将所述制动棘爪柱定位在所述第一和第二连接器的其中一个中并且将所述驱动工具定位在所述第一和第二连接器的另外一个中时,能够获得增大的扭矩输出,而具有减小的旋转速度,或者作为另一种方式,通过将所述制动棘爪柱定位在所述第一和第二连接器的其另一个中并且将所述驱动工具定位在所述第一和第二连接器的剩下一个中,就能够获得减小的扭矩输出,而具有增大的旋转速度。 
在本发明的另一个方面,一种扭矩倍增装置包括:输入连接器、输出连接器以及连接所述输入连接器和所述输出连接器的扭矩倍增器机构;以及制动棘爪柱,其定位在所述第一和第二连接器的其中一个中,并且所述制动棘爪柱被适配成复制驱动工具的驱动柱端;所述制动棘爪柱的扭转剪切强度小于所述扭矩倍增器机构的抗扭强度;其特征是在由于施加在所述制动棘爪柱和所述扭矩倍增器机构上的过大扭矩应力导致所述制动棘爪柱在所述扭矩倍增器机构造成破坏之前进行剪切。 
在本发明的另一个方面,一种扭矩倍增装置包括:扭矩倍增工具,其具有输入端和输出端并且被设计成承受最大应力水平;以及防过度应力柱,其附接在所述输入端和输出端的其中一个上,所述防过度应力柱被构造为在小于所述最大应力水平的安全应力水平下以旋转的方式失效。 
本发明的目的是提供一种能够选择性地用来施加增大的扭矩或者用来施 加更快的转动动作(具有减小的扭矩)的扭矩倍增工具。 
本发明的目的是提供一种具有一体式防过度扭矩装置的扭矩倍增工具,并且所述防过度扭矩装置的成本低、易于更换并且定位直观。 
本发明的目的是提供一种具有一体式防过度扭矩装置的扭矩倍增工具,其中,所述防过度扭矩装置以非突变的方式失效,以提高使用者的安全性。例如,在受到过度的应力时,本发明的制动棘爪柱被设计成以使力-阻力曲线分散的扭转撕裂动作来失效。因而,它避免了突然的断裂和抗扭矩力的快速释放,而这会让使用者受到惊吓并且失去平衡。 
通过对以下说明书、权利要求和附图的研究,本领域的技术人员将会理解和领会本发明的这些和其他方面、目的以及特性。 
附图说明
图1为分解透视图,示出了与适配连接件和驱动工具一起使用的示例的扭矩倍增工具。该附图示出了该示例性的扭矩倍增工具用于将车轮上的凸缘螺母移除,但是,本发明的保护范围不仅仅局限于这种具体应用。 
图2A至图2B为分解透视图,示出了图1的扭矩倍增工具的相反侧。 
图3为图1至图2B的扭矩倍增工具的分解透视图。 
图4至图5为图2工具的头部的侧面剖视图和俯视图。 
具体实施方式
本发明的装置20(图1、图2A、图2B)(也称为“扭矩倍增工具”)可与适配连接件21和驱动工具22(如棘轮扳手)一起使用来施加增大的扭矩,以将紧固件从紧固位置处松脱(或紧固),也可以(或者作为另一种工作方式)该装置进行翻转(即,倒转180度),以便随后将紧固件沿着螺纹 轴快速地移除(或组装)。 
适配连接件21(图1)包括主体,该主体在其第一端上可以与第一连接件的一部分连接。该第一连接件有第一适配连接件开口23(连接头)可用于抓住紧固件,例如防松螺母(如图示为可将车轮固定到车辆上的凸缘螺母24),并且在其另一端上具有和啮合扭矩倍增工具20的方轴形双制动棘爪柱10相连的第二适配连接件开口25(连接器)。制动棘爪柱10的尺寸和形状在工具行业中已被标准化。 
驱动工具22(图1)包括棘轮主体端部27,其具有形状类似于制动棘爪柱10的方轴形凸起28以及从棘轮主体端部27处延伸用于实现杠杆作用的长手柄27A。 
扭矩倍增装置20(图2A、图2B和图3)具有反向安装的但具有相同形状和尺寸的适配连接件开口29和29A,各适配连接件开口可以与啮合制动棘爪柱10相匹配。制动棘爪柱10具有方形截面且包括两个由弹簧向外顶的球棘爪31。制动棘爪柱10和球棘爪31的尺寸和形状符合适配连接件板手中常见的标准形状,使得它可以与现有的机械和汽车修理工具形状匹配,也可以与载备胎工具包一起使用。 
通过这样的设计,装置20可沿着第一方向进行定位,使得在用驱动工具22对连接在一起的第一适配连接件开口29啮合进行驱动时,第二适配连接件开口29A(以及制动棘爪柱10和适配连接件21和紧固件/凸缘螺母24)可以以第一适配连接件开口29的四倍扭矩(以1/4的转速)进行驱动。这给使用者带来了巨大的力学优势。例如,使用者即使使用本发明的小工具20也能够松脱轮胎上的凸缘螺母24。应该认识到的是,本发明的范围也包括扭矩倍增工具的其他用途和应用。一旦将紧固件24松脱之后,扭矩倍增装置20可以被翻转(包括将制动棘爪柱10切换到扭矩倍增工具22的 另一侧),使得驱动工具22与第二适配连接件开口29A啮合,进而使第一适配连接件开口29(以及制动棘爪柱10和适配连接件21和紧固件24)以第二适配连接件开口29A以四倍转速(仅1/4的扭矩)进行驱动。 
扭矩倍增装置20(图3)的当前部件包括:输入小齿轮1(包括适配连接件开口29)、输入卡环2、输入托架3、轴形成定位销4、行星小齿轮5、齿轮箱头6、插入件固定器7(包括适配连接件开口29A)、装配螺钉8、长手柄9以及制动棘爪柱10。 
输入小齿轮1(图3)包括在其外侧端上的第一适配连接件开口29以及在其另一端上的齿轮齿30。制动棘爪柱10包括被配置为紧密地啮合适配连接件开口29的方轴,并且包括弹簧偏置的球棘爪31,其形状以摩擦形式啮合第一适配连接件开口29中的凹槽,并且将制动棘爪柱10保持在第一适配连接件开口29中。托架3可容纳输入小齿轮1的齿轮端并且可用卡环2来保持小齿轮。定位销4在输入托架3与插入件固定器7之间延伸,并且将四个行星小齿轮5保持在位,使得行星小齿轮5的齿既啮合输入小齿轮1上的齿与齿轮箱头6的内侧表面上的齿啮合。扭矩倍增机构是由齿轮部件1、5、6与第一和第二适配连接件开口29和29A的其他部件可操作地连接成的。 
由于存在有四个图示的齿轮5,因此本发明的组件20提供了非常坚固且平衡的结构以在使用中用于承受应力。但是,可以想到的是,本发明的装置20也可采用不同数量的行星齿轮,比如更少或更多的行星齿轮。插入件固定器7通过装配螺钉8固定在托架3上,并且包括形成第二适配连接件开口29A的外段32。 
应当指出,通过将适配连接件开口29和29A定为相同尺寸,制动棘爪柱10可在适配连接件开口29和29A之间进行切换(并且驱动工具22也可以进行切换),使得本发明的装置20可用于选择4X扭矩的优势来松脱紧固 的紧固件,或者作为另一种形式,可用于提供4X转速的优势来使松动的紧固件沿着螺纹轴移动直至其从轴的端部脱落。例如,本发明的装置20可用来移除将车轮固定到车辆上的凸缘螺母24,其中,首先必须松脱螺母(这对于一些上肢力量小的人来说有些困难),这些螺母必须沿着很长的螺纹轴移动,而该螺纹轴在其螺纹上具有砂砾、杂物、破损或腐蚀(这使得只用人的手指来移除螺母有些困难)。 
可以设想,装置20可以根据具体特点的需要进行适配。例如,本发明的装置20被配置为提供4X扭矩的优势和转速减小,但是可以设想的是,齿轮的尺寸可以被重新配置使之产生更大(或更小)的扭。另外,应当指出,本发明的装置20包括4个行星齿轮,它们在使用期间提供了平衡的应力分布。这样就可以允许采用强度较小的材料,比如铝,合金或经过热处理具有特殊性能的材料,而同时仍然为产品提供优化的强度和耐久性。 
例如,图示的扭矩倍增装置20包括有1/2英寸的内螺纹驱动器,其与在任一侧移动的可移除的双制动棘爪柱10一起进出。因此,它可以从动力侧翻转(“倒转”)到速度侧(同时使用相同的适配连接件和驱动工具22)以选择性地选用4:1动力扭矩增大(和1:4速度减小)或者1:4动力扭矩减小(和4:1速度增大),这取决于哪一侧在上方。图示的扭矩倍增装置20在于手柄9连接的情况下,当重量稍微小于3.5磅时可能会有副作用。其适用于高达550英尺-磅的扭矩。手柄9可以是可移除的,以便减小存放时占用的空间。本发明的装置20经济、更轻、更小、并且与常用现有工具相比,更加便宜,并且强度足够用于大多数工作。例如,本发明的装置20可用来代替(并且因此可能替换)管钳把加长管,这种加长管有时加在棘轮扳手的手柄上以形成更长的手柄,实现增强的杠杆作用。 
可以想象的是,本发明的扭矩倍增工具20可装有防过大扭矩的机构。 例如,通过选择用于制动棘爪柱10的材料,可以将它制成在约450英尺-磅的扭矩时进行扭转剪切,由此防止扭矩倍增工具20由于内部部件的过大扭矩的情况造成断裂或损坏。这会是一笔很大的节约,因为更换制动棘爪柱10比维修整个扭矩倍增工具20的费用低很多。另外,制动棘爪柱10的扭转剪切倾向于以非突变的方式失效,例如通过撕裂动作,其在制动棘爪柱撕裂时逐渐释放出来。这就避免了在失效时,工具快速急剧释放扭力。值得注意的是,如果出现了急剧释放,它可能会让使用者受到惊吓并且失去平衡。通过选择合金、热硬化或者其他机械和材料上,可将制动棘爪柱10设计成在扭矩倍增工具的失效之前失效。 
本发明的制动棘爪柱提供了显著的优势。通过将制动棘爪柱制成可移除的并且可更换的,制动棘爪柱就变成了可更换的剪切装置,从而节省了工具。另外,制动棘爪柱也提供了安全的一面,因为比起工具通过以突变的方式失效而被破坏来说,制动棘爪柱可更为缓慢地进行扭转并且逐渐释放。另外,更换制动棘爪柱比更换工具的大部分零件的费用更低,并且也更容易进行更换。另外,通过设置防止在工具上施加过大应力的制动棘爪柱,工具和扭矩倍增机构可以由额定扭矩更低且重量更轻的材料制成,由此也使得装运成本更低,进而使得对最终用户/客户的最终价格更低。 
应当理解的是,在不脱离本发明的构思的前提下,可以对上述结构进行变化和修改;并且还应进一步理解的是,这些构思旨在包含在以下权利要求中,除非对这些权利要求在文中另有明确阐述。

Claims (5)

1.一种扭矩倍增装置,包括: 
输入小齿轮;输入托架;至少三个行星小齿轮;齿轮箱头;插入件固定器以及长手柄;所述输入托架、小齿轮、齿轮箱头以及插入件固定器可操作地啮合并形成扭矩倍增器机构; 
所述输入小齿轮和所述插入件固定器分别包括第一和第二连接器,而所述第一和第二连接器具有相同的形状和尺寸;并且 
方轴形制动棘爪柱可定位在所述第一和第二连接器的任何一个中,并且所述制动棘爪柱被适配成复制驱动工具的驱动柱端; 
其特征在于:通过将所述制动棘爪柱定位在所述第一和第二连接器的其中一个中并且将所述驱动工具定位在所述第一和第二连接器的另外一个中时,能够获得增大的扭矩输出,而具有减小的旋转速度,或者作为另一种方式,通过将所述制动棘爪柱定位在所述第一和第二连接器的其另一个中并且将所述驱动工具定位在所述第一和第二连接器的剩下一个中,就能够获得减小的扭矩输出,而具有增大的旋转速度。 
2.一种扭矩倍增装置,包括: 
输入连接器、输出连接器以及连接所述输入连接器和所述输出连接器的扭矩倍增器机构; 
制动棘爪柱,其定位在所述第一和第二连接器的其中一个中,并且所述制动棘爪柱被适配成复制驱动工具的驱动柱端;所述制动棘爪柱的扭转剪切强度小于所述扭矩倍增器机构的抗扭强度; 
其特征在于:由于施加在所述制动棘爪柱和所述扭矩倍增器机构上的过大扭矩应力导致所述制动棘爪柱在所述扭矩倍增器机构照成破坏之前进行剪 切。 
3.一种扭矩倍增装置,其特征在于:包括: 
扭矩倍增工具,其具有输入端和输出端并且被设计成承受最大应力水平;以及 
防过度应力柱,其附接在所述输入端和输出端的其中一个上,所述防过度应力柱被构造为在小于所述最大应力水平的安全应力水平下以旋转的方式失效。 
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于:所述安全应力水平小于约450英尺/磅。 
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于:所述最大应力水平大于约550英尺/磅。 
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