整体锁紧套管卡盘 【发明背景】
本发明一般涉及一种用于钻具或者电动或气动动力驱动器的卡盘。特别是，本发明涉及一种无键型卡盘，该卡盘能够通过手动或者驱动马达的启动而夹紧或者放松。
手动和电动或气动工具驱动器是公知的。尽管麻花钻是这种驱动器上的最普通的工具，这些工具也可以包括螺纹驱动器、螺母驱动器、磨盘、装配磨石和其它切割或磨削工具。由于这些工具带有直径不同或者多角截面形状不同的柄，所以这种装置通常应带有能够在相对宽的范围内加以调整的卡盘。该卡盘可以通过螺纹或者锥形孔安装到驱动器上。
在已知技术中，已开发了多种卡盘。在一种倾斜夹爪卡盘中，主体元件包括三个大约相互隔开120度的通道。该通道这样设置，即它们的中心线在卡盘前方处与卡盘轴线相交于一点。这些通道约束那三个可在通道内移动的夹爪，使它们能够夹住大致沿卡盘中心轴线设置的圆柱形工具柄。该卡盘包括一个绕卡盘中心旋转并与夹爪上的螺纹啮合的螺母，使得当螺母旋转时，夹爪可在通道内向任一方向移动。主体元件安装在驱动器的驱动轴上并构造成如下形式，即当主体元件相对于螺母在一个方向上转动时，会迫使夹爪夹住工具柄，而在相反的方向上转动时，会释放工具柄。如果卡盘通过手动旋转，则该卡盘可制成无键形式。这种卡盘的一个实例已在名称为“无冲击的无键卡盘”的美国专利第5,125,673中公开，该专利以普通方式转让给本受让人，其全部公开内容作为参考文献包括在本文中。已有技术中还知道多种其它结构的无键卡盘，它们适用于多种场合。
发明概述
本发明将通过下述内容实现发明构思并克服已有技术所述的结构和方法地缺点。
因此，本发明的目的是提供一种改进的卡盘。
本发明的另一个目的是提供一种卡盘，其带有旋转套管和安装在套管上的第二保持机构，当卡盘失效时，以防套管发生向前的轴向移动而超过卡盘主体。
通过提供一种用于手动或电动驱动器的卡盘，将实现本发明的上述和其它目的，所述驱动器具有旋转驱动轴。该卡盘包括一个通常呈圆柱形的主体元件，它具有一个前伸部分和一个后部。所述后部上制有一个轴向孔以与驱动器的驱动轴配合。一个通常呈圆柱形的套管套在主体元件的前伸部分。有一个主保持机构与套管和主体元件啮合，以可操作地防止套管相对于主体发生向前的轴向移动。第二保持机构安装在套管上，使得如果主保持机构失效了，仍能防止套管相对于主体发生向前的轴向移动，而第二保持机构与主体啮合，以防止套管在啮合后相对于主体发生向前的轴向移动。
在最佳实施例中，主体的前伸部分包括一个绕其外表面的环形凸缘。第二保持机构包括一个从套管沿径向向内延伸到环形凸缘的外径内的唇部。该唇部构造成如下形式，即它在一个方向上具有弹性，而在另一个方向上是刚性的。这样，在最佳实施例中，唇部沿径向向内延伸并相对于卡盘主体沿轴向向前延伸。当套管安装到卡盘上时，唇部的后部斜面在上述环形凸缘上拉动，使唇部在径向上变形并通过环形凸缘。
当套管位于主体上的操作位置时，唇部轴向位于环形凸缘前方并不与该凸缘啮合。套管通过主保持机构相对于主体元件可操作地保持定位。在一个最佳实施例中，卡盘包括一个通过按压在主体上的保持锥体而保持在主体一定位置上的螺母。该套管例如通过压配而安装在螺母上。因此，主保持机构包括保持锥体和螺母。
在卡盘保持操作状态的同时，保持锥体和螺母使套管相对于主体定位。在这种状态下，前唇并不与环形凸缘啮合。如果卡盘失效，比如在套管、螺母、保持锥体和/或主体之间发生脱离啮合的情况，又如套管沿轴向向前移动时，前唇与环形凸缘啮合，使套管在靠近主体的位置上定位。因此，这种结构能够防止卡盘因在高速旋转时失效而使套管完全脱离卡盘的情况发生。
下面将详细讨论本发明的其它目的、特征和有关方面。
附图简要说明
在本说明书的剩余部分，将参考附图，对本发明包括最佳实施例，对本领域普通技术人员进行详细和尽可能地公开，其中：
图1是根据本发明的一个实施例所述的卡盘的纵向局部剖视图；
图2是根据本发明的一个实施例所述的卡盘的纵向局部剖视图；和
图3是根据图1实施例所示的卡盘的分解图。
在本发明的说明书和附图中，重复使用的序号代表本发明相同或者相似的部件或者元件。
最佳实施例的详细描述
下面将对本发明的最佳实施例进行详细描述，附图中显示了本发明的一个或者多个实施例。每个实施例都仅是对本发明的解释说明，而不是对本发明的限制。实际上。对本领域的技术人员来说，很明显在不脱离本发明的范围或者精神的情况下，可以对本发明做出多种改进和变形。因此，在一个实施例的某部分中描述或者表示的特征也可以用于其它实施例，以产生更多的实施例。因此，应该理解到本发明覆盖了在所附的权利要求及其等同物范围内的多种变形和改进型式。
参见附图1和3所示的最佳实施例，图中表示了一个根据本发明所述的卡盘10。卡盘10包括一个套管元件12、一个主体元件16和夹爪18。主体元件16通常呈圆柱形，并包括一个前伸部分或者前部20和一个尾部或者后部22。在前伸部分20中制有一个轴向孔24，该孔比卡盘将要夹持的最大工具柄要大一些。在尾部22中制有螺纹孔26，该孔具有标准尺寸，以与动力或者手动驱动器(未表示)的驱动轴相配。孔24和26可在主体元件16的中心区域28相通。尽管图中表示了螺纹孔26，但是该孔也可以用具有标准尺寸的、能够与锥形驱动轴相配的锥形孔所替代。
在主体元件16内制有通道30以容纳每个夹爪18。这里采用了三个夹爪18，并且每个夹爪18以大约120度的弧度与相邻的夹爪隔开。通道30和夹爪18的轴线相对于卡盘轴线成一角度，并在卡盘主体16前面的公共点处与卡盘轴线相交。每个夹爪18具有一个工具啮合面32，该面通常平行于卡盘主体16的轴线，而在相反的一面或者外表面上制有螺纹34。螺纹34可以制成任何适当的形式以及节距。
如图1和3所示，主体元件16包括一个推力环元件36，在最佳实施例中，该环可以与主体制成一体。在一个替换实施例中，推力环36与主体元件可以是分离的元件。推力环36还可包括一个凸缘部分38以接收轴承装置39。推力环36的外圆周上包括多个夹爪导槽42，以允许夹爪18穿过该导槽42缩回。
在图2所示的最佳实施例中，主体元件16包括一个后圆柱部分22，它具有带刻纹的表面26，用于在需要时接收能够压在其上的可选择的后部套管14。应该理解到，后部套管14也可以在没有刻纹的情况下通过压配定位或者采用键定位。也可以通过卷边、打销钉、铆接、螺纹连接或者其它适当的固定方式将套管定位。
再次参见图1和3，卡盘10包括一个螺母48，在最佳实施例中，该螺母48是单件螺母，并包括与夹爪18上的螺纹34啮合的螺纹50。螺母48绕主体定位并与夹爪螺纹啮合，这样，当螺母相对于主体16旋转时，夹爪将前进或者缩回。螺母48的外表面可带有刻纹，这样，螺母可以在52处与套管12压配，因此，当套管12转动时，螺母48将随之一起转动而移动夹爪。
套管12的外圆周面可带有刻纹或者带有纵向的肋条或其它凸起，以使操作者能够牢牢地抓住它。类似地，如果需要，后部套管14(图2)的圆周面也可以制有刻纹或者肋条。前、后套管可以用聚碳酸酯、填充的聚丙烯，例如玻璃填充聚丙烯等工程塑料或其混合物制成。在某些场合下，其它合成材料，例如石墨填充聚合物也是适合的。对于本领域的技术人员来说，应该理解到，制造本发明卡盘的材料取决于卡盘的最终用途，上述说明仅是示例性的。
应该理解到，后套管元件14(图2)固定到主体16上，而前套管元件12可操作地与螺母48相连并相对于主体元件轴向固定，使之能相对于主体元件旋转。由于夹爪18上的螺纹34和螺母48上的螺纹50相互作用，使前后套管元件12和14相对运动，这又会使夹爪18根据相对运动的方向而前进和后退。
如上所述，后部套管14(图2)通过在46处的压配而固定到主体16上。如图1-3所示，前套管12通过螺母48和保持环54相对于主体元件轴向固定。如上所述，套管12在52处压在螺母48上。在一个最佳实施例中，螺母48包括按压在套管12上的肋条表面56。保持环54是一个环形圆锥体，它压在主体元件16的前部20上并在58处与螺母48啮合。这样，圆锥体54和螺母48将套管12沿轴向相对于主体元件固定。在工作状态，它们能防止套管沿轴向向前移动。
如果卡盘10失效，则圆锥体54和/或螺母48失效以防止套管沿轴向向前移动，第二保持机构仍使套管12大致环绕在主体16上。
在图示的实施例中。第二保持机构包括一个环形唇60，它靠近套管12的开口端62。唇60从套管12沿径向向内延伸并沿轴向向着开口端62向前延伸。如图所示，唇60可以与套管12制成一体。由唇60形成的开口的直径小于主体60的前部20的外径。当套管安装在主体上时，随着前部20接触唇的倾斜内部或后部表面，唇60向前定位使唇变形。在前部20上制有槽64，当套管12安装到主体上而处于其工作位置时接收唇60。当套管位于其工作位置时，槽64形成了与唇60相对的凸缘66。
当套管12位于其工作位置时，唇60并不与凸缘66啮合。如果卡盘失效，或者如果套管12沿轴向相对于主体向前移动，唇60将与凸缘66啮合，以使套管12位于环绕主体的位置上。
凸缘66可以构造成多种形式。例如，它不必完全绕主体延伸，而是可以形成间隙。另外，它也不必制成主体元件的一部分。
尽管图中表示了由螺母驱动的倾斜夹爪卡盘，应该理解到本发明也可采用其它任一适当形式的卡盘。另外，在另一种螺母驱动的设计方案中，可采用开口螺母。例如，该开口螺母可以设置在主体上的槽中，并利用环绕其外圆周的条带或者套管来使它们保持在一起。套管元件可以压在条带上，或者用其它适当的机构固定到螺母或者主体上。另外，应该理解到本发明可以采用任何适当的机构来将套管固定到主体上使之处于工作状态。
尽管上面的描述是针对无键型卡盘来说的，但是，应该理解到本发明的原理也同样适应于带键的卡盘，这也落入本发明的范围。
在不脱离本发明、特别是所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对本发明做出上述以及其它多种改进和变形。另外，应该理解到，不同实施例的各方面可以整体地或者部分地交换。而且，本领域的普通技术人员应该理解到上面的描述仅是示例性的，并不是对权利要求所述的本发明的限制。