專利名稱：應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及機動工具，更具體地說，是涉及應(yīng)用慣性的手持扭轉(zhuǎn)工具。當(dāng)前的小反作用工具是使一回轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量加速通過一相對大角度的普通工具。這種加速是由一馬達用輸出扭矩實現(xiàn)的，此輸出扭矩與工具的扭矩輸出能力來比是相對低的。當(dāng)慣性質(zhì)量被加速時就會貯存動能。在慣性質(zhì)量已轉(zhuǎn)過一足夠大角度(例如180°或更大)后，一離合裝置就使此回轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量與一工件連接。而之后的慣性質(zhì)量之負加速度就產(chǎn)生一輸出扭矩，此扭矩要比加速馬達提供的輸出扭矩高(見圖3)。此高輸出扭矩不對使用者施加反作用，因為該反作用是由與飛輪即慣性質(zhì)量的負加速度相關(guān)的扭矩提供的。
一般說來，在慣性質(zhì)量與工件之間可配置兩類離合裝置。占主導(dǎo)地位的方法是利用機械離合器。不幸的是，此類離合器的快速接合與脫開導(dǎo)致了噪音的產(chǎn)生，并且在沖擊轉(zhuǎn)換區(qū)產(chǎn)生的高應(yīng)力會使零件磨損和變形，這樣會使離合器效率減低，使用壽命變短。
一第二種離合方法是采用一種液壓鎖閉離合器。雖然在運作時比機械離合器安靜，但制造成本高及潛在的液壓介質(zhì)的損失使液壓閉鎖離合器的應(yīng)用受到限制。
上面所講述的缺陷存在于現(xiàn)有的這類裝置和方法之中。因此，提供一種旨在克服上述一種或多種缺陷的替換方案顯然是有好處的。因而將提供一種包括了在下面要更詳細公開之特征的合適的替換方案。
本發(fā)明的一個方面是通過提供一種應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)的扭轉(zhuǎn)工具來實現(xiàn)的，此工具包括一可回轉(zhuǎn)諧振的振蕩質(zhì)量，一使該質(zhì)量進行振蕩的裝置；一將該振蕩質(zhì)量與一轉(zhuǎn)動摩擦力調(diào)定工件連接的彈簧裝置，一種沿擰緊的回轉(zhuǎn)方向與振蕩質(zhì)量一起實現(xiàn)一回轉(zhuǎn)激勵(bias)的裝置，激勵的大小只是在與由此振蕩質(zhì)量沿該擰緊轉(zhuǎn)動方向產(chǎn)生的力相組合才足以使工件沿一擰緊方轉(zhuǎn)動；而且由此振蕩質(zhì)量減去該回轉(zhuǎn)激勵后在沿相反的轉(zhuǎn)動方向所產(chǎn)生的力不足以使該工件沿此相反的轉(zhuǎn)動方向進行轉(zhuǎn)動。
上述的及其它方面在結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細介紹后會變得更加清楚。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)工具剖視圖2是現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用加速質(zhì)量的沖擊工具在經(jīng)歷時間中于一緊固件上施加的扭轉(zhuǎn)曲線圖；圖3是本發(fā)明應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)量系統(tǒng)的工具在經(jīng)歷時間中施加于緊固件上的扭矩曲線圖。
參看圖1，圖中所示本發(fā)明的應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)工具總體用參考號碼1表示。一套筒型套筒扳手即卡緊機構(gòu)5與一待擰緊的緊固件頭部緊密地接合(未示出)。套筒扳手5與一扭簧3連接，簧3則又與一杯狀飛輪轉(zhuǎn)子即振蕩質(zhì)量4連接。飛輪轉(zhuǎn)子4以后面會介紹的方式環(huán)繞著一內(nèi)部定子20轉(zhuǎn)動和振蕩。一屏蔽環(huán)及磁回路通道8環(huán)繞著飛輪轉(zhuǎn)子4。屏蔽環(huán)8是用鋼那樣的導(dǎo)磁材料制作的，并且被安置在一構(gòu)成工具外殼的殼體15中，一用來握持工具的手柄11與殼體15連接。一扳機14可起動工具，一正反向開關(guān)13則用來選定從操作者看來究竟沿通常為順時針的擰緊方向還是沿通常為逆時針的擰松方向轉(zhuǎn)動。
如圖1所示，飛輪轉(zhuǎn)子4，扭簧3及套筒扳手5借助軸承16及環(huán)繞套筒19的軸承17、18，被支承得可在殼體15內(nèi)及定子20的延伸部份內(nèi)轉(zhuǎn)動。一前光學(xué)編碼器7用來檢測該套筒的轉(zhuǎn)動，一光學(xué)飛輪位置編碼器10則用來確定飛輪轉(zhuǎn)子4的位置及運動。
在運行中擰緊一螺紋緊固件時，一開始飛輪被作為一種傳統(tǒng)的馬達，通過電磁線圈激勵勵磁和對永磁體9的反作用來驅(qū)動以完成一緊固周期的擰緊(rundown)部份。一旦緊固件達到了飛輪作為傳統(tǒng)馬達被驅(qū)動時所能達到的輸出極限。套筒扳手5的轉(zhuǎn)動就停止，并被前光學(xué)編碼器7測出。飛輪轉(zhuǎn)子4的位置則被光學(xué)位置編碼器10測出。如圖3所示，根據(jù)檢測的被停止套筒的狀況，通過對電磁線圈9施加反轉(zhuǎn)能量脈沖而使該合適的電子線路開始振蕩飛輪轉(zhuǎn)子，并使飛輪轉(zhuǎn)子以此慣性質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的諧振頻率或其附近的頻率振蕩。隨著脈沖式振蕩的連續(xù)進行，飛輪轉(zhuǎn)子連續(xù)地被沿擰緊方向附加激勵并在扭簧3中沿反轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生和儲存振蕩能量。這樣就建立一種狀況，在這種狀況下，振蕩能量和馬達驅(qū)動能量總合起來沿飛輪轉(zhuǎn)子振蕩的一個方向?qū)o固件施加一擰緊扭矩，并且與反向振蕩上的作用力不一樣，從而使得擰緊扭矩超過擰松扭矩一數(shù)量，其約為兩倍的附加激勵扭矩。
隨著由于處在質(zhì)量彈簧系統(tǒng)諧振振蕩或其附近處振蕩而在每個反向脈沖中儲存能量的增加，就可達到所施加的總扭矩逐漸使緊固件擰緊而在反向振蕩上不被擰松的時刻。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)為了防止反向振蕩使緊固件被擰松，則需要一大約為工具最終輸出扭矩之10％-20％的驅(qū)動扭矩。此驅(qū)動扭矩量會對操作者起反作用。因此，采用本發(fā)明的振蕩質(zhì)量原理能夠使輸出扭矩多倍于操作者受到的反作用扭矩。說明此情況的另一種方式是在扭轉(zhuǎn)簧中的扭矩超過阻礙緊固件運動的工件扭矩時，該緊固件就被這些扭矩間的差值加速。在這一過程中，會使一些能量從振蕩質(zhì)量系統(tǒng)中失去。該馬達可以補充失去的能量，再加之更多的重復(fù)振蕩從而使振蕩連續(xù)到被緊固完成為止。在達到了所要求的緊固件扭矩時，馬達就會停止激勵飛輪。
光學(xué)傳感器10和7給工具控制提供反饋信息。如上所述，為了防止緊固件被擰松，振蕩激勵扭矩可被施加于一附加激勵扭矩即馬達驅(qū)動扭矩的峰值上。此附加激勵扭矩可以是緊固該連接接頭所要求的扭矩的一部份。
除了上面公開的該實施例外，還可以有很多個別的實施例。在某些情況中，振蕩質(zhì)量可以被連接于如在本實施例中那樣的工件上。此外，在振蕩質(zhì)量中已經(jīng)儲存了某一數(shù)量的動能之后，離合機構(gòu)可用來將這種作用的扭矩傳送給工件。在所有實施例中的共同思路是扭轉(zhuǎn)工件用的能量是通過使質(zhì)量彈簧系統(tǒng)在其諧振頻率或附近處振蕩來提供的。
采用本發(fā)明原理的工具的優(yōu)點是工具重量小。現(xiàn)有的工具需要一足夠大的馬達/慣性件組合結(jié)構(gòu)，以便在慣量件組合結(jié)構(gòu)在加速轉(zhuǎn)過有限的一角度時，提供足夠的動能去克服該當(dāng)時工件的扭矩。在通過一段較長時間內(nèi)連續(xù)地進行激勵的本發(fā)明中，可在不增大馬達或慣性件尺寸的情況下能夠獲得更大的扭矩值。
本發(fā)明的工具反作用低、震動小。其激勵頻率相對當(dāng)前工具的扭矩輸送頻率而言大體上高些。與當(dāng)前工具之重復(fù)的“飛輪旋轉(zhuǎn)加快”(flywheel spinup)有關(guān)的頻率相比，該較高的頻率更容易被衰減(見圖2)。與面臨的當(dāng)前沖擊工具寬頻帶特性的工具方案相比，在利用窄頻帶激勵頻率的以振蕩質(zhì)量為基礎(chǔ)的方案中更容易采取消聲、減震措施。另外，也可以消除撞擊表面，進而噪聲低，磨損小。
本發(fā)明的工具更容易控制和具有更精確的扭轉(zhuǎn)精度。本發(fā)明的工具以更小、更高頻率的扭矩脈沖將扭矩傳送給工件。與現(xiàn)有低反作用工具相比所述較小的脈沖可允許在施加扭矩過程中更精確地控制，而且對工件剛度亦即對連接程度的依賴性更小。此外，本發(fā)明的基本概述本身可很好地適合于電氣驅(qū)動實施方案，這些方案給使用者提供拓寬的以其它方式如運作速度的控制技術(shù)。
已結(jié)合實施例對本發(fā)明進行了解釋，但并不希望用此實施例去限制本發(fā)明權(quán)利要求限定的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用諧振振蕩質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)工具，包括一可回轉(zhuǎn)的諧振振蕩質(zhì)量；一使該質(zhì)量振蕩的裝置；一將該振蕩質(zhì)量與一回轉(zhuǎn)摩擦力調(diào)定工件連接的彈簧裝置；一沿擰緊的方向上給該振蕩質(zhì)量進行回轉(zhuǎn)附加激勵的裝置，該附加激勵的幅度只有在沿工件擰緊方向與該振蕩質(zhì)量沿相同方向產(chǎn)生的力相組合才足以使工件沿擰緊方向轉(zhuǎn)動，以及一通過振蕩質(zhì)量沿相反的(擰松)方向減去所述的附加激勵所產(chǎn)生的力不足以使工件沿相反的(擰松)方向轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的工具，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所述的工具，其特征在于，所述彈簧裝置是一扭簧。
4.如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，所述彈簧裝置可允許在回轉(zhuǎn)諧振振蕩質(zhì)量與摩擦力調(diào)定工件之間有相對轉(zhuǎn)動。
5.權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，所述實現(xiàn)一回轉(zhuǎn)附加激勵的裝置沿擰緊方向施加一附加激勵扭矩。
6.如權(quán)利要求5所述的工具，其特征在于，所述實現(xiàn)一附加回轉(zhuǎn)激勵的裝置沿該轉(zhuǎn)動方向施加的扭矩值約為最終輸出扭矩的10％-20％。
7.如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，該振蕩質(zhì)量的位置是用一位置編碼器測定的。
8.如權(quán)利要求7所述的工具，其特征在于，該位置編碼器是一光學(xué)位置編碼器。
全文摘要
公開了一種小反作用的應(yīng)用振蕩質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)工具(1),其中,振蕩質(zhì)量(4)通過反轉(zhuǎn)脈沖被激勵成大體上進行諧振振蕩,從而使環(huán)繞著一扭簧(3)的振蕩增大,并直到其扭矩與儲存在扭簧(3)中的能量相結(jié)合超過使一工件進一步轉(zhuǎn)動擰緊所需的扭矩時,從扭簧中釋放出來的能量將該工件擰緊。而且,一附加激勵扭矩可確保只將釋放的扭矩施加于擰緊方向。
文檔編號B23Q5/00GK1258242SQ98805603
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 申請人:英格索爾-蘭德公司