專利名稱：具有漸開線型廓之錘頭的回轉(zhuǎn)沖擊工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳遞一系列快速連續(xù)旋轉(zhuǎn)沖擊力或沖擊的回轉(zhuǎn)沖擊工具。這類工具通常被用于擰緊或松開高力矩螺母、螺栓或類似物。
一種傳統(tǒng)的被稱之為“旋轉(zhuǎn)重塊”機構(gòu)的回轉(zhuǎn)沖擊扳手機械被公開在授予L.A.Amtsterg的美國專利US 22 85 638中。雖然這類機構(gòu)不十分有效，但它們是第一次將回轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗袥_擊式擊打的機構(gòu)。這種轉(zhuǎn)變成一系列沖擊式打擊的能力提供能給機械操作員的巨大優(yōu)點是，該操作員能夠在將十分高的扭轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)換成十分短的沖撞打擊時只是自然地握住該沖擊扳手。施加短時間高扭轉(zhuǎn)力沖擊打擊的優(yōu)點是在施加十分高的扭轉(zhuǎn)力時，一個普遍人能夠自然地連續(xù)握住此工具。如果轉(zhuǎn)矩被連續(xù)地施加，結(jié)果會在該工具上產(chǎn)生一個連續(xù)的反作用力，此反作用力能大到使一正常的人難以握住該工具。
如在美國專利US 3661217中公開的那樣，上述“旋轉(zhuǎn)重塊”機構(gòu)被spener B.Maurer的發(fā)明大大地改進了，此專利被用作本發(fā)明的參考資料。此專利介紹了一種帶錘頭的旋轉(zhuǎn)重塊沖擊扳手機構(gòu)。在沖擊期間，錘頭大體上不承受拉應(yīng)力。Maurer的“旋轉(zhuǎn)重塊”機構(gòu)有一個可回轉(zhuǎn)連接在一新型樞軸上的旋轉(zhuǎn)錘頭，此錘頭的重心位于該機構(gòu)回轉(zhuǎn)中心附近。這樣就能使此旋轉(zhuǎn)重錘將一個更加平衡的沖擊作用到一錘砧上，從而最終地被施加于輸出軸上，以便例如使螺栓被擰緊或擰松。
Maurer機構(gòu)所具有的問題是，在此工具內(nèi)的錘頭與錘砧之間的彎曲沖擊表面被強制地吸收很高的力和應(yīng)力，而在此曲表面處產(chǎn)生扭矩沖擊。這樣就會產(chǎn)生使用壽命問題，并使傳遞到連接處的能量變小和使此機構(gòu)運作不合理。
在打擊曲面上的使用壽命問題被本發(fā)明克服，在本發(fā)明中，沖擊變換爪的打擊曲面被具體制成沿此打擊件的回轉(zhuǎn)軸線看的一種漸開線型廓。漸開線型廓的優(yōu)點在于沖擊所產(chǎn)生的力被沿著此回轉(zhuǎn)沖擊工具內(nèi)之更易于為此機構(gòu)吸收的方向傳遞。此打擊面經(jīng)受較小的在作業(yè)期間產(chǎn)生的約束力，因而能被使用得更長久些。
經(jīng)過下面結(jié)合附圖進行更詳細地介紹后，上述的方面以及其它方面將會顯得更加清楚。
各附圖為

圖1是以局部縱剖展示沖擊轉(zhuǎn)換機構(gòu)的一沖擊工具側(cè)視圖；圖2a-h，3，4，5及6是沿圖1之2-2線剖取的局部截面圖；圖2a-h展示在Maurer機構(gòu)中使用的具有一恒定半徑錘的此機構(gòu)的一系列剖視圖；圖3展示一恒定半徑錘頭在沖擊起始時刻的該機構(gòu)放大圖；圖4展示該機構(gòu)具有漸開面錘頭的沖擊起始時刻之情況；圖5展示具有恒定半徑錘頭的沖擊結(jié)束時刻的情況；圖6展示具有漸開線(面)錘頭的沖擊結(jié)束時刻的情況。
參看附圖，回轉(zhuǎn)沖擊扳手1具體地展示于圖1中，標引數(shù)碼10標示氣動沖擊扳手的殼體。用于此類沖擊工具中的氣動馬達在本領(lǐng)域是公知的，因此無需對之進行詳細介紹。
氣動馬達的輸出軸11通過連接花鍵12，13與一空心架套即架件15連接，架件15用襯套軸承17支承在此工具的動力輸出軸19上。馬達軸11與動力輸出軸19以同軸方式對準。在殼式架件15是被以同軸方式環(huán)繞著輸出軸19安裝的，而且被安裝得可相對軸19轉(zhuǎn)動。架件15有一對沿縱向分隔開的端板14，這對端板14被一對沿徑向分隔開的、沿縱向延伸的、將端板14連接在一起的支桿16相連接。
現(xiàn)在參看圖3，輸出軸19的后端部與一錘砧制成一體，該錘砧置有一從其上大體上沿徑向向外延伸的砧爪23，因而提供了一個朝前的沖擊接受面20及一反向的沖擊接受面21，現(xiàn)在再參看圖1，輸出軸19的前端部被安裝在工具殼體10前端內(nèi)的軸套9支承。
再參看圖3，在空心架件15內(nèi)徑表面內(nèi)有一沿著一支桿16的槽道18，在槽18內(nèi)安置一滾子銷即樞軸22，這在實際上就形成了一種轉(zhuǎn)動連接。銷22是一種細長的滾子狀銷，一空心錘件25的一部分能環(huán)繞此銷作局部轉(zhuǎn)動?？招腻N件25被安裝得環(huán)繞著輸出軸19。因此，錘件25可以相對于架件15圍繞由銷22構(gòu)成的一傾斜軸線回轉(zhuǎn)地配置，從而使錘件25在來自馬達輸出軸的驅(qū)動力作用下與架件15一起轉(zhuǎn)動，另外也能相對架件15作一定角度的樞軸運動，此樞軸運動環(huán)繞著與此架件15的回轉(zhuǎn)軸線平行但又與之偏置的所述傾斜軸線轉(zhuǎn)動。
架件15還有一第二支桿36，在此桿內(nèi)制有一第二槽道38。在第二槽38內(nèi)設(shè)有一第二滾子銷42。在空心錘件25的表面上制有一凹槽44。凹槽44允許空心錘件25相對支桿16轉(zhuǎn)動一有限角度，從而使銷42在空心錘件轉(zhuǎn)過使槽邊緣46、48與銷42靠置的位置后將空心錘件鎖定，不再轉(zhuǎn)動。
空心錘件25在其內(nèi)表面26上有一朝前的沖擊爪即表面27及一個反向的沖擊爪即表面28，這些表面在工具沿朝前或朝相反方向作業(yè)時，可以分別進入該沖擊接受表面20、21的軌道或從其中退出。錘件25的截面被制成對稱的兩個半拉部份，這兩部份被沿著一垂直于圖面的平面連接在一起，而且該平面通過錘重心32及銷22的中心。
參看圖2a-h，這些圖的順序依次展示出在實際的Maurer機構(gòu)中錘頭25、錘砧23，架件15及銷22、42運作時的運動學(xué)關(guān)系。此回轉(zhuǎn)沖擊機構(gòu)的基本回轉(zhuǎn)沖擊結(jié)構(gòu)及其運行情況在前面提到的授予Maurer專利的US 366 1217中被介紹了。此專利文件被用作本申請的參考資料。
圖2a展示出凸輪控制運動的初始情況，它意味著架件15正在開始使空心錘件25環(huán)繞銷22轉(zhuǎn)動。在此回轉(zhuǎn)點位上，輸出軸19沒被轉(zhuǎn)動。
在圖2b中，凸輪控制運動正在進行，空心錘件25正起凸輪控制作用并進入相對輸出軸19以用于隨后沖擊的一個位置。
在圖2c中，凸輪控制運動已經(jīng)完成，而空心錘件25則被相對輸出軸19設(shè)置得在錘25被充分轉(zhuǎn)動到使朝前的沖擊爪27正確地擊打錘砧瓜23的朝前沖擊接受表面20時，正確地開始沖擊。
在圖2d中，錘件25正在以與架件15同樣的速度轉(zhuǎn)動，這意味著錘件正在自由飛翔地轉(zhuǎn)動。
在圖2e中，錘件25已與砧爪23形成起動沖擊。在此轉(zhuǎn)動階段中，錘件25導(dǎo)致輸出軸19十分迅速地加速或爆發(fā)至旋轉(zhuǎn)，從而在一極短的時間周期內(nèi)產(chǎn)生極高的轉(zhuǎn)矩。錘件25和輸出軸19如圖2f所示那樣一起轉(zhuǎn)動，并且以同樣的速度轉(zhuǎn)過相同的角度一直到如圖2g所示那樣架件15與錘件25彈回為止，而且在圖2g所示的情況下，架件15與錘件25短暫地沿相反方向即順時鐘方向轉(zhuǎn)動。在這短暫地反轉(zhuǎn)期間，使錘件25脫離輸出軸19的錘砧爪23。
在圖2h中，沖擊扳手的(未示出的)氣動馬達重新恢復(fù)它的使架件15沿反時針方向的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)作用。凸輪控制作用也將短暫地恢復(fù)，因此，該機構(gòu)已準備好再作如在圖2a-h中所介紹的運作過程。
圖3和4展示了圖2a所示的放大機構(gòu)之沖擊開始階段的情況。圖3展示有恒定半徑錘的該機構(gòu)及力作用線。圖4則展示具有漸開線型廓之錘件的機構(gòu)及其力作用線。對這些機構(gòu)的比較表明采用恒定半徑錘的機構(gòu)要求力的作用線要指向產(chǎn)生恒定半徑型廓之圓的圓心。但在圖4中所示的采用漸開線型廓之錘件的機構(gòu)表明和要求力作用線與產(chǎn)生此漸開線型廓的基圓相切，這是漸開曲線幾何定義所固有的特性。這種力作用線方向上的差別成為本發(fā)明價值的基礎(chǔ)。在圖3和4中這兩種機構(gòu)間的關(guān)鍵差別包括在每個圖中的力矩臂長度及在朝前的沖擊爪27上沖擊產(chǎn)生的方向。在圖3中，力臂46即RR對應(yīng)于恒定半徑爪型廓要比漸開線爪型廓的力臂48即RT′約長38％。在圖3中，對于朝前的沖擊爪27的恒定半徑表面來說，曲線(面)產(chǎn)生的中心位于該理論圓的中心，點50即OR′處，曲線就是從該處派生出來的。恒定半徑曲線(面)用虛線輪廓線60表示。點OR的位置可在一大范圍的變化。圖3所示的該位置與許多現(xiàn)有技術(shù)機構(gòu)的相似。
參看圖4，朝前的沖擊爪27漸開線型廓曲線(面)發(fā)生點在點52即P0處，該點52位于銷即樞軸22的基圓直徑上。該漸開曲線(面)輪廓用虛線輪廓線62表示。在沖擊起始時刻，傳遞到此連接點的能量和在圖3和4所示的幾何圖解有些相似，但在臨近脫合的時刻，由于幾何圖形的差別，該能量傳遞過程變化最大。
現(xiàn)在參看圖5及6，對于在朝前的沖擊爪27上具有恒定半徑的型廓表面的機構(gòu)來說，在脫合時刻的該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，被展示在圖5中；對于在朝前的沖擊爪27之表面為漸開線曲面型廓的機構(gòu)來說，在脫合時刻的機構(gòu)之結(jié)構(gòu)狀態(tài)則被展示在圖6中。在圖5中，恒定半徑輪廓線用點劃線60表示。在圖6中，漸開線曲面輪廓線用點劃線62表示?，F(xiàn)在參看圖5，隨著沖擊爪27的恒定半徑表面逐漸朝錘砧爪23的外邊緣移動，其轉(zhuǎn)矩臂46即RR之長度逐漸減小。參看圖6，在其朝前的沖擊爪27上具有漸開線表面的機構(gòu)則將轉(zhuǎn)矩臂RI維持在一個恒定的長度，這是漸開線曲面定義的固有特性。任何垂直于該曲面的力作用線都將與產(chǎn)生該漸開線曲面型廓的并與銷22的外圓面重合的基圓柱面相切。
從這些事實和探討中得出一個設(shè)置方案。采用這種相切的約束方式有利于合理地選擇基圓中心、基圓半徑、及在構(gòu)成錘件幾何形狀的基圓上“漸開線發(fā)生線”的起始位置。依此就能夠(1)在沖擊期間比標準幾何形狀的錘頭在更大的角度上保持閉鎖，并且可容易地脫合；或者(2)，能夠在沖擊期保持與通常形狀錘頭相等的閉鎖角度，但能比后者更易脫合；或者(3)，能夠被配置得如在圖6所示的本實施例那樣，使沖擊工具的另外一些性能優(yōu)化。在本實施例中，漸開線方案的選定產(chǎn)生了一個在沖擊期間更加充分閉鎖的機構(gòu)。雖然目前的基圓并沒有大到足以使脫合力矩減少，但是卻使沖擊發(fā)生在錘砧爪23和朝前的沖擊爪27之這樣的位置上，即，一旦脫合過程開始了，錘頭沿該錘砧所經(jīng)過的滑動距離就如在圖5和6之間的差別中表明的那樣被減小。此外，力被施加在這樣的一個位置上，此位置與在圖5中的距離不同，它離圖6中所示朝前的錘砧沖擊爪27的頂端更遠。由于力作用在離該頂端更遠處，這也就大大地延長了使用壽命。雖然恒定半徑表面及漸開線曲面表面兩者都要經(jīng)受一些沿朝前的錘砧沖擊爪27表面并朝其外邊緣的滑動作用，但在其中達到的滑動作用的大小及距離要比在圖5所示的恒定半徑表面情況大得多。對圖6所示的漸開線曲面型廓來說，隨沖擊位置一起滑行的較短距離則有助于減小朝前的沖擊爪27上的磨損。
在一替換實施例中，已經(jīng)知道為產(chǎn)生漸開線曲面的基圓位置可以根據(jù)不同的基圓半徑而被改變到其它位置上。如前所述，這將根據(jù)選擇的基圓位置及大小，來提供各種有利性能。
雖然通過推薦實施例介紹了本發(fā)明，但不希望這會對在后附權(quán)利要求中的本發(fā)明實質(zhì)形成限制。
權(quán)利要求
1.一種改進的回轉(zhuǎn)沖擊工具，包括，一殼體；一安裝在殼體中的馬達；一用于回轉(zhuǎn)并安裝在殼體中的輸出軸，該輸出軸包括一沿其徑向安置在此軸外周面上的沖擊接受錘砧爪；一個與輸出軸同軸安裝并環(huán)繞其可轉(zhuǎn)動的架件；在馬達與架件間的并用于使該架件回轉(zhuǎn)的驅(qū)動連接機構(gòu)；以及一以樞軸連接于架件的一錘件用于可與此架件一起轉(zhuǎn)動又可以相對此架件環(huán)繞一與架件的回轉(zhuǎn)軸平行但偏置的軸線作一定角度的回轉(zhuǎn)運動，所述錘件在其內(nèi)表面上為了順時針方向的沖擊作業(yè)而具有一順時鐘方向沖擊傳遞爪，此沖擊爪可以運動進入或離開所述沖擊接受錘砧爪的軌道，以便將一沖擊打擊作用傳遞給該錘砧爪；用于使沖擊傳遞爪實現(xiàn)一定角度的樞軸轉(zhuǎn)動，沿著順時針方向相對所述架件進入該錘砧爪之軌道的凸輪機構(gòu)；由下列因素產(chǎn)生的離心力錘件的比例部件，質(zhì)量及質(zhì)量中心位置，其將所述沖擊傳遞爪保持在該錘砧爪軌道中，并一直保持到所述沖擊作用其上為止；以及自動機構(gòu)，其用于在所述沖擊打擊被傳遞后，使所述沖擊爪相對所述架件沿反時針方向?qū)崿F(xiàn)一定角度的樞軸轉(zhuǎn)動以脫離所述錘砧爪軌道；此改進是一個曲線形打擊面形成在所述輸入傳遞爪上，該曲面在沿該架件回轉(zhuǎn)軸線方向看時具有一種漸開線(面)型廓。
2.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)沖擊工具，其特征在于，該錘件通過一個安裝在架件與錘件之間的樞軸銷成樞軸方式連接；而且所述漸開線(面)型廓是從一個與所述樞軸銷有相同位置和相同外圓周的基圓產(chǎn)生的。
3.如權(quán)利要求2所述回轉(zhuǎn)沖擊工具，其特征在于，所述基圓半徑為(在所述架件與錘件間的沖擊期間)在所述漸開線曲線(面)與此漸開線曲面線(面)產(chǎn)生位置(點)間之距離的1/2～1/10。
4.如權(quán)利要求1所述回轉(zhuǎn)沖擊工具，其特征為，在所述回轉(zhuǎn)沖擊工具作業(yè)期間，所述架件與錘件間的沖擊點處于該漸開線曲線(面)上。
5.一種回轉(zhuǎn)沖擊工具，其具有一用于產(chǎn)生短暫回轉(zhuǎn)沖擊作用的內(nèi)部機構(gòu)，該機構(gòu)包括一殼體，一馬達，一輸出軸，一大體上設(shè)置在該輸出軸外周面上的沖擊接受錘砧爪，一用于將回轉(zhuǎn)力傳遞至所述錘砧爪上的錘件；此錘件有一沖擊傳遞沖擊爪，此沖擊爪與所述錘砧爪配合作用以傳遞所述回轉(zhuǎn)力；所述沖擊傳遞爪有一曲線(面)打擊表面，從沿所述輸出軸回轉(zhuǎn)軸線觀察時，該曲線(面)打擊表面是一種漸開線曲面型廓。
全文摘要
一種采用在本領(lǐng)域中稱之為Maurer機構(gòu)的馬達驅(qū)動的回轉(zhuǎn)沖擊工具,它具有一錘砧架及銷件用于通過一回轉(zhuǎn)輸出軸產(chǎn)生所施加的沖擊載荷。在沖擊爪(27)表面上構(gòu)成的打擊表面幾何形狀形成一種漸開線(面)型廓(62),型廓(26)是從一個具有平行于該輸出軸回轉(zhuǎn)軸線之軸線的基圓產(chǎn)生的。
文檔編號B25B21/02GK1241154SQ98801460
公開日2000年1月12日 申請日期1998年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月2日
發(fā)明者S·C·湯普森, T·R·庫珀 申請人:英格索爾-蘭德公司