專利名稱：具有雙剛性彈簧應(yīng)用振蕩質(zhì)量的工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及機動工具，更具體來說，涉及利用慣性的手持扭轉(zhuǎn)工具。目前，小反作用的工具是使一回轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量加速通過一相對大轉(zhuǎn)角的典型裝置。此加速是利用一馬達的輸出扭矩來實現(xiàn)的，此扭矩與工具的輸出扭矩能力相比是相對較低的。當(dāng)慣性質(zhì)量加速時，慣性質(zhì)量就貯存動能。在慣性質(zhì)量已轉(zhuǎn)動一足夠大角度(例如180°或更大些)后，一離合裝置可將慣性質(zhì)量與工件接合。之后的慣性質(zhì)量之負加速度就產(chǎn)生一種比加速馬達所提供的扭矩相對較高的輸出扭矩。這種高輸出的扭矩不會對使用者產(chǎn)生反作用，因為反作用是由與飛輪或慣性質(zhì)量之負加速度有關(guān)的扭矩提供的。
一般說來，兩類離合裝置可被設(shè)在慣性質(zhì)量與工件之間。占主導(dǎo)地位的方法是采用機械離合器。不幸的是此類離合器的快速接合和脫開會導(dǎo)致噪音產(chǎn)生，而且在離合器的沖擊變換區(qū)域上產(chǎn)生的高應(yīng)力會導(dǎo)致零件的磨損和變形，這些因素會降低離合器的效率和縮短其使用壽命。
第二種離合方法是采用液壓閉鎖離合器。雖然這種方法在運作時比現(xiàn)有的機械離合器安靜，但其制造成本高及可能存在的液壓流體的損失限制了這類方法的應(yīng)用。
為了擰緊一螺紋連接緊固件，必須通過施加一卡緊連接件的扭矩來使螺栓轉(zhuǎn)動。所有螺栓均有某種頭部和螺旋角，對于右旋螺紋緊固件來說，它們允許將順時針方向的轉(zhuǎn)動傳遞給螺母或構(gòu)件以使螺栓中產(chǎn)生張緊力。與沿相反方向即使一連接件松開的方向相比當(dāng)卡緊一連接件時，所述的螺旋角會使螺栓難以被轉(zhuǎn)動(亦即需要較高的轉(zhuǎn)矩)。在我們研究一種振蕩驅(qū)動系統(tǒng)時，由于上面討論的原因，對緊固件施加正、反相等的扭矩會導(dǎo)致連接松馳?？朔祟愓系K的一種方法是對驅(qū)動馬達施加一附加勵磁扭矩，從而使擰緊力矩比擰松扭矩大。這一選擇方案會在殼體上產(chǎn)生由使用者承受反作用的附加激勵扭矩。對于附加激勵可能是很小的低轉(zhuǎn)矩類工具來說，這樣做可能是合適的。
上面提到的缺陷公知于現(xiàn)有的工具和方法中。因此，很明顯的是提供一種旨在克服上述缺陷之一或多個的替換方案是有好處的。而且，一種適合的替換方案包括了在下面更充份公開的許多特點。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是發(fā)明一種雙剛性彈簧，此簧在擰緊方向上比在擰松方向(即較小的剛性)上有更大的抗扭性能(即更大的剛性)。這就取消了對附加激勵扭矩的需求，因而施加在殼體上的反作用扭矩就比較小。
在此公開的本發(fā)明實施例表明了桿中的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛性之間的相對差別。與此相關(guān)的附圖描繪了一種運作模式在沿擰松方向上是彎曲，而在擰緊方向上則是彎曲加扭轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的一個方面即為實現(xiàn)上述運作方式而提供一種利用諧振振蕩質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)工具，此工具有一可轉(zhuǎn)動的諧振振蕩質(zhì)量；一個實現(xiàn)使質(zhì)量振蕩的裝置；一個將振蕩質(zhì)量連接于一回轉(zhuǎn)摩擦力調(diào)整工件的雙剛性彈簧，此簧沿擰緊轉(zhuǎn)向作用在工件上一較大的扭轉(zhuǎn)輸出，而沿相反的擰松方向作用的輸出扭矩較低，并不足以使工件沿擰松方向轉(zhuǎn)動。
結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細介紹之后，上述的及其它方面將會變得更加清楚。各附圖為

圖1是本發(fā)明應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)工具的剖視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中有加速質(zhì)量的沖擊工具在經(jīng)歷時間內(nèi)于緊固件上施加的扭矩圖表；圖3是本發(fā)明之應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)量的工具在經(jīng)歷時間內(nèi)施加于緊固件上的扭矩的圖表；圖4是本發(fā)明一推薦實施例的軸狀雙剛性彈簧的放大圖；圖5是在振蕩質(zhì)量內(nèi)的雙彈簧接納套筒的端視圖，虛線展示出此彈簧端頭之裝配后的中間位置；圖6是在每個位置上關(guān)于軸扭矩和振蕩扭矩與轉(zhuǎn)子可靠性能測量值RPM重疊表示的扭矩與時間關(guān)系曲線。
參看圖1，本發(fā)明基于諧振振蕩質(zhì)量的雙剛性彈簧扭轉(zhuǎn)工具總體用參考數(shù)碼1表示。一套筒型套筒板手即卡緊裝置5與未示出的待擰緊的緊固件頭部緊緊地連接。該套筒扳手5被連接于一雙剛性軸形扭簧3，扭簧3則通過一彈簧銷接納套筒即驅(qū)動套40與一杯狀飛輪轉(zhuǎn)子即振蕩質(zhì)量4連接。飛輪轉(zhuǎn)子4以后面會解釋的方式環(huán)繞著一內(nèi)部的定子振蕩和轉(zhuǎn)動。一屏蔽環(huán)和磁回路通道8環(huán)繞著飛輪轉(zhuǎn)子4，并且該環(huán)8是用鋼那樣的導(dǎo)磁材料制作的。屏蔽環(huán)8又被安裝在形成工具外殼的殼體15中。用來把持工具的手柄11配置于殼體15上。扳機14可起動工具，一正、反向開關(guān)13可選擇沿被操作者看來是順時針的擰緊方向或是沿逆時針的擰松方向轉(zhuǎn)動。
如圖1所示，飛輪轉(zhuǎn)子4、雙剛性彎曲扭轉(zhuǎn)彈簧3及套筒5借助軸承16及軸承17、18被支承得可在殼體15及定子20的延伸部內(nèi)轉(zhuǎn)動，軸承17、18則環(huán)繞著套筒19。設(shè)置一前部光學(xué)編碼器7以檢測套筒的轉(zhuǎn)動，并設(shè)置一光學(xué)的飛輪位置編碼器10來確定飛輪轉(zhuǎn)子4的運動及位置。
參看圖1、4及5，它們展示了用標(biāo)號3表示的一雙剛性簧的實施例?；?具有與基座31連接、并從其上沿軸向延伸出的四個指狀銷30，設(shè)置一孔32來接納一套筒驅(qū)動軸33。軸33則以驅(qū)動銷35被可驅(qū)動地連接于基座31。從圖1和5中可清楚地看出軸狀彈簧銷30的端部36被精確地制作而使之與驅(qū)動套40上精確制作的槽37配合作用。驅(qū)動套40則又與飛輪轉(zhuǎn)子4連接，并由此以振蕩方式被驅(qū)動。槽37的形狀被構(gòu)造得在套件40被如圖5所示沿順時針方向(從操作者看來是沿反時針方向擰松轉(zhuǎn)動)轉(zhuǎn)動時，彈簧銷30主要被彎曲變形。沿逆時針方向轉(zhuǎn)動時，套件40通過接觸點41，41′施加一作用力。該力趨向于使彈簧銷30既彎曲又扭轉(zhuǎn)，由此顯示出對沿圖5所示的逆時針方向(從操作者看來是沿順時針即擰緊方向)轉(zhuǎn)動增大阻力。因此，雙剛性彈簧呈現(xiàn)出在擰緊方向上具有比在擰松方向要大的、不同的彈簧剛性。
上述事實在圖6所示的曲線圖上看得最清楚，其中，飛輪轉(zhuǎn)子4可靠性能測量值RPM曲線是與所達到的飛輪之矩形波振蕩扭矩和呈現(xiàn)的輸出軸扭矩值作對比描繪的。如在圖6中被清楚地展示的那樣。對于一給定的振動扭矩值，與在周期之?dāng)Q松部份所達到的400(磅)in.Ibs相比，可以達到一個相當(dāng)高的擰緊扭矩(接近800(磅)in.Ibs)。
在運作中擰緊一螺紋緊固件時，飛輪如一傳統(tǒng)的電動機那樣在電磁線圈激勵和對永磁體9的反作用下被初始驅(qū)動以執(zhí)行一個固緊循環(huán)的擰緊(rundown)部分。一旦緊固件達到了飛輪作為傳統(tǒng)馬達被驅(qū)動所能達到的輸出極限時，套筒形套筒扳手5的轉(zhuǎn)動就中斷，并被前光學(xué)編碼器7檢測到。飛輪轉(zhuǎn)子4的位置則被光學(xué)位置編碼器10檢測到。如圖3所示，根據(jù)測驗到的一失速的套筒狀況，該合適的電氣路線就開始通過將反轉(zhuǎn)能量脈沖施加于該電磁線圈9使飛輪振蕩，并使飛輪在該慣性質(zhì)量系統(tǒng)之諧振頻率或其附近頻率振蕩。
采用本發(fā)明的此振蕩質(zhì)量原理，就可以達到使馬達所施加的振蕩扭矩被倍增多倍后輸出。另一種描述振蕩的方法是當(dāng)扭轉(zhuǎn)簧內(nèi)的扭矩超過阻礙緊固件運動的工件扭矩時，該緊固件就可以由此兩扭矩間的差值來加速運動。在此過程中，一些能量會從該振蕩質(zhì)量系統(tǒng)中失去。馬達可以補充這些能量，因而可增加更多的重復(fù)振蕩，從而使振蕩一直繼續(xù)到使緊固件完全安裝好。在已經(jīng)到達了所需要的緊固件扭矩時，該馬達就終止使飛輪運動。
光學(xué)編碼器7和10給工具的控制系統(tǒng)提供反饋信息。在通常的工具運作中，可能會希望使飛輪作為一個馬達來運轉(zhuǎn)并在初始階段將緊固件擰緊(rundown)到一個適當(dāng)小扭矩水平。該小扭矩可以通過套筒轉(zhuǎn)動的失速被測知。就在此時刻送出一個信號以開始馬達的振蕩脈沖模式，并使飛輪通過重復(fù)地施加反向的扭矩脈沖而在該質(zhì)量彈簧系統(tǒng)諧振頻率或其附近處振蕩。雙剛性彈簧可使得加在擰緊方向上的扭矩峰值較高，而且在反轉(zhuǎn)方向上，一個更長時間內(nèi)只施加一個較低的擰松扭矩。所施加扭矩間的差值是通過彈簧的相對剛性來選定的。這樣就可防止緊固件在施加反向扭矩時被擰松。在擰緊方向上施加的較高的扭矩可克服緊固件的摩擦力而使之沿此緊固方向逐漸被擰緊。
除了上述的實施例外，還可以有許多另外的實施例。所有實施例的共同點是被用來擰緊工件的扭矩均是通過使包括作為附加激勵輸出扭矩機構(gòu)的一雙剛性彈簧之質(zhì)量彈性系統(tǒng)。在其諧振頻率或附近處振蕩來提供的。
本發(fā)明呈現(xiàn)了低的反作用和低的震動。該激勵頻率大體上高于現(xiàn)行工具的扭矩輸出頻率。那些更高的頻率要比與現(xiàn)行沖擊工具之相關(guān)的反復(fù)的“飛輪自旋加快”(“flyweel spinup”)的頻率更容易地被衰減(見圖2)。在采用窄帶激勵頻率的以重量為基礎(chǔ)的振蕩方案中，與面臨的當(dāng)前沖擊工具之寬頻帶特性的工具相比，它更容易采用聲音和震動減小措施。此外，可以消除沖擊的表面，因而可以減小噪音和磨損。
本發(fā)明的工具更容易控制，并且有更好的扭轉(zhuǎn)精度。本實施例的工具以更小、更頻繁的扭矩脈沖方式將扭矩傳遞給工件。與當(dāng)前的低反作用工具相比，這種更小的脈沖可允許更精細地控制所施加的扭矩。而且對工件的剛性即連接率、依賴性更小。此外，本發(fā)明的原理本身很好地提供了電子驅(qū)動實施例，這些實施例給使用者增加了例如對操作速度等其它方面的控制能力。
已經(jīng)用推薦實施例介紹了本發(fā)明，但不希望這些實施例除了所附權(quán)利要求以外去限制本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)工具，它具有一可轉(zhuǎn)動的諧振振蕩質(zhì)量；一用以實現(xiàn)該質(zhì)量振蕩的裝置；一將該振蕩質(zhì)量連接于一回轉(zhuǎn)摩擦力調(diào)定工件的雙剛性彈簧，此簧沿擰緊方向?qū)λ龉ぜ┘右粋€較大的扭轉(zhuǎn)輸出力矩，從而使工件沿擰緊方向轉(zhuǎn)動；以及一在相反旋轉(zhuǎn)方向上的一較低扭轉(zhuǎn)輸出力矩，此力矩不能使工件沿該相反旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述工具，其特征在于，該扭轉(zhuǎn)工具是一手持扭矩扳手。
3.如權(quán)利要求1所述工具，其特征在于，該雙剛性彈簧是一個復(fù)合的彎曲及扭轉(zhuǎn)彈簧。
4.如權(quán)利要求1所述工具，其特征在于，該雙剛性彈簧可允許在可轉(zhuǎn)動諧振振蕩質(zhì)量與摩擦力調(diào)定工件之間發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求1所述工具，其特征在于，所述所述振蕩質(zhì)量的位置是用一位置編碼器來確定的。
6.如權(quán)利要求5所述工具，其特征在于，該位置編碼器是一個光學(xué)位置編碼器。
全文摘要
公開了一種有低反作用的振蕩質(zhì)量扭轉(zhuǎn)工具(1),其中,一振蕩質(zhì)量(4)被反轉(zhuǎn)脈沖激勵而大體上進行諧振振蕩,從而使貯存在雙剛性彈簧(3)周圍的振蕩能量增大,這樣就在沿擰緊方向上以更為剛性的彈簧作用提供更大的扭矩輸出,并由此將緊固件擰緊。
文檔編號B25B23/14GK1258243SQ98805611
公開日2000年6月28日 申請日期1998年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月29日
發(fā)明者T·R·科珀, T·P·洛夫, R·E·佩爾里尼, D·W·普勒格爾 申請人:英格索爾-蘭德公司