技术领域
[0001] 本
发明大致涉及
棘轮扳手，并且更具体而言，涉及通常用于飞机和
汽车工业中的棘轮效应扭矩扳手。
背景技术
[0002] 在许多工业应用中，将
螺纹紧固件拧紧至特定程度或扭矩是至关重要的。在汽车或飞机的组装中，极其重要的是，将
螺母、
螺栓、螺钉、
耳状物等（为简明起见，其被统称为“螺栓”）充分拧紧，以确保最终的组件不仅在最初使用时而且在长时期内均运转正常。然而，过度拧紧可能损坏螺纹或者导致组装中的振动问题。
[0003] 使用扭矩扳手来拧紧螺栓是早就已知的。这种扳手不仅能使使用者旋转并拧紧螺栓，而且为使用者提供所施加的扭矩的量的视觉、声音或触觉指示。一些已知的装置包括打滑类型、梁类型、偏转梁类型、咔嗒类型和
电子应变仪类型指示器。咔嗒类型扭矩指示器经常被用在设计用于汽车应用的扳手中，并通常包括设置在扳手的
手柄或杠杆臂中的校准离合机构。当使用者已经施加预先选择的扭
力时，离合机构发出咔嗒声，从而为使用者提供预先选择的扭力已被施加的声音
感知和触觉感知。授予布拉特纳的第4,655,104号美国
专利详细描述了一种类型的扭矩指示器，并且该公开通过引用合并到本公开中。
[0004] 扭矩扳手的头部可被构造为棘轮扳手。然而，在一些棘轮扳手中提供的游隙的量可影响扭矩指示器的精确度，所以不是所有的棘轮组件总是适用于扭矩扳手中。
[0005] 棘轮扳手具有棘轮组件，该棘轮组件在扳手沿一个选择方向旋转时
啮合并驱动螺栓，并在扳手沿相反方向旋转时分离，使得使用者能够移动扳手而不使先前的运动逆转，由此使使用者能够避免在扳手沿一个方向的进一步的旋转被阻止或不方便时需要移除并重新
定位扳手。在第6,341,543号美国专利中示出的类型的滑动
齿轮棘轮组件具有棘轮、带有多组相对的齿的滑动齿轮，以及使
推杆上的齿能松脱地
偏压抵靠棘轮上的齿的球和
弹簧组件。使用者能够选择性地切换扳手，从而推杆上的多组相对的齿中的一组或另一组啮合棘轮上的齿，由此将棘轮组件构造为使其在沿顺
时针方向旋转时驱动，并在沿逆时针方向旋转时松脱，或者反之亦然。
[0006] 为了使使用者能够易于在一个操作模式和另一个之间转换，现有棘轮扳手上的滑动齿轮被能滑动地设置在侧向延伸通过头部的孔内。滑动齿轮宽于头部，并且在一个操作模式中一个侧端部伸出头部的一侧，并且在另一个操作模式中另一侧端部伸出头部的另一侧。使用者通过将滑动齿轮的伸出端部压入孔内而使棘轮组件在各操作模式之间切换。该动作切换使滑动齿轮的一部分与棘轮脱离啮合，并使滑动齿轮的另一部分与棘轮的另一部分啮合，并将滑动齿轮的另一端部推出头部的另一侧。
[0007] 虽然滑动齿轮的端部的伸出使得使用者易于使扳手在两种操作模式之间切换，但是其也产生问题。首先，侧向孔的布局需要在计算机控制的立式
铣床上的多次装配（set-ups），使得花费更多的时间来加工扳手的头部。其次，滑动齿轮的伸出端部产生扳手在操作模式之间的不期望的切换的
风险。因为棘轮扳手产生单端力矩偶，工作人员将一只手的手掌放置在扳手的头部上以抵抗侧力，并且该只手能够将足够的力施加在滑动齿轮的伸出端部上，以使其移出
位置。第三，孔和滑动齿轮暴露到环境引起灰尘、金属粉尘或其它材料将进入两个移动部件之间并最终损坏扳手的风险。
[0008] 现有扳手上的滑动齿轮具有圆形轮廓，其使得能够容易地配合在侧向孔中并可提供对于滑道中的碎片的一些容忍。然而，滑动齿轮在孔内的轴向摆动可导致棘轮上的齿与滑动齿轮上的齿之间的点
接触，并且这种接触显著增加齿上的
应力，并可导致更快的破损。
发明内容
[0009] 已开发了一种新型棘轮效应扭矩扳手。其更容易制造（仅需要在立式铣床上的单次装配），更不易于意外改变模式，并且受到更好地保护以抵抗导致提前损坏的情况。
[0010] 与第6,341,543号专利中公开的扳手相似，新型扳手具有头部，该头部具有工作面和相对的后面。滑动齿轮在头部内的滑动通道中侧向滑动，并具有面向棘轮的第一（上）侧。偏压元件被布置为侧向促使滑动齿轮在两个棘轮效应位置中的任一个与棘轮操作性啮合。在那些位置，当扳手的旋转导致滑动齿轮的一部分啮合棘轮上的啮合齿并朝向扳手的中心线推动滑动齿轮直到滑动齿轮的啮合部分与啮合齿分离时发生棘轮效应。偏压元件随后促使滑动齿轮远离扳手的中心线，在这里滑动齿轮啮合新的啮合齿。
[0011] 不同于现有扳手，新型扳手中的滑动齿轮配合在仅从扳手的工作面中切割出的通道中。头部上的封闭端
覆盖滑动齿轮的端部并将滑动齿轮的端部与环境密封分开。
[0012] 为了在两个棘轮效应位置之间移动扳手，销被用于选择性地使滑动齿轮在滑动通道内侧向滑动。销从扳手的后面中的狭槽中突出，并可通过将其凹入后面内而保护其免受无意的移动。
[0013] 滑动齿轮具有大体上矩形构造，矩形构造具有啮合棘轮上的齿的圆形肩部。优选地，每个肩部是弯曲的，并且在其外侧具有单个凹部，从肩部的顶部到凹部的底部的径向距离不大于棘轮上的齿的外径与
齿根圆直径之间的差的一半。棘轮上的齿优选具有基本平坦的面、横越至少四分之一
节距的齿顶面以及从该面连续延伸、具有基本恒定的半径并横越至少四分之一节距的
齿槽底面。
[0014] 棘轮位于棘轮凹部中，该棘轮凹部可在用于切割滑动通道的相同的加工操作中被加工。棘轮优选被
支撑在棘轮凹部上的中
心轴颈上。中心轴颈可具有带间隙的壁，该带间隙的壁在棘轮与轴颈之间留有小间隙。
[0015] 在检查
附图、以下具体详细描述和随后的
权利要求时，本发明的其它方面和形式将变得明显。
附图说明
[0016] 图1为利用新发明的棘轮效应扭矩扳手的一个示例的等距视图。
[0017] 图2-4为图1中示出的扳手的头部的主视图、侧视图和后视图。
[0018] 图5为棘轮扳手的头部的局部分解等距视图。
[0019] 图6为沿图2中的线6-6截取的头部的放大轴向剖视图。
[0020] 图7和图8为本发明的两个不同
实施例中的齿和肩部的放大视图。
具体实施方式
[0021] 所例示的棘轮效应扭矩扳手10具有杠杆臂12、在杠杆臂12的第一端部的抓持部14和在杠杆臂12的第二端部的头部16。棘轮组件20被承载在头部16中。
[0022] 如在图2-4中最佳看到的，扳手10的头部16具有与后面24相反的前或工作面22、左外侧26、右外侧28、远端侧30和柄部32。（所有方向描述符，诸如顶部、底部、左、右等，均仅用于方便参照附图，并非意在限制）。左外侧26、右外侧28和远端侧30由沿着工作面22和后面24的外周界延伸且连接工作面22和后面24的外周界的一个或更多
侧壁区段形成。柄部32从主体与远端侧30反向向外伸出，并被操作性地连接到杠杆臂12。
[0023] 如在图6中最佳看到的，棘轮腔34被设置在头部16中并邻近滑动通道36的一侧，弹簧腔38被设置为邻近滑动通道36的相反侧。棘轮腔34、滑动通道36和弹簧腔38均以能使每个腔/通道在计算机控制的立式铣床上的单次装配中被切割或形成的布局被凹入头部16的工作面22中。
[0024] 棘轮组件20包括双动棘爪或滑动齿轮40、诸如棘轮42的棘轮和诸如弹簧44和球46组件的偏压元件，该偏压元件弹性且操作性地使滑动齿轮40啮合抵靠棘轮。
[0025] 棘轮腔和棘轮
[0026] 棘轮腔34为圆盘形凹部，其尺寸被设定为接纳棘轮42。其具有棘轮42被安装在其上的中心轴颈44。
[0027] 棘轮42具有大致盘形主体，该大致盘形主体具有居中设置在其后面的
盲孔46（图6）。该盲孔配合到棘轮腔34中的中心轴颈46上，以使棘轮能够被安装用于在棘轮腔34内旋转。在精密扭矩扳手中，需要紧密配合。为了适应此，优选的是中心轴颈44的至少一部分具有稍微小于棘轮42的盲孔的半径，从而形成在棘轮42的内径与中心轴颈44之间留有开口48（图6）的分隔壁。该开口容纳诸如油的
润滑剂。
[0028] 驱动杆50被居中设置在棘轮42的前面上，并从头部16的工作面22向外伸出。驱动杆可为螺丝刀或诸如套筒的扳手头部，但是优选的是具有能被用于保持可互换套筒的弹簧承载球止动机构（spring-loaded ball detent mechanism）的常规配件。
[0029] 棘轮42具有围绕棘轮在前面与后面之间的外周界延伸的周壁上的齿52。如在下面更详细解释的，这些齿提供与滑动齿轮40的棘轮效应啮合。由于齿与滑动齿轮的元件协作，所以齿的构造可影响肩部的构造，反之亦然。如在图7和图8中例示的示例中最佳看到的，齿优选具有基本平坦的面53、横越至少四分之一节距P的齿顶面54以及从该面连续延伸、具有基本恒定的半径并横越节距的至少四分之一的齿槽底面55。在这些或其它实施例中其它布局可能是合适的。
[0030] 滑动通道和滑动齿轮
[0031] 滑动通道36能滑动地接纳滑动齿轮40。滑动通道36为紧邻且与棘轮腔34基本相切的长矩形凹部。滑动通道36侧向对准，优选垂直于，棘轮腔34的半径。如在图6中最佳看到的，滑动通道36具有面向棘轮腔34的第一（上）侧56、与第一侧56相对的第二侧58、左端部60和右端部62。滑动通道36的第一侧56的中心部分与棘轮腔34的弧形区段相交，形成连接滑动通道36和棘轮腔34的诸如窗口66的开口。滑动通道36的左端部60由头部16的左外侧26封闭，滑动通道38的右端部62由头部16的右外侧28封闭。在使用中，头部的左外侧26和右外侧28防止从头部16外部侧向接近滑动通道36的左端部60和右端部62。
[0032] 滑动齿轮40优选由直长矩形杆形成，其具有顶侧72、底侧74、前侧76、后侧78以及大致矩形左端部80和大致矩形右端部82。滑动齿轮的尺寸和形状被设定为紧密配合在滑动通道22内，并应当相对于棘轮42的半径侧向滑动。所例示的滑动齿轮40被布置为在滑动通道36中侧向向左和向右滑动，并由此还相对于杠杆臂12的轴线侧向滑动。在其它布局中，滑动齿轮的路径可围绕棘轮42顺时针或逆时针旋转，使其成
角度地偏离柄部32。
[0033] 为了最小化滑动齿轮40在滑动通道22内的摆动，底侧74与前侧76和后侧78中的每个的交线均限定有角度的或尖锐的边缘75，而非圆形边缘。这有助于减少滑动齿轮在滑动通道44内的摆动，并由此通过帮助维持与棘轮42上的齿52的线接触而非点接触而有助于减小齿52的磨损和极限疲劳。
[0034] 滑动齿轮40的顶（或上）侧72具有啮合棘轮42上的齿52的相反的第一和第二肩部84。一个肩部84被设置在或邻近滑动齿轮的左端部80，第二肩部84被设置在或邻近滑动齿轮的右端部82。每个所例示的肩部的外侧具有凹部85，诸如在图7和图8所示的示例布置中看到的。凹部的底部83与肩部的顶部侧向隔开棘轮上的齿的节距的大约二分之一的距离。优选地，每个肩部为弯曲的，并且从肩部的顶部到凹部的底部的径向距离R不大于棘轮42上的齿52的外径OD与齿根圆直径RD之间的差的一半。凹部用于容纳棘轮上的齿。
[0035] 滑动齿轮40还具有从滑动齿轮的后侧78向外伸出的啮合构件，诸如销86。销86居中位于后侧78上，并且使用者通过头部16的后面24上的狭槽88能接触销86。销86和狭槽88使滑动齿轮40能够在顺时针棘轮效应位置和逆时针棘轮效应位置之间选择性地转换，而不将滑动齿轮的侧端部80、82暴露到环境。狭槽的面积小于滑动齿轮的端部的横截面，并且狭槽的周界（其形成灰尘或碎片可能进入头部的边界）不显著大于滑动齿轮的每个侧端部的周界。因此，该布局不仅降低了滑动齿轮在两个位置之间的不期望的切换的风险，而且暴露到环境的移动周界少于在滑动齿轮的端部伸出头部的侧部之外的对比布局中将会暴露的。
[0036] 弹簧腔以及弹簧和球组件
[0037] 虽然其他偏压布置是可能的，但是所例示的扳手10使用传统的弹簧44和球46组件来偏压滑动齿轮40。所例示的弹簧腔38为长凹部，其通向滑动通道的第二（下）侧58，与窗口66相对，并且优选与棘轮腔34径向对准并垂直于滑动通道36。所例示的弹簧腔还与柄部32轴向对准，虽然可能不总是这样的情况。弹簧腔接纳弹簧44和球46组件。弹簧向上推动球进入滑动通道39中，在滑动通道39中球与滑动齿轮的底侧上的斜凹部89、90协作。凹部的内部适度倾斜，以使球的压力将滑动齿轮偏压远离滑动通道内的中心位置，但是能够由足够的力克服，从而滑动齿轮能够侧向移动足够远以使球离开一个凹部并进入另一个。凹部的外部是陡峭的，并由此对滑动齿轮的行进范围提供有效的外部限制。
[0038] 可选的弹簧盖92（图5）在朝向工作面22的侧部上覆盖弹簧腔38，将弹簧44和球46保持在弹簧腔38内。弹簧盖92可被压配合或松配合到邻近弹簧腔38和滑动通道36的凹部94中。
[0039] 其它元件
[0040] 所例示的扳手具有面板96，面板96被设置在头部16的工作面22上，覆盖棘轮腔34、滑动通道36和弹簧盖92，并将棘轮组件20保持在头部16内部。所例示的面板96被
锁箍98锁定就位，锁箍98弹性啮合围绕头部16的邻近工作面22的侧壁的内周界的部分延伸的底切，诸如一个或多个槽100。
[0041] 所例示的棘轮扳手10可具有在杠杆臂12中的扭矩指示器组件（未示出）。例如，当拧紧螺栓时实现预定扭力时提供咔嗒触觉和/或声音感知的咔嗒型指示器可被使用。在许多情况下，本领域目前已知或在未来可被开发的任何类型的扭矩指示器可被使用。
[0042] 在所例示的扳手中，柄部32从头部16延伸到杠杆臂12中。以在达到预定扭力时使棘轮头部16围绕枢转销104枢转的布置，用枢转销104将柄部36能枢转地连接到杠杆臂12的第二端部。这里省略另外的细节，但是可在例如美国专利第4,655,104号中找到。用于操作性地将棘轮头部16连接到杠杆臂12的其它布置也可或可替代地被使用。
[0043] 棘轮效应和驱动
[0044] 图6示出处于逆时针棘轮效应位置的滑动齿轮40，其中滑动齿轮40被定位为朝向滑动通道36的右端部62，滑动齿轮40的右端部68设置为靠近滑动通道36的右端部62，并在滑动齿轮40的左端部66与滑动通道36的左端部60之间具有间隙或空间。球46啮合在滑动齿轮的左侧上的斜凹部89中。滑动齿轮的左侧上的肩部84在窗口66的左端部被设置到棘轮腔34，并啮合在棘轮42上在扳手的中心线左边的两个齿52之间。左边的齿的顶部被凹部85容纳。
[0045] 当头部沿顺时针方向CW旋转时，肩部84啮合其左边的远离扳手的中心线的相邻齿52。滑动齿轮在滑动通道内向右的运动基本上通过球46与斜凹部89上的相对垂直的外侧壁的啮合而被限制，并且在一些实施例中，通过肩部在棘轮42上的相邻齿之间的齿槽底面55中的触底而被限制。旋转力将随后通过啮合的齿和肩部被传送到棘轮和驱动杆50，从而使得使用者能够驱动螺栓。
[0046] 当头部16沿逆时针方向CCW旋转时，滑动齿轮40的左侧上的肩部84啮合其右边的朝向扳手的中心线的相邻齿52。滑动齿轮向左的移动仅通过球46与斜凹部82上的倾斜内壁的啮合而被适度地限制，从而允许滑动齿轮随着扳手围绕棘轮42的旋转而在滑动通道20（如图中看到的）向左移动直到肩部脱离齿。在肩部脱离齿之后，弹簧44
挤压球46抵靠斜凹部89的倾斜内壁的力将促使滑动齿轮在滑动通道内返回右边，在这里滑动齿轮将啮合棘轮42上的另一（优选下一个）齿。因此，扳手的头部16围绕驱动杆50旋转，提供使驱动杆50在扳手的其余部分围绕其旋转时能够保持就位的棘轮效应作用。
[0047] 当滑动齿轮40被向左推到球46啮合在右边的斜凹部90中的位置时，扳手被设定用于沿逆时针方向CCW旋转时驱动，并用于沿顺时针方向CW旋转时产生棘轮效应。如上所述，滑动齿轮右侧上的肩部84啮合棘轮42上在扳手的中心线右侧的齿52，但是沿相反的方向。左侧上的肩部84保持不接触棘轮。
[0048] 改变操作模式
[0049] 如上所述，销86穿过头部16的后面24中的侧向狭槽88向外伸出，并能由使用者的拇指或
手指啮合，以选择性地使滑动齿轮40在滑动通道36内侧向向左和/或向右在顺时针棘轮效应位置和逆时针棘轮效应位置之间滑动。
[0050] 如在图4中最佳看到的，环绕狭槽88的凹部110在头部16的后面24中形成凹陷处或凹入碗部。销86的外或远端部优选位于或在后面24的最外表面的下方，以使销86的远端部不延伸超过后面24的外表面。凹部110使得能够诸如通过使用者的拇指或手指接触销86的侧部，以便有助于沿着狭槽88侧向推动销86。使销86的远端部与后面24的最外表面齐平或在最外表面下方，而不是使其向
外延伸超过最外表面，能够帮助防止在使用期间意外地在顺时针棘轮效应位置与逆时针棘轮效应位置之间切换滑动齿轮40。
[0051] 对本领域技术人员而言，对这里公开的系统、装置和方法的其它更改将是明显的。因此，该描述应当被解释为仅为例示性的，并被呈现用于使本领域技术人员能够制造并使用本发明的目的。落入以下权利要求范围内的对所有更改的专有权利被保留。
