CN107443282A - 具有棘轮机构的扳手 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种棘轮扳手,包括:具有圆柱形孔和中心轴线的环形棘轮头;手柄;具有保持在所述圆柱形孔内以绕中心轴线旋转的旋转轴线(W‑W)的驱动构件(26);以及带齿棘爪(42);绕圆柱形孔或驱动构件布置的直棘轮齿的圆柱形阵列;以及被布置成支撑棘爪的棘爪凹槽(36);棘爪可与棘轮齿啮合接合,以将手柄在第一方向上的旋转传递到绕旋转轴线的驱动构件;或者棘爪可与棘轮齿脱离,以使所述手柄绕第二方向上的旋转与驱动构件去耦合。用于凹槽中的棘爪的支撑件或支撑部分(37a,37b,46,48,50)成形为适应中心轴线和旋转轴线之间的发散。

Description

具有棘轮机构的扳手
技术领域
本发明涉及具有棘轮机构的扳手。本发明特别涉及一种用于棘轮机构的棘爪。
背景技术
具有棘轮机构的扳手通常包括头部,从该头部延伸出手柄。头部形成有内圆柱形孔(bore)。该孔容纳同轴定位的驱动构件,该驱动构件可相对于头部绕公共轴线自由旋转。驱动构件被轴向保持到主体。从驱动构件延伸出用于与插座或类似附件工具接合的驱动主轴(spindle)。
驱动元件可适于接收带齿棘爪(toothed pawl)。根据为棘爪选择的操作位置,带齿棘爪的相对端可以交替地啮合,齿布置在孔的内圆柱形表面周围。由手柄施加到头部的扭矩在旋转的一个方向,例如在顺时针方向上,被传递到驱动构件,而在逆时针旋转方向上,棘爪和孔齿可彼此滑动而不彼此啮合。棘爪可以通过开关元件保持在其操作位置。替换地,开关元件可以将棘爪移动到操作位置,其中由手柄施加到头部的扭矩沿逆时针方向传递到驱动构件,而在顺时针旋转方向上,棘爪和齿可以在彼此之上滑动不相互啮合。
具有类似棘轮机构的扳手有利地节省了努力并且已使用多年。美国专利公开No.3,677,102公开了一种这样的扳手。虽然这种扳手可适用于高扭矩的应用,但是由常规使用引起的扭转可能导致其内部部件的不对准,并且随着时间的推移可能导致过早磨损。
美国专利公开No.US 2006/0027049承认这些潜在的缺点。它公开了一种包括棘轮机构的扳手,其中头部形成有内部圆柱形平滑孔。该孔容纳形式为环的同轴定位的驱动构件,环的外圆周上具有齿,环还具有用于与螺母,螺栓或螺钉接合的内轮廓。驱动构件可相对于头部绕公共轴线自由旋转。驱动构件被轴向保持到主体。
主体适于接收带齿棘爪。当棘爪处于其操作位置时,带齿棘爪的端部可以与带齿驱动构件啮合。从其上侧观察,由手柄施加到头部的扭矩以顺时针方向传递到驱动构件,而在逆时针旋转方向上,棘爪和孔齿可彼此滑动而不彼此啮合。棘爪通过弹簧元件朝向其操作位置偏置。棘轮机构的操作可以通过翻转头部来反转,使得驱动构件的下侧在螺母,螺栓或螺钉上最高。
齿在轴向方向上不从驱动构件的顶部直线延伸到底部。相反,驱动构件的外圆周是凹弧形的,并且它的齿沿着向内的曲线在环形驱动构件的顶部和底部之间轴向延伸。驱动构件齿朝向其顶部和底部边缘向外弯曲。棘爪齿形成为相应的凸弧形,使得棘爪齿在轴向方向上在棘爪的顶部和底部之间沿向外的曲线延伸以与驱动构件齿啮合。
由凹弧形驱动构件齿所限定的弧的半径等于或略大于由凸弧形棘爪齿所限定的弧的半径。这允许在驱动构件和棘爪齿的对准中的制造公差的影响,以及允许在高扭矩负载下驱动构件相对于扳手主体的扭转变形的影响。与直齿相比,弓形齿可能制造起来更加复杂。这种额外的复杂性可能增加成本。
发明内容
本发明提供一种棘轮扳手10,包括:环形棘轮头16,所述环形棘轮头16具有圆柱形孔18,所述圆柱形孔18具有中心轴线V-V;耦合到所述棘轮头16以随之运动的手柄14;驱动构件26,所述驱动构件26具有旋转轴线W-W,被保持在所述圆柱形孔内,并可绕所述中心轴线V-V旋转;带齿棘爪42;棘轮齿阵列,所述棘轮齿阵列包括多个绕所述圆柱形孔或所述驱动构件之一以圆柱形阵列布置并且平行于所述轴线V-V,W-W的直棘轮齿20;以及棘爪凹槽36,所述棘爪凹槽36布置成用以支撑所述棘爪42,使得:当棘爪与所述棘轮齿啮合接合时,将所述手柄绕所述中心轴线V-V在第一方向CW,CCW上的旋转传递到绕所述旋转轴线W-W的所述驱动构件;或者当棘爪与所述棘轮齿脱离时,将所述手柄绕所述中心轴线V-V在与第一方向相反的第二方向CCW,CW上的旋转与所述驱动构件去耦合或解除耦合;所述凹槽36中的所述棘爪42的支撑部分37a,37b,46,48,50的成形或构形为使其可以容纳(accommodate)(亦即是接纳或迁就)所述中心轴线V-V和所述旋转轴线W-W之间的差异或分岐(divergence)。
支撑件或支撑部分37a,37b,46,48,50可以是弯曲的形状,或具有基本上弯曲的轮廓,这对于模制,机械加工或烧结制造工艺是相对常规的。有利地,其允许使用直的棘爪和棘轮齿,同时还允许棘爪和驱动构件之间的一定程度的相对运动。这可以补偿可能导致驱动构件的旋转轴线与棘轮头的中心轴线之间的未对准的任何几何制造不精确性和/或驱动构件的倾斜运动。一方面这可以减小在棘轮和棘爪齿之间的界面处的磨损,另一方面这可以减少在棘爪和棘爪凹槽之间的界面处的磨损,同时保持棘轮扳手的令人满意的棘***作。
棘爪42包括前棘爪表面44,后棘爪表面46,棘爪一侧(第一侧)端面74和另一个侧(第二侧)端面76。在一些实施例,例如本实施例中,所述后棘爪表面46为拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状、穹顶状或凸弧形)。后棘爪表面46在棘爪42的頂端面48和底端面50之间以拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状、穹顶状或凸弧形)延伸。换言之,拱形的后棘爪表面46将棘爪42的頂端面48和底端面50连接起來。后棘爪表面46在棘爪42的一个侧端面74和另一个侧端面76之间以拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状、穹顶状或凸弧形)延伸。后棘爪表面46紧靠棘爪凹槽36与旋转轴线W-W平行的平面凹槽背部37a。在本实施例中,所述后棘爪表面46包括一对中央的后棘爪颊46a,46b和一对外侧的后棘爪颊46c,46d。邻接的后棘爪颊46a,46b,46c,46d可以平滑或连续凸弧曲线连接或具有交接角度,但整体上为拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状、穹顶状或凸弧形)。操作时,棘爪42可在凹槽背部37a表面上摆动以达到容纳(accommodate)(亦即是接纳或迁就)所述中心轴线V-V和所述旋转轴线W-W之间的差异或分岐(divergence)的目的。
棘爪42包括棘爪上表面48和下表面50。下表面50为拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状(dome-shaped)、穹顶状或凸弧形)。上表面48亦可为拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状、穹顶状、或凸弧形)。在一些实施例,例如本实施例中,棘爪下表面50为拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状、穹顶状、或凸弧形)。棘爪下表面50在棘爪第一侧端面74和棘爪第二侧端面76之间以拱形(包括穹拱形、穹形、圆顶状、穹顶状或凸弧形)延伸。换言之,棘爪下表面50将棘爪第一侧端面74和棘爪第二侧端面76以拱形的表面连接起來。棘爪下表面50紧靠棘爪凹槽36与旋转轴线W-W垂直的平面凹槽座37b。操作时,棘爪下表面50可在凹槽37b表面上摆动以达到容纳(accommodate)(亦即是接纳或迁就)所述中心轴线V-V和所述旋转轴线W-W之间的差异或分岐(divergence)的目的。棘爪可包括用于与棘轮齿啮合接合的至少一个直棘爪齿。优选地,棘爪可包括用于与棘轮齿啮合接合的直棘爪齿的阵列。棘爪的多个齿增强了与棘轮齿的接合。优选地,棘爪齿的阵列限定具有与棘轮齿阵列的圆柱形阵列基本相同的半径的弧。棘爪齿和棘轮齿的阵列之间的相似性进一步增强了齿之间的接合。
优选地,用于支撑棘爪42的支撑部分包括在棘爪42或凹槽36中的一个上的平面表面37a,37b,以及在棘爪或凹槽中的另一个上具有基本上穹形的表面46,48,50。优选地,凹槽包括平面凹槽背部和被布置成基本上垂直于凹槽背部的平面凹槽座。这些是可以联合地或单独地有助于降低制造成本的常规形状。
优选地,驱动构件包括凹槽。作为其制造过程的一部分,凹槽可以被模制或机械加工到驱动构件中。
优选地,棘爪包括基本上穹形表面。作为其制造过程的一部分,穹形表面可以被模制或机械加工到棘爪上。优选地,穹形表面包括至少一个被布置成适应棘爪和凹槽之间的倾斜的至少部分凸弧形的棘爪表面。
优选地,至少一个至少部分凸弧形的棘爪表面包括具有部分平面的颊的部分凸弧形的后棘爪表面,其被布置成在垂直于旋转轴线的平面中稳定棘爪和棘轮齿之间的啮合接合。后棘爪颊的平面轮廓可以以积极地促进棘爪和棘轮齿之间的啮合接合的方式接触平面凹槽。后棘爪表面的非平面部分是凸弧形的。
优选地,至少一个棘爪表面包括在后棘爪表面和至少一个直的棘爪齿之间的凸弧形下棘爪表面。优选地,至少一个棘爪表面包括在棘爪相对于下棘爪表面的相对侧上的凸弧形上棘爪表面。凸弧形的下棘爪表面,凸弧形的上棘爪表面和/或后棘爪表面的非平面部分有助于适应中心轴线和旋转轴线之间的发散。
棘轮扳手可以是一种可逆棘轮扳手,其包括被耦合到棘爪的可手动操作的开关构件,用于棘爪在下列取向之间的取向选择:第一取向,其中,当手柄绕中心轴线在第一方向上旋转时,棘爪被布置成与棘轮齿啮合,从而将第一方向旋转传递到驱动构件,并且其中,当手柄在第二方向上绕中心轴线旋转时,棘爪被布置成越过棘轮齿,从而使驱动构件与手柄的第二方向旋转脱离;以及第二取向,其中,当手柄绕中心轴线在第二方向上旋转时,棘爪被布置成与棘轮齿啮合,从而将第二方向旋转传递到驱动构件,并且其中,当手柄绕中心轴线在第一方向上旋转时,棘爪被布置成越过棘轮齿,从而使驱动构件与手柄的第一方向旋转脱离。
优选地,孔由布置在开关构件和头部(环形棘轮头)之间的密封件密封。密封件提高了对污垢进入圆柱形孔的阻力,否则污垢进入圆柱形孔会随着时间损害性能。然而,密封件的弹性可允许驱动构件和头部之间的相对运动。有利地,适应中心轴线和旋转轴线之间的发散的能力可允许密封件的使用,而不损害棘轮扳手的令人满意的棘***作。
优选地,开关构件可释放地保持在棘爪的第一或第二取向中的任意一个中。这可以避免对棘爪的第一或第二取向的意外取消选择。
优选地,驱动构件包括用于连接到附件工具的驱动主轴。替换地,驱动构件可以是形状为围绕螺母或螺栓头的闭合环。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施例,在附图中:
图1示出了可逆棘轮扳手的分解斜视图;
图2示出了穿过图1的棘轮扳手的棘轮头的垂直横截面图;
图3示出了穿过垂直于图2的垂直横截面视图的棘轮头的垂直横截面图;
图4示出了穿过图3的棘轮头中的密封件的横截面图的细节IV;
图5示出了图2的棘轮头内部的斜视图;
图6A示出了布置成传递顺时针旋转的图2的棘轮头的内部的俯视图;
图6B示出了布置成传递逆时针旋转的图2的棘轮头的内部的俯视图;
图7示出了图2的棘轮头的驱动构件和棘爪的侧视图;
图8示出了图7的棘轮棘爪的棘爪齿阵列的斜视图;
图9示出了图7的棘轮棘爪的后棘爪表面的斜视图;
图10示出了棘爪齿阵列的正视图;
图11示出了棘轮棘爪的端部棘爪面的端视图;
图12是棘爪的俯视图,其中指示了后棘爪表面的部分的角度;
图13是具有所指示的尺寸的棘轮棘爪的侧视图;和
图14是具有所指示尺寸的棘轮棘爪的前正视图。
具体实施方式
在以下描述中使用的术语“后”,“前”,“上”,“下”,“顶部”和“底部”旨在表示如图1至14所示的含义。
参考图1至图7,示出了根据本发明的特征构造并实施本发明的特征的可逆棘轮扳手10。棘轮扳手10包括细长金属轴12。金属轴12的一端具有手柄14,在其另一相对端具有环形棘轮头16。修长的金属轴12具有沿着其长度纵向延伸的纵向轴线U-U。
手柄14包括围绕轴12的细长塑料或橡胶套筒,以供扳手10的使用者抓握。
棘轮头16与轴12为一体。棘轮头16具有与纵向轴线U-U相交的中心轴线V-V。在一些实施例,例如本实施例中,中心轴线V-V垂直于纵向轴线U-U。可替换地,中心轴线V-V可以相对于纵向轴线U-U以略小于90度倾斜,以使得手柄14能够倾斜离开工作表面并且允许使用者更好地取拾或使用。
棘轮头16上形成一个通过棘轮头16并与棘轮头16的中心轴线V-V同轴的大圆柱形孔18或扩大的圆柱形孔18。孔18的内表面限定了大体上圆柱形的腔19。孔18的圆柱形内表面上形成一个圆柱形的棘轮齿阵列。圆柱形的阵列包括多个棘轮齿20并以中心轴线V-V为圆柱形的圆柱中心轴线。多个棘轮齿20围绕中心轴线V-V以等角间隔间隔开布置以形成圆柱形阵列。在一些实施例,例如本实施例中,棘轮齿20为直棘齿。直棘齿的直齿尖(即直齿端)与中心轴线V-V平行。棘轮齿20在棘轮头16两个相对(或相反面向)的环形平面端面22,24之间沿直线延伸。两个环形端面22,24基本上垂直于中心轴线V-V和在不同的轴向(即V-V方向)水平。
同轴地被保持在孔18中的是一个驱动构件26。驱动构件26可绕中心轴线V-V相对于棘轮头16旋转。驱动构件26包括在驱动构件26的一个轴向下端处与其一体的方形驱动主轴28。驱动主轴28在驱动构件26的下端沿轴向向下突出,以使得驱动主轴28可与一个互补的被驱动的附件工具(未示出)(例如插座)互相接合以进行工作驱动。驱动构件26及其驱动主轴28都具有中心旋转轴线W-W。在正常工作状态下,驱动构件26和驱动主轴28与布置有驱动构件26的棘轮头16的中心轴线V-V同轴。驱动主轴28的一侧配备有可缩回的定位球或制动球29,该制动球被偏置以从驱动主轴28的一侧横向突出一小段距离,以技术人员熟知的方式与被驱动工具可移除地接合。
驱动构件26包括径向向外延伸的环形肩部30。环形肩部30具有大于圆形孔18的外径,使得环形肩部30面向棘轮头16的下端面24滑动。在一些实施例,例如本实施例中,环形肩部30紧贴棘轮头16的下端面24并可以相对下端面24滑动。环形肩部30与驱动构件26的旋转轴线W-W同轴。
驱动构件26包括上表面34,上表面34与驱动构件26一体,且位于与驱动主轴28的自由下端面相反或相对的另一轴向自由上端面。驱动构件26的尺寸使得当环形肩部30面向和靠贴棘轮头16的环形下端面24时,其上表面34从环形上端面22轴向向内设置,即上表面34在环形上端面22以下。
在驱动构件26的上表面34形成有棘爪凹槽36和销凹槽38。棘爪凹槽36在驱动构件26旋转轴线W-W的一侧(或称第一侧)并沿轴向朝向环形肩部部分地延伸。销凹槽38在旋转轴线W-W的另一侧(或称第二侧),第一侧和第二侧为旋转轴线W-W的直径相反侧。棘爪凹槽36包括平行于驱动构件26的中心轴线W-W的平面凹槽背部37a,以及与驱动构件26的旋转轴线W-W垂直的平面凹槽座37b。棘爪凹槽36在旋转轴线W-W的一侧通过平面凹槽背部37a和平面凹槽座37b与孔18的内表面配合形成。
在驱动构件26上表面34形成有凸头26a。中心轴线W-W通过凸头。凸头26a与孔18的内表面共同协作限定棘爪凹槽36和销凹槽38,而棘爪凹槽36和销凹槽38分别形成在凸头26a和在中心轴线W-W的两侧。凸头26a限定棘爪凹槽36的一侧形成轴向的凹槽背部37a和横向的平面凹槽背部37b。轴向的凹槽背部37a和横向的平面凹槽背部37b与孔18的内表面共同协作限定棘爪凹槽36。
销凹槽38形成在驱动构件26的上表面34,并在旋转轴线W-W的另一侧(即与棘爪凹槽36相对或相反的一侧,亦即旋转轴线W-W在棘爪凹槽36和销凹槽38之间)。在一些实施例中,销凹槽38较棘爪凹槽36浅。在驱动构件26的上表面34上也形成盲孔40。盲孔40在棘爪凹槽36和销凹槽38之间。盲孔40基本上与驱动构件26的旋转轴线W-W同轴。
在棘爪凹槽36上支撑着棘爪42。棘爪42是一个具有多个棘爪齿44以形成棘爪齿阵列的棘爪构件。棘爪构件的前侧或前表面面向圆柱形孔18的内表面(即背向凹槽背部37a),并以弓形或凸弧形布置成棘爪齿阵列。棘爪齿阵列面向圆柱形孔18的棘轮齿20并且尺寸设计为可与圆柱形孔18的棘轮齿20紧密啮合。棘爪42的后侧上形成有后表面46,后表面46具有凸起部分并且尺寸设计成用于与棘爪凹槽36的凹槽背部37a滑动接合。带棘爪齿44的棘爪前表面与棘爪后表面46相反面向。多个棘爪齿44沿棘爪构件的前侧或前表面以等角间隔和弓形或凸弧形布置排列。在一些实施例,例如本实施例中,棘爪齿44为直棘齿,直棘齿的齿尖与棘爪42的轴线Y-Y平行。
棘爪42具有顺滑的、稍具凸弧形弯曲的上表面48和下表面50。棘爪齿44在棘爪42的顺滑、稍凸弧形弯曲的上表面48和下表面50之间延伸,例如,沿直线延伸。在一些实施例中,棘爪后表面46可在棘爪42顺滑、稍凸弧形弯曲的上表面48和下表面50之间延伸,例如,沿直线延伸。这将在下面更详细地描述。
棘轮扳手10包括开关盖52。开关盖52(亦可称开关帽或反转盖)具有通孔54和大致为圆盘的形状。在开关盖52的下表面,即面向棘轮头16的上端面22的表面,形成有环形凹槽56。通孔54和环形凹槽56与旋转轴线W-W同轴。从开关盖52的上表面突出的是用于由棘轮扳手10的用户操纵的操作肋58。从开关盖52的下表面突出并且从通孔54径向地向外间隔开的是销60,其优选地与开关盖52一体形成。开关盖52位于驱动构件26上。销60容纳在驱动构件26的销凹槽38中。通孔54与驱动构件26的盲孔40轴向对准,即通孔54与盲孔40同轴。
具有沉头64的螺钉62旋转地被接收在通孔54中并与盲孔40的螺纹接合。螺钉62将开关盖52与驱动构件26接合。位于开关盖52的环形凹槽56中的环形密封件68除提供密封功能外,还具有作为在开关盖52和驱动构件26之间的棘轮头16的缓冲垫的功能。环形密封件68由合适的柔性和弹性材料形成,以在轴向方向上施加密封力,用于密封腔19中的润滑剂,防止灰尘的进入,同时不对组装的零件施加过大的旋转阻力。扩大的沉头64保持棘轮扳手10的零件在组装状态下。
拨动构件70(Spur)包括从开关盖52的下表面突出的拨动臂70a(也可称拨动销或拨动针)和环状主体70b。拨动臂70a和环状主体70b具固有弹性并可一体成形。例如,拨动臂70a和环状主体70b可由一块强弹力钢线一体形成。拨动臂70a和销60在通孔54的直径相对两侧上,并轴向向下延伸。拨动构件70的环状主体70b被弹性耦合到开关盖52以与其一起旋转。拨动臂70a被接收在棘爪42的上棘爪表面48中的凹口72中。拨动构件70被布置成经由棘爪凹口72将开关盖52的旋转运动耦合到棘爪42。
开关盖52可相对于驱动构件26以顺时针CW或逆时针CCW方向作短程旋转。具体地,开关盖52可根据销60在销凹槽38的范围内的运动相对于驱动构件26以顺时针CW或逆时针CCW方向绕旋转轴线W-W作短程旋转。
当开关盖52被用户操纵以绕旋转轴线W-W沿逆时针方向CCW运动时,棘爪42借助于拨动构件70和棘爪凹口72之间的接合与开关盖52一起沿棘爪凹槽36滑动。这里,棘爪42被设置成:手柄14绕中心轴线V-V沿顺时针方向CW的旋转将趋于或促使将棘爪42楔入孔18和凹槽背部37之间的底角BC(如图6A中从上方观察)。拨动构件70向底角BC推动棘爪42,这促使棘轮齿20与棘爪齿44啮合。已啮合的棘轮齿20和棘爪齿44将手柄14的顺时针方向CW旋转传递到驱动构件26的顺时针方向CW旋转,并且通过连接传递到耦合到驱动主轴28的附件工具。在手柄14沿逆时针方向CCW的逆向返回行程中,棘轮齿20将趋于使棘爪齿44和棘爪42移离底角BC。拨动构件70的自然或固有弹性允许棘爪齿44脱开啮合并越过或扫过棘轮齿20。因为驱动主轴28和与之耦合的附件工具保持静止,手柄14沿逆时针方向CCW的旋转与驱动构件26分离而导致空转。开关盖52通过弹簧加载的定位球(未示出)保持在“紧固位置”。
开关盖52可以由使用者操纵以绕中心轴线V-V沿顺时针方向CW运动,以反转棘轮扳手10的操作。因为拨动构件70和棘爪42(通过棘爪凹口72)之间的接合,棘爪42与开关盖52一起沿着棘爪凹槽36从底角BC滑动移离。这里,棘爪42被设置成:手柄14绕中心轴线V-V沿逆时针方向CCW的旋转将趋于或促使将棘爪42楔入孔18和凹槽背部37a之间的顶角TC(图6B中从上方观察)。同样,拨动构件70向顶角TC推动棘爪42,以促使棘轮齿20与棘爪齿44啮合。已啮合的棘轮齿20和棘爪齿44将手柄14的逆时针方向CCW旋转传递到驱动构件26的逆时针方向CCW旋转,并且通过连接传递到耦合到驱动主轴28的附件工具。在手柄14沿顺时针方向CW的返回行程中,棘轮齿20将趋于使棘爪齿44和棘爪42运动移离顶角TC。拨动构件70的自然或固有弹性允许棘爪齿44脱开啮合并越过或扫过棘轮齿20。当驱动主轴28和与之耦合的附件工具保持静止时,手柄14沿顺时针方向CW的旋转与驱动构件26分离,以引起驱动轴28的空转。开关盖52通过弹簧加载的定位球(未示出)保持在“松开位置”。
用户可以继续执行松开操作。替换地,用户可以操纵开关盖52以使其沿顺时针方向CW运动,以执行紧固操作。
在棘轮扳手10的各运动零件处存在的环形密封件68改善了对污垢进入圆柱形孔18的阻力,污垢进入圆柱形孔18会随着时间损害性能。然而,环形密封件68可在开关盖52和棘轮头16的环形上端面22之间以及在驱动构件26的环形肩部30和棘轮头16的下端面24之间引入额外的间隙,此额外的间隙在金属对金属之间的接触不存在。在使用中,当手柄14被转动并且扭矩被传递到耦合至驱动主轴28的附件工具时,驱动构件26可以相对于棘轮头16倾斜。这可能导致驱动构件26的中心轴线W-W与棘轮头16的中心轴线V-V之间的发散(divergence),发散包括,倾斜、出入或差异的意义。
参考图8至图14,棘爪42是三维实心金属体,具有三个相互正交的轴:在棘爪的中心C处彼此相交的水平轴线X-X,垂直轴线Y-Y和第三轴线Z-Z。垂直轴线Y-Y穿过上棘爪表面48和下棘爪表面50,并且平行于棘爪齿44的直线延伸方向。水平轴线X-X跨越棘爪42的主要尺寸(即长度),并且横过棘爪两横侧的端面74,76。第三轴线Z-Z通过具有棘爪齿44的前棘爪表面和后棘爪表面46,并且与水平轴线X-X共面。第三轴线Z-Z与水平轴线X-X共同限定的一个横向平面。棘爪42具有包括Y-Y和Z-Z轴的对称的垂直棘爪平面VPP,即Y-Y轴和Z-Z轴在垂直棘爪平面VPP上。棘爪的垂直平面VPP是棘爪42的对称面,即,棘爪42在垂直平面VPP的两横侧是对称的。端爪面74,76是平面的并且平行于垂直棘爪平面VPP和棘爪齿44的直线延伸方向。棘爪42具有包括X-X和Z-Z轴线的对称的水平棘爪平面HPP,即X-X轴和Z-Z轴在水平棘爪平面HPP上。
如上所述,相对于包括水平轴X-X轴和垂直轴Y-Y轴的棘爪平面PP,后爪表面46具有凸部,凸部可以是凸弧形或凸曲形的。后棘爪表面46包括一对中央的后棘爪颊46a,46b,后棘爪颊46a和后棘爪颊46b分别布置在垂直棘爪平面VPP的相对侧上。后棘爪面46包括一对外侧的后棘爪颊46c,46d。后棘爪颊46c和后棘爪颊46d分别布置在每个中央的后棘爪颊46a,46b的外侧,即后棘爪颊46c在后棘爪颊46a的外侧(即后棘爪颊46a在后棘爪颊46c的内侧),后棘爪颊46d在后棘爪颊46b的外侧(即后棘爪颊46b在后棘爪颊46d的内侧)。
特别参考图12,在水平棘爪平面HPP中,中央的后棘爪颊46a,46b和外侧的后棘爪颊46c,46d都具有平坦轮廓(即直线轮廓),该平坦轮廓相对于平行于棘爪平面PP的前棘爪平面PP’倾斜。该平坦轮廓在水平棘爪平面HPP中相对于X-X轴和Z-Z轴倾斜。相对于前棘爪平面PP’,每个中央的后棘爪颊46a,46b的平坦轮廓向棘爪齿44(或棘爪42的前表面或X-X轴)倾斜。本实施例的中心倾斜角α是1.9度。相对于前棘爪平面PP’,每个外侧的后棘爪颊46c,46d的平坦轮廓以15.5度的外倾角β朝棘爪齿44(亦即朝棘爪42的前表面或X-X轴)倾斜(从各个相邻的中央后棘爪颊46a,46b开始)。因此,在水平棘爪平面HPP中,后棘爪表面46包括在棘爪两横侧端面74,76之间延伸的平坦轮廓的凸弧形阵列。外倾角β大于中心倾斜角α。例如,外倾斜角β比中心倾斜角α可大8度,9度,10度,11度12度,13度,14度,15度,16度,17度,18度或上述值限定的任何之间范围。中心倾斜角α可以是1度,1.5度,2度,2.5度3度,3.5度,4度,4.5度,5度,6度,7度,8度,9度或更大,或上述值限定的任何之间范围。本实施例后棘爪表面46上在棘爪两横侧端面74,76之间延伸的凸弧形阵列由多个具有平坦或扁平轮廓和具有不同倾斜角的部分形成。在一些实施例中,后棘爪表面46可在棘爪两横侧端面74,76之间逐渐改变倾斜角,连续弯曲,以减小或消除在棘爪两横侧端面74,76之间方向延伸的倾斜表面之间的倾斜角差异,使得后棘爪表面46在棘爪两横侧端面74,76之间顺滑延伸。
参考图13和图14,中央的后棘爪颊46a,46b和外侧的后棘爪颊46c,46d相对于垂直棘爪平面VPP是凸弧形的。中央的后棘爪颊46a,46b和外侧的后棘爪颊46c,46d组成的后表面相对棘爪平面PP凸起成凸弧形状的表面。具体地,中央的后棘爪颊46a,46b和外侧的后棘爪颊46c,46d组成的后表面相对棘爪平面PP,沿与Y-Y轴平行的方向和沿与X-X轴平行的方向都呈凸弧形状。后棘爪表面46在上棘爪面48和下棘爪面50之间沿与Y-Y轴平行的方向以凸弧形连续弯曲延伸。凸弧形的弧度半径R46’根据棘轮扳手10的尺寸而变化。中央的后棘爪颊46a,46b和外侧的后棘爪颊46c,46d的凸弧度的半径R46’根据棘轮扳手10的尺寸而变化。例如,在棘轮扳手具有四分之一英寸或四分之三英寸驱动主轴28的情况下,凸弧形的半径R46'从轴线Z-Z上的点46’量度为大约50mm。例如,在具有半英寸驱动主轴28的棘轮扳手的情况下,凸弧形的半径R46’从轴线Z-Z上的点46'量度为大约60mm。这样,在垂直棘爪平面VPP中,后棘爪表面46包括在上棘爪面48和下棘爪面50之间延伸的凸弧形轮廓。
上棘爪面48和下棘爪面50相对于棘爪平面PP和垂直棘爪平面VPP是凸弧形的。上棘爪面48和下棘爪面50相对于水平棘爪平面HPP凸起成凸弧形的表面。上棘爪面48的凸弧形的半径R48’根据棘轮扳手10的尺寸而变化。例如,在棘轮扳手具有四分之一英寸或四分之三英寸驱动主轴28的情况下,从垂直轴线Y-Y上的点48’测量,上棘爪面48的凸弧形面的半径R48’大约为71.2mm。例如,在具有半英寸驱动主轴28的棘轮扳手的情况下,从点48’测量,上棘爪面48的凸弧形面的半径R48’为大约143.5mm。同样,下棘爪面50的凸弧形面的半径R50’根据棘轮扳手10的尺寸而变化。例如,在棘轮扳手具有四分之一英寸或四分之三英寸驱动主轴28的情况下,从垂直轴Y-Y上的点50’测量,下棘爪面50的凸弧形面的半径R50’为大约71.2mm。例如,在具有半英寸驱动主轴28的棘轮扳手的情况下,从点50’测量,下棘爪面50的凸弧形面的半径R50’为大约143.5mm。对于给定尺寸的棘轮扳手10,半径R48’,R50’基本相同,因为除了上棘爪面48中的销凹部38的存在之外,棘爪42相对水平棘爪平面HPP对称。
返回图6A,当棘爪42楔入底角BC时,外侧的后棘爪颊46d接触棘爪凹槽37,棘爪平面PP相对于凹槽背部37a以外倾角β倾斜。外侧的后棘爪颊46d的平坦轮廓(在水平面HPP中)有助于棘爪齿44和棘轮齿20之间在顺时针旋转方向CW上的稳定性,而外侧的后棘爪颊46d的凸弧度(在垂直平面VPP)可允许驱动构件26的少量倾斜运动,这导致其旋转轴线W-W与棘轮头16的中心轴线V-V之间的不对准。
同样地,并且返回到图6B,当棘爪42楔入顶部角TC时,外侧的后棘爪颊46c接触棘爪凹槽37,棘爪平面PP相对于凹槽背部37a以外部倾斜角β倾斜。外侧的后棘爪颊46c的平坦轮廓(在水平面HPP中)在逆时针旋转CCW的方向上辅助棘爪齿44和棘轮齿20之间的稳定性,而外侧的后棘爪颊46d的凸弧度(在垂直平面VPP中)可允许驱动构件26的少量倾斜运动,这导致其旋转轴线W-W与棘轮头16的中心轴线V-V之间的不对准。
回到图2和图7,棘爪42和棘爪凹槽36之间的支撑界面在垂直方向上由至少部分凸弧形的后棘爪表面46和平面凹槽背部37b限定,而支撑界面在水平方向上由凸弧形的下棘爪表面50和平面凹槽座37b限定。如上所述,棘爪表面46,50的凸弧形度允许棘爪42和驱动构件26之间的一定程度的相对运动,同时棘爪齿44可以保持与棘轮齿20平行。这允许任何几何制造的不准确性和/或驱动构件26的倾斜运动,这可能导致其旋转轴线W-W和棘轮头16的中心轴线V-V之间的未对准。这一方面减少了在棘轮齿20和棘爪齿44之间的界面处的磨损,而另一方面减少了棘爪42和棘爪凹槽36之间的界面处的磨损,同时保持棘轮扳手10令人满意的棘***作。

Claims (16)

1.一种棘轮扳手(10),包括:
环形棘轮头(16),所述环形棘轮头(16)具有圆柱形孔(18),所述圆柱形孔(18)具有中心轴线(V-V);
耦合到所述棘轮头(16)以随之运动的手柄(14);
驱动构件(26),所述驱动构件(26)具有旋转轴线(W-W),被保持在所述圆柱形孔内,并可绕所述中心轴线(V-V)旋转;
带齿棘爪(42);
棘轮齿阵列,所述棘轮齿阵列包括多个绕所述圆柱形孔或所述驱动构件以圆柱形阵列布置并且平行于所述轴线(V-V,W-W)的直棘轮齿(20);以及
棘爪凹槽(36),所述棘爪凹槽(36)布置成用以支撑所述棘爪(42),使得:
与所述棘轮齿啮合接合时,将所述手柄绕所述中心轴线(V-V)在第一方向(CW,CCW)上的旋转传递到绕所述旋转轴线(W-W)的所述驱动构件;或者
与所述棘轮齿脱离时,将所述手柄绕所述中心轴线(V-V)在与第一方向相反的第二方向(CCW,CW)上的旋转与所述驱动构件去耦合或解除耦合;
其特征在于,所述凹槽(36)中的所述棘爪(42)的支撑部分(37a,37b,46,48,50)的成形或构形为使其可以容纳所述中心轴线(V-V)和所述旋转轴线(W-W)之间的差异或分岐。
2.根据权利要求1所述的棘轮扳手(10),其中,所述棘爪(42)包括用于与所述棘轮齿(20)啮合接合的至少一个或多个直棘爪齿(44)。
3.根据权利要求1或2所述的棘轮扳手(10),其中,所述棘爪(42)包括用于与所述棘轮齿(20)啮合接合的直棘爪齿(44)的阵列。
4.根据权利要求3所述的棘轮扳手(10),其中,所述棘爪齿(44)的阵列限定具有与所述棘轮齿阵列的圆柱形阵列基本相同的半径的弧。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的棘轮扳手(10),其中,用于支撑所述棘爪(42)的支撑部分包括在所述棘爪(42)或所述凹槽(36)中的一个上的平面表面(37a,37b),以及在所述棘爪或所述凹槽中的另一个上具有基本上穹形的表面(46,48,50)。
6.根据权利要求5所述的棘轮扳手(10),其中,所述凹槽(36)包括平面凹槽背部(37a)和被布置成基本上垂直于所述凹槽背部的平面凹槽座(37b)。
7.根据权利要求5或6所述的棘轮扳手(10),其中,所述驱动构件(26)包括凹槽(36)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的棘轮扳手(10),其中,所述棘爪(42)包括所述基本上穹形的表面(46,48,50)。
9.根据权利要求8所述的棘轮扳手(10),其中,所述穹形表面包括至少一个被布置成适应所述棘爪(42)和所述凹槽(36)之间的倾斜的至少部分凸起或凸弧形的棘爪表面(46,48,50)。
10.根据权利要求9所述的棘轮扳手(10),其中,所述至少一个至少部分凸起的或凸弧形的棘爪表面包括具有部分平面的颊(46c,46d)的部分凸弧形的后棘爪表面(46),其被布置成在垂直于所述旋转轴线(W-W)的平面(HPP)中稳定所述棘爪(42)和所述棘轮齿(20)之间的啮合接合。
11.根据权利要求10所述的棘轮扳手(10),其中,所述至少一个棘爪表面包括在所述后棘爪表面(46)和所述至少一个直的棘爪齿(44)之间的凸弧形下棘爪表面(50)。
12.根据权利要求11所述的棘轮扳手(10),其中所述至少一个棘爪表面包括在所述棘爪(42)相对于所述下棘爪表面(50)的相对侧上的凸弧形上棘爪表面(48)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的棘轮扳手(10),其中,所述棘轮扳手是可逆棘轮扳手(10),其包括被耦合到所述棘爪(42)的可手动操作的开关构件(52),用于棘爪在下列取向之间的取向选择:
第一取向,其中,当所述手柄绕所述中心轴线(V-V)在所述第一方向(CW)上旋转时,所述棘爪被布置成与所述棘轮齿(20)啮合,从而将第一方向旋转传递到所述驱动构件,并且其中,当所述手柄在所述第二方向(CCW)上绕所述中心轴线(V-V)旋转时,所述棘爪被布置成越过所述棘轮齿(20),从而使所述驱动构件从所述手柄的第二方向旋转脱离;以及
第二取向,其中,当所述手柄绕所述中心轴线(V-V)在所述第二方向(CCW)上旋转时,所述棘爪被布置成与所述棘轮齿(20)啮合,从而将第二方向旋转传递到所述驱动构件,并且其中,当所述手柄绕所述中心轴线(V-V)在所述第一方向(CW)上旋转时,所述棘爪被布置成越过所述棘轮齿(20),从而使所述驱动构件从所述手柄的第一方向旋转脱离。
14.根据权利要求13所述的棘轮扳手(10),其中,所述孔(18)由布置在所述开关构件(52)和所述头部(16)之间的密封件(68)密封。
15.根据权利要求13或14中任一项所述的棘轮扳手(10),其中,所述开关构件(52)可释放地保持在所述棘爪(42)的第一或第二取向中的任意一个中。
16.根据前述权利要求中任一项所述的棘轮扳手(10),其中,所述驱动构件(26)包括用于连接到附件工具的驱动主轴(28)。
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