可在冲击模式或钻孔模式下操作的旋转动力工具 【技术领域】
本发明涉及冲击驱动器，所述冲击驱动器是一种在高扭矩驱动应用中使用的旋转动力工具。在这些工具中，扭矩脉冲通过安装在驱动轴和输出轴之间的锤具和砧座装置产生。
背景技术
美国专利文献No.2006/0237205A1中披露了一种典型的装置。驱动轴联接至锤具，使得驱动轴的旋转通常使锤具转动。锤具与砧座接触，而砧座与输出轴是一体的。当输出轴遇到小阻力时，砧座与锤具一起旋转。当遇到大的旋转阻力时，砧座可能变慢或完全停止。然而，锤具到驱动轴的联接使得锤具将反复地从砧座移开，然后以增大的速度旋转前进以撞击砧座并提供扭矩脉冲，驱动轴每回转一圈这种冲击便发生两次。
由于其可能损坏不适合高扭矩脉冲的螺钉或钻头，因此通常认为冲击驱动器不适合低扭矩应用，并且典型的用户通常不得不随身携带用于这些目的的更常规的钻具。由于所述装置以非常相似的方式操作，所以必须购买、维护和使用一个工具足以应付的两个不同的工具显得非常地不期望。这样一来，提供不同操作模式的多功能驱动器便变得常见。现有混合设计的缺点在于，由于壳体必须容置用于实现所有模式的器具，所以它们体积巨大并且/或者沉重。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种可在冲击模式或钻孔模式下操作的旋转动力工具，该旋转动力工具避免了现有技术的缺点。本发明的旋转工具设置有位于第一位置或第二位置的阻挡元件，在第一位置中该阻挡元件阻挡锤具沿所述工具的旋转轴线轴向运动，在第二位置中该阻挡元件允许锤具沿所述工具的旋转轴线轴向运动，这决定了所述工具是在钻孔模式还是冲击模式下操作。由于阻挡元件由驱动轴支撑，本发明的旋转工具的优点是，与现有技术相比，阻挡元件可以非常紧凑，几乎不需要加大变速箱的箱体，并且能够使该工具的整个壳体更加紧凑。还有利的是，阻挡元件可能比现有技术的方案更轻，因此几乎不会为该工具增加额外的重量。
阻挡元件可通过相对于驱动轴沿轴向或径向运动而在第一位置和第二位置之间运动。在某些情况下，阻挡元件可布置在驱动轴中的径向腔内。将阻挡元件布置在驱动轴的径向腔内的进一步的优点是，驱动轴可帮助支撑阻挡元件遇到的轴向负载，从而无需为了实现该功能而设计额外的元件。与设置用于使工具在不同的相应模式下操作的独立的同轴的驱动轴相比，这些方案是用于确定工具操作模式的更简单、更紧凑的方式。
通过锤具的一部分而不是使用附加部分或结构来保持阻挡元件是一种简单且节约成本的方案，因为无需构造或定位用于保持阻挡元件的额外器具。
阻挡元件的位置调节可通过在驱动轴中的轴向腔内行进的滑动构件的运动来实现。这是有利的，因为这种布置不需要工具中具有用于容置滑动构件的额外空间。与实心驱动轴相比，有利的是该工具比替代方案更轻。再者，同一滑动构件中的凹座为滑动构件提供了与阻挡元件相互作用以便确定阻挡元件位于第一位置还是第二位置的简单且成本低廉的方式。
通过设置与滑动构件相互作用的偏置构件来确定滑动构件默认地位于第一滑动位置还是第二滑动位置是一种简单的方案。在用户调节滑动构件离开其默认位置方面，该工具有利地设置有调节构件，例如可旋转的套管，用户可直观地使用该调节构件以便在滑动构件的不同位置之间进行选择，并因此在不同的操作模式之间进行选择。同样地，用户能够在不拆卸工具的情况下进行模式调节。将可旋转的套管提供的模式选择功能与其它功能例如驱动轴旋转速度的调节进行结合是比较简单和经济的。
模式切换功能也可以在用于动力工具的独立附件中实施。用户可有利地将这种附件用于不具有冲击功能的旋转工具上，并且在不移除该附件的情况下仍然保留传统的钻孔功能。
【附图说明】
图1是根据本发明的冲击驱动器的示意性侧视图。
图2是沿图4中的剖切线B‑B的冲击模式下的冲击驱动器的一部分的截面图。
图3是沿图2中的剖切线A‑A的冲击模式下的冲击驱动器的一部分的截面图。
图4是冲击模式下的冲击驱动器的壳体的一部分的侧视图。
图5是冲击驱动器的内部机构的分解透视图。
图6是沿图8中的剖切线C‑C的钻孔模式下的冲击驱动器的一部分的截面图。
图7是沿图6中的剖切线D‑D的钻孔模式下的冲击驱动器的一部分的截面图。
图8是钻孔模式下的冲击驱动器的壳体的一部分的侧视图。
图9是与图6中的截面图相当的冲击驱动器的替代实施方式的示意图。
图10是与图6中的截面图相当的冲击驱动器的另一替代实施方式的示意图。
图11是与图6中的截面图相当的示意图，该示意图是冲击模式下的冲击驱动器的又一替代实施方式的视图。
图12是与图6中的截面图相当的示意图，该示意图是钻孔模式下的冲击驱动器的图11中实施方式的视图。
【具体实施方式】
图1示出了根据本发明的旋转工具的示例。冲击驱动器2的壳体1内设置有马达4和相关的马达轴6。马达轴6的旋转通过变速箱8中的各种减速行星齿轮被转换以便使驱动轴10旋转。该工具设置有手柄12和触发器14，使得用户可以方便地操作该工具。电池16提供直流电源，但交流电源也是标准的替代方案。
冲击驱动器2可以在至少两个不同的模式即冲击模式和钻孔模式下操作，尽管其可以在更多的模式下操作。在冲击模式下，该工具像常规的冲击驱动器一样操作，在需要高扭矩时为输出轴提供间歇性冲击。如下文将要描述的，在钻孔模式下冲击功能被关闭，该工具的操作方式更像标准的钻具/驱动器。代表优选实施方式的相当的冲击驱动器2在图2‑4中示出并构造成用于在冲击模式下操作。
图2的截面图示出了冲击驱动器2的内部工作原理。驱动轴10联接至但不是直接附接至锤具18，从而驱动轴10的运动通过两个球20进行传递以便使锤具18运动。只要能够允许锤具18如将要描述地提供冲击功能，也可以使用其它联接。两个球20中的每个被置于两个V形凹槽22中的一个内(在图5中最佳地示出)，V形凹槽22设置在驱动轴10中，并且每个球还与锤具18中的两个对应的内凸轮面24中的一个配合。这些内凸轮面24也是V形的，该V形定向为与V形凹槽22的V形的方向相反。由于锤具18在弹簧26的作用下沿图2中的箭头X标示的方向偏置，所以每个球20在抵靠内凸轮面24的情况下被凹槽22楔入，使得驱动轴10和锤具18被有效地联接起来。当需要低扭矩时，驱动轴10的旋转直接转换为锤具18的旋转。
锤具18的下游设置有砧座28，砧座28包括两个臂30和毗连的输出轴32。输出轴32从工具的工作端突起并可设置有任何数目的联接元件(图中总的以34示出)，作为用于紧固钻头或套筒扳手或类似物的器具。在旋转阻力最小的情况下，锤具18上的两个突起36中的每个被定位在砧座臂30附近，在该位置其可以传递扭矩，使得当锤具18旋转时砧座28和输出轴32也旋转。然而，当遇到较大阻力时，例如当驱动木螺钉或拧松冻结的螺栓时，砧座28的旋转可能变慢或完全停止。
如果使砧座28运动所需的扭矩超过锤具18上的弹簧力，则驱动轴10的旋转会使球20在V形凹槽22中运动，该运动在锤具18的内凸轮面24上提供凸轮动作。这样一来，锤具18克服弹簧26的力沿工具的旋转轴线37在图2中的方向Y上轴向运动。
由于砧座28不能轴向运动，所以该运动使突起36离开砧座臂30，从而使锤具18再次自由旋转。弹簧26的力和来自驱动轴10的扭矩使锤具18沿轴向和旋转方向加速。部分地由锤具18与在V形凹槽22中行进的球20的联接来引导，锤具18的每个突起36撞击与刚才脱离的砧座臂相对的砧座臂30。加速的锤具18的质量为砧座28提供增大的扭矩脉冲以克服阻力。如果输出轴32仍然不转动，则驱动轴10每回转一圈该过程便重复两次。
V形凹槽22定位成使得它们的形状关于工具的旋转轴线37对称，从而不管驱动轴10的旋转方向如何，冲击模式都可以相似的方式操作，进而使该工具能够在需要高扭矩时用于收紧和放松。
驱动轴10设置有成对的径向腔38，球40设置在径向腔38内。两个腔38和两个球40是优选的，但是一个、三个、四个或更多个腔38和球40的组合也是可行的，只要所述腔在驱动轴10中形成的穿孔不危害驱动轴10的结构整体性。在所有情况下优选的是，腔38和球40围绕驱动轴10的圆周对称地布置。
图6‑8中示出的冲击驱动器2构造成在钻孔模式下操作。如图6中最佳地示出的，当该冲击驱动器处于钻孔模式下时球40用作阻挡元件。由于球40延伸到驱动轴10的直径之外，所以锤具18不能沿该工具的旋转轴线37在方向Y上轴向运动，因此冲击机构被关闭。应该注意，该阻挡机构非常结实，这是因为球40由驱动轴10中的径向腔38的壁轴向地支撑，因此能够承受由锤具18施加的高的轴向负载。
在冲击模式(图2)和钻孔模式(图6)下，锤具18的内周的后部41延伸到从径向腔28径向延伸的区域中，从而有效地保持住球40。作为替代方案，驱动轴10可设置有笼结构以便保持球40。在每个径向腔38的另一端，每个球40由滑动构件42保持，滑动构件42能够在驱动轴10中的轴向腔44内运动。在轴向腔44的一端，设置有弹簧46，弹簧46用作沿方向Y迫压滑动构件42的偏置构件。作为替代方案，该偏置力可由弹性材料件提供。
轴向腔44的横截面形状对其功能而言不重要，因此其横截面可以是多边形或圆形的，尽管总体上为圆柱形的形状是优选的。滑动构件42的横截面形状也可以是多边形或圆形的，但优选的形状也是圆柱形，使得在没有其它连接的情况下其可以在轴向腔44内自由旋转和滑动。轴向腔44和滑动构件42的总体横截面形状优选地应该基本相似，使得滑动构件42以最小的摩擦阻力在轴向腔44内自由地轴向滑动。相对宽度也应该紧密匹配，从而使滑动构件42不会偏离总体轴向的定向。
尽管优选的滑动构件42的尺寸是轴向尺寸比径向尺寸长，但是只要滑动构件42满足下面的说明中提供的结构特点，其它尺寸和形状也是可行的。
滑动构件42设置有周向凹槽48，周向凹槽48与球40在形状上互补。当该工具在冲击模式下操作时(图2‑4)，每个球40被接收在凹槽48中，因此其能够被完全容纳在驱动轴10的直径内。这样一来，锤具18便能够沿方向Y运动。如将要描述的，相对于在钻孔模式下的位置，每个球40已经相对于驱动轴10沿径向运动，这在用于调节滑动构件42的器具已经接合时是可行的，该器具克服滑动构件42上的弹簧46的偏置力。
尽管周向凹槽48是优选的，但作为替代方案，滑动构件42也可以设置有一个或多个凹座。这些凹座可以是彼此独立的凹座，每个凹座用于独立地与一个球40配合，或者可设置一个或多个能够容纳一个以上球40的较大的凹座。凹槽48可以被认为是用于容纳一个或多个球40的一个或多个凹座。但是其进一步的优点是，不考虑滑动构件42相对于径向腔38的任何轴向旋转，一个凹座用于接收一个球40。然而，在滑动构件不能以此方式自由旋转的替代实施方式中，分离的凹座是周向凹槽48的合理替代方案。
尽管阻挡元件的优选形状是可与滑动构件42中的凹槽48相互作用的球40，其它成对的互补形状也是可行的。阻挡元件也可以是立方体、圆柱体、矩形柱体、多面体或者甚至是不规则形状。在这些情况下，滑动构件42构造成具有互补形状以容置这些阻挡元件。然而，优选地，锤具18的后部41或阻挡元件的突起到驱动轴10的外径之外的突起部分49应该以如下方式构造，使得锤具18沿方向Y的运动使后部41迫压阻挡元件以使其朝该工具的旋转轴线37向内运动，从而使其与滑动构件42在可以接合时进行接合。图9和10示出了两个这种装置的示例。
在没有下文中将要描述的调节器具的情况下，滑动构件42在弹簧46的作用下被偏置，使得其位于图6中示出的位置。在这些情况下，球40不能进入凹槽48中，因此它们在滑动构件42的作用下被移动，使得它们从驱动轴10的外周向外突起。这有效地阻止了锤具18沿方向Y行进。这样一来，冲击驱动器便在钻孔模式(图6‑8)下工作。
现在将描述可用于方便地在这两个模式之间切换的调节器具。然而，只要能够提供使滑动构件42从图6中的相对于驱动轴10的位置运动到其在图2中的位置的手段，也可以设计出其它方法。
滑动构件42可通过调节器具触及，调节器具优选的是位于滑动构件42中的通孔52中的销50。销50的每个端部54穿过驱动轴10中的两个狭槽56中的一个。狭槽56的形状设置成允许销的端部54轴向运动，但是不能相对于驱动轴10旋转。在具有这种构造的情况下，滑动构件42也被限制而不能旋转，并且如上文论述的，这与上面的凹座的设置有关。狭槽形状不是必须的，并且也可以采用诸如圆形腔的具有替代形状的径向腔，这些腔允许销的端部54旋转。
销50比垫圈58的内径长(见图5)，因此销的端部在弹簧46的力的作用下置靠在垫圈58的表面上。该工具中有垫圈58的沿轴向运动的空间(比较图2与图6)。垫圈58设置有两个臂60，尽管也可以设置一个、三个、或者四个或更多个臂。臂60与可由用户旋转的套管62相互作用，套管62安装到工具壳体1的变速箱8附近的外表面上。
更具体地说，弹簧46的偏置力通过滑动构件42传递到销50、然后传递到垫圈58，使得垫圈的臂60在钻孔模式下被压向套管62上的成对的表面64。为了切换到冲击模式，用户旋转套管62，使得垫圈的臂60沿凸轮面66穿过从而抵抗来自弹簧46的力。在这种情况下，臂60被压向成对的表面68。尽管在优选实施方式中表面64、66和68位于套管的外表面上，但它们也可以是如狭槽70所示的封闭狭槽。
尽管销50包括用于调节滑动构件42的位置的调节器具，垫圈58(通过销50工作)和套管62(通过垫圈58和销50工作)也可被看作调节器具。
应该理解的是，与滑动构件42相互作用的许多元件的设置可以是相反的。例如，可通过将偏置构件安装在不同位置或者通过使用拉伸弹簧而不是压缩弹簧来将弹簧46设置成沿方向X迫压滑动构件，而不是沿方向Y迫压滑动构件42。在实施这种替代方案时，可以镜像方式定向套管62的表面64、66和68。例如，它们可被设置在套管的背向工具的工作端的表面上，以便在垫圈的臂上提供适当的力从而克服弹簧46施加在滑动构件42上的力。
并且，根据周向凹槽48或凹座在滑动构件42上的位置，当滑动构件42沿方向Y被迫压时，球40可被凹槽48接收并且该工具在冲击模式下操作；当旋转套管62被用于沿方向X迫压滑动构件42时，所述球没有被凹槽接收并且工具在钻孔模式下操作。
可旋转的套管62可同时用于控制其它功能，例如通过使用套管62中的狭槽70中的第二凸轮面72。另外的功能的示例是可变速度调节。例如联接到套管62中的狭槽70的销可连接至变速箱8中的齿轮之一。销沿套管62的凸轮面72的运动使该齿轮与其它齿轮接合和脱开，作为用于在马达4和驱动轴10之间提供不同的行星齿轮减速量并因此给该工具提供替代性的旋转速度的方式。
通过改变凸轮面66或72的位置或者通过设置沿相反方向工作的其它凸轮面，可旋转的套管62可在特定的旋转位置具有特定的功能组合。
应该理解的是，可设置具有替代形状的调节器具，以代替优选实施方式中的销50。替代设计包括矩形构件、具有非均匀宽度的销或多边形、弧形构件或不规则形状的构件。这些替代设计的形状不重要，只要在滑动构件42被移动时所述调节器具能够运动、穿过驱动轴10中的至少一个腔并且能够将力传递给垫圈58和从垫圈58接收力。
图11和12示出了优选实施方式的球40和滑动构件42的功能被组合在其中的替代实施方式。该代表性实施方式中的阻挡元件是杆74，杆74与驱动轴10直接相邻并且构造成能够以可滑动方式被调节到两个位置中的每个。如在优选实施方式中一样，所述位置可经由销76的运动来选择或者通过如前所述连接至垫圈58和可旋转的套管62的相当的调节器具来选择。可以设置一个以上的杆74，多个杆74优选地对称布置，因此它们与同一个销76配合。作为杆74的替代方案，完全环绕驱动轴10的某些部分的套管结构可以以类似的方式工作。在图11中，杆74被布置成通过套管62的旋转使得其不阻挡锤具18的运动，因此工具在冲击模式下操作。在图12中，杆74阻挡锤具18的运动，因此工具在钻孔模式下操作。在这些模式之间进行切换时，杆74相对于驱动轴10轴向运动。
在本文描述的每个实施方式中，阻挡元件以某种方式由驱动轴10支撑。例如，当使用球40或相关替代物时，它们位于设置在驱动轴10中的径向腔38内，因此它们由驱动轴10支撑。杆74及相关变型旨在相对于驱动轴10运动，但是运动路径在驱动轴10上、沿着驱动轴10以及邻近驱动轴10。换句话说，杆74没有与驱动轴10分离并且由其支撑，因为其总是非常靠近驱动轴10，并且优选地通过调节器具与驱动轴10连接。
虽然代表性的实施方式描述了用于在冲击模式和钻孔模式之间切换的机制，还应该理解的是，如上文所述的对锤具18前进的阻挡可用于实现其它目的。例如，如果相当的工具设置有由类似的锤具装置引起的连续打击模式，则本系统也可用于激活和关闭该模式。
上文描述的各种实施方式和替代设计可以是旋转工具的固有特征，或者作为替代方案，所描述的功能构件可包括用于不具有冲击功能的旋转动力工具的可选附件的构件。例如美国专利No.5992538中披露了用于将这些功能划分到独立附件中的方式。这种附件看起来与图4中示出的冲击驱动器2的一部分相似，尽管其进一步构造成与钻具/驱动器的工作端接合。