ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ
TORQUE WRENCH

Предпосылки и сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к динамометрическим ключам и, более конкретно, к ключам, в которых момент передается между рукояткой и собственно ключом через стержень.
Часто бывает необходимо или желательно затянуть крепежные элементы с конкретным моментом. Например, при креплении режущей пластинки к резцедержателю с помощью винтов, если режущая пластина крепится с недостаточным моментом, она может ослабнуть и выпасть или сломаться или может сдвинуться и повредить деталь. Если она будет закреплена со слишком высоким моментом, это может привести к повреждению режущей пластинки или крепежного элемента и это может привести к неправильному позиционированию режущей вставки относительно резцедержателя.
Для крепления режущих пластин к резцедержателям разные резцедержатели и разные режущие пластинки часто требуют затяжки с разным моментом. Создание разных динамометрических ключей для каждой такой комбинации резцедержателя и режущей пластинки слишком дорого. Более того, многие известные динамометрические ключи имеют неудобную форму для затяжки крепежных элементов, применяемых в резцах. Например, динамометрические ключи могут быть слишком большими для их удобного применения в ограниченных пространствах.
Известные динамометрические ключи, например, по ЕР 1112818 А2 имеют необычную форму, которая затрудняет их применение в определенных средах, в которых имеется ограниченное пространство для манипуляций. Динамометрический ключ по ЕР 1112818 А1, например, имеет большой профиль и длинную рукоятку, что делает его не пригодным для применения в некоторых случаях, где пространство минимально. Дополнительно, такие ключи, которые показаны в ЕР 1112818 А1, имеют множество деталей и могут быть трудны в изготовлении. Даже ключи меньшего размера, такие как показаны в DE 202013102 682 U1, содержат существенное количество деталей и могут быть трудны в изготовлении.
Следовательно, имеется потребность в динамометрическом ключе, который способен последовательно прилагать к крепежному элементу крутящий момент, не превышающий требуемый предел. Желательно также, чтобы динамометрический ключ можно было сконструировать с малыми размерами, чтобы было удобно затягивать крепежные элементы на резцах. Далее желательно, чтобы динамометрический ключ имел простую конструкцию и имел низкую себестоимость.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения динамометрический ключ содержит стержень, элемент ключа, прикрепленный к стержню, шестерню, расположенную соосно со стержнем и без возможности вращения относительно стержня, при этом шестерня имеет множество зубьев, отличающийся тем, что динамометрический ключ содержит корпус, содержащий полость, в которой по меньшей мере частично расположены стержень и шестерня, и механизм плоской пружины, расположенной в полости и содержащий пружину, прикрепленную к корпусу так, что свободный конец пружины находится в зацеплении с шестерней, а также тем, что механизм плоской пружины препятствует вращению шестерни и стержня относительно корпуса, когда крутящий момент, прилагаемый к элементу ключа, не достигает первого уровня и допускает вращение шестерни и стержня относительно корпуса, когда момент, прилагаемый к элементу ключа, превышает первый уровень.
Заявленная структура имеет небольшое количество компонентов и имеет минимальную сложность, позволяя производить такой динамометрический ключ с низкой себестоимостью. Дополнительно, динамометрический ключ можно изготавливать с такой формой, которая имеет тонкий профиль, позволяя его применять в различных случаях, где доступное пространство минимально.
Согласно варианту настоящего изобретения шестерня прикреплена к стержню. Такая структура облегчает изготовление ключа.
Согласно варианту настоящего изобретения элемент ключа содержит торцевой ключ. Такая структура особенно полезна для затяжки винтов для крепления режущих пластин на резцедержателях.
Согласно варианту настоящего изобретения зубья шестерни асимметричны. Такая конструкция позволяет создать динамометрический ключ, который осуществляет затяжку при вращении только в одном направлении.
Согласно варианту настоящего изобретения зубья шестерни имеют сторону, направленную по часовой стрелке, и сторону, направленную против часовой стрелки, и сторона, направленная против часовой стрелки, имеет более крутой наклон, чем сторона, направленная по часовой стрелке. Такая конструкция позволяет создать динамометрический ключ, который осуществляет затяжку до заранее определенного момента при вращении по часовой стрелке и, далее, позволяет прилагать более высокий крутящий момент при отвинчивании, т.е. при вращении против часовой стрелки.
Согласно варианту настоящего изобретения, одна сторона зубьев прилагает силу к пружине, направленную по существу перпендикулярно пружине, когда ключ вращается в первом направлении, а вторая сторона зубьев шестерни прилагает силу к пружине, направленную по существу параллельно длине пружины, когда ключ вращается во втором направлении, противоположном первому направлению. Такая структура позволяет создать динамометрический ключ, у которого момент отвинчивания в 10-40 раз превышает момент затяжки.
Согласно варианту настоящего изобретения пружина содержит пластину, имеющую зафиксированную кромку и свободную кромку. Такая структура облегчает изготовление динамометрического ключа из простых компонентов и с низкой себестоимостью.
Согласно варианту настоящего изобретения пружина является плоской пластиной. Такая структура облегчает изготовление динамометрического ключа из простых компонентов и с низкой себестоимостью.
Согласно варианту настоящего изобретения плоскость поверхности пружины, когда пружина находится в ненапряженном состоянии, смещена от центральной оси стержня. Такая конструкция позволяет регулировать величину крутящего момента, который может создавать динамометрический ключ, просто меняя величину такого смещения.
Согласно варианту настоящего изобретения механизм плоской пружины содержит пружину и верхний и нижний держатели пружины, которые неподвижно установлены в полости, при этом свободный конец пружины механизма плоской пружины расположен между верхней и нижней кромками пружины, и пружина имеет верхний и нижний язычки, отходящие от верхней и нижней кромок, соответственно, при этом верхний и нижний язычки неподвижно расположены в отверстиях в верхнем и нижнем держателях пружины, соответственно. Такая конструкция облегчает регулировку величины крутящего момента, который может прилагать динамометрический ключ, просто меняя положение отверстий в верхнем и нижнем держателях пружины так, чтобы пружина располагалась по-разному относительно шестерни на стержне.
Согласно варианту настоящего изобретения внутренняя форма полости соответствует формам периметра держателей пружины так, что держатели пружины в полости расположены неподвижно. Такая конструкция облегчает создание разных динамометрических ключей, способных создавать крутящие моменты разной величины, просто применяя разные держатели пружины в корпусах с одинаковой формой полости.
Согласно варианту настоящего изобретения шестерня неподвижна в осевом направлении относительно стержня и проходит между верхним и нижним держателями пружины, чтобы стержень был неподвижен в осевом направлении относительно корпуса. Такая конструкция позволяет удобно фиксировать разные компоненты динамометрического ключа относительно друг друга и упрощает производство.
Согласно варианту настоящего изобретения механизм плоской пружины содержит две пружины, расположенные между верхним и нижним держателями пружины и на противоположных сторонах шестерни. Такая конструкция облегчает проектирование такого динамометрического ключа, который способен прилагать высокий крутящий момент по сравнению с ключом с одной пружиной.
Согласно варианту настоящего изобретения две пружины осесимметричны. Такая конструкция упрощает конструкцию динамометрического ключа, поскольку каждая пружина требует одинаковой силы для отклонения.
Согласно варианту настоящего изобретения корпус содержит верхнюю крышку, которая определяет полость, и нижнюю крышку, выполненную с возможностью крепления к верхней крышке для удержания механизма плоской пружины в полости. Такая конструкция позволяет удобно фиксировать разные компоненты динамометрического ключа друг к другу и упрощает производство.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же позициями и где:
Фиг. 1А - вид в перспективе динамометрического ключа по варианту настоящего изобретения.
Фиг. 2В - вид спереди динамометрического ключа по фиг. 1А.
Фиг. 1С - вид сбоку динамометрического ключа по фиг. 1А.
Фиг. 1D - вид сверху динамометрического ключа по фиг. 1А.
Фиг. 1Е - сечение по линии 1Е-1Е на фиг. 1С.
Фиг. 1F - сечение по линии 1F-1F на фиг. 1В.
Фиг. 1G - вид, аналогичный фиг. 1F, но с отклоненными пружинами.
Фиг. 1Н - сечение по линии 1Н-1Н на фиг. 1В.
Фиг. 1I - фрагмент фиг. 1F в увеличенном масштабе.
Фиг. 2 - разнесенный вид динамометрического ключа по варианту настоящего изобретения.
Фиг. 3А-3В - сечения, иллюстрирующие как динамометрический ключ по настоящему изобретению осуществляет затяжку до предельного момента, а фиг. 3С-3D - сечения, иллюстрирующие, как ключ по фиг. 3А-3В отпускает затянутое изделие.
Фиг. 4А - вид в перспективе динамометрического ключа по другому варианту настоящего изобретения.
Фиг. 4В - вид спереди динамометрического ключа по фиг. 4А.
Фиг. 4С - вид сбоку динамометрического ключа по фиг. 4А.
Фиг. 4D - сечение по линии 4D-4D на фиг. 4В.
Фиг. 5А - вид сверху динамометрического ключа по другому варианту настоящего изобретения.
Фиг. 5В - сечение по линии 5В-5В на фиг. 5А.
Фиг. 6А - вид сверху динамометрического ключа по другому варианту настоящего изобретения.
Фиг. 6В - сечение по линии 6B-6B на фиг. 6А.
Подробное описание
Динамометрический ключ 21 по варианту настоящего изобретения показан на фиг. 1А-1I и содержит стержень 23, элемент 25 ключа, прикрепленный к стержню, и шестерню 27 (фиг. 1Е1G, 1I и 2). Динамометрический ключ 21 далее содержит корпус 31, содержащий полость 33 (фиг. 1E-1H), в которой по меньшей мере частично расположены стержень 23 и шестерня 27.
В полости 33 расположен механизм плоской пружины, которая содержит пружину 37 (фиг. 1F, 1G, 1I и 2), прикрепленную к корпусу 31 и имеющую свободный конец 39 (см. например, фиг. 1F и 2), находящийся в зацеплении с шестерней 27. Механизм плоской пружины препятствует вращению шестерни 27 и стержня 23 относительно корпуса 31, когда к элементу 25 приложен момент, не превышающий первый предел, и допускает вращение шестерни и стержня относительно корпуса, когда к элементу ключа приложен момент выше первого предела. Это достигается, как показано на фиг. 1F и 1G путем приложения крутящего момента к элементу ключа, который передается от стержня 23 на шестерню 27 так, что зубья 29 шестерни прижимаются к свободной кромке 39 пружины 37. Пока крутящий момент, приложенный к элементу ключа, достаточен для деформирования пружины 37, как показано на фиг. 1G, момент, приложенный к элементу ключа, будет передаваться на корпус 31. Корпус 31 может функционировать как рукоятка динамометрического ключа 21 так, что когда пользователь прилагает крутящий момент к корпусу, он передается через пружину 37 на шестерню 27 и стержень 23 и на элемент 25 ключа и, следовательно, на крепежный элемент или другой затягиваемый или отпускаемый объект.
Шестерня 27 может быть прикреплена к стержню 23, например, за счет изготовления как одно целое вместе со стержнем, или путем крепления к стержню, проходящему сквозь центральное отверстие в шестерне любыми подходящими средствами, например, установочным винтом, клеем, сваркой, пайкой и т.п. Показанный элемент 25 ключа содержит торцевой ключ, однако можно применять и ключи других типов, такие как головки и рожковые ключи. Элемент 25 ключа может быть выполнен как одно целое со стержнем или может крепиться к концу стержня любыми подходящими средствами.
Зубья 29 шестерни 27 могут быть симметричными, однако, как показано, например, на фиг.1I, обычно они являются асимметричными для облегчения затяжки, когда ключ поворачивают по часовой стрелке. Когда зубья 29 асимметричны, как показано на фиг. 1F, 1G и 1I, зубья шестерни могут иметь сторону 43, обращенную по часовой стрелке, и сторону 45, обращенную против часовой стрелки (фиг. 1I), и стрелка, обращенная против часовой стрелки, имеет более крутой наклон, чем сторона, обращенная по часовой стрелке. Способ, которым пружины 37 и шестерня 27 работают на затяжку, когда ключ поворачивают по часовой стрелке, и на ослабление, когда ключ поворачивают против часовой стрелки, описывается ниже со ссылками на фиг. 3А-3D.
Пружина 37 механизма плоской пружины содержит плоскость, имеющую фиксированную кромку 47 и свободную кромку 39. Материал, из которого изготовлена пружина 37, обычно является металлом, однако могут применяться и другие материалы для изменения величины крутящего момента, который может передаваться ключом. Обычно пружина 37 имеет форму плоской пластины, однако пружина при желании или необходимости может иметь множество альтернативных форм. Например, для изменения величины крутящего момента, передаваемого ключом 21, может быть желательна изогнутая форма.
Как показано на фиг. 1F, когда пружина 37 является плоской, плоскость Р поверхности пружины, когда пружина находится в ненагруженном состоянии, может быть смещена относительно оси А стержня 23. Увеличивая или уменьшая величину смещения плоскости Р поверхности пружины 37 относительно центральной оси А стержня 23, можно менять величину момента, который нужно приложить к ключу 21 для отклонения пружины 37 так, чтобы момент больше не передавался. Уменьшение смещения обычно приводит к увеличению величины крутящего момента, который можно передавать. При увеличении или уменьшении величины смещения также следует учитывать размер шестерни 27 для сохранения функциональности. Другой функцией смещения является облегчение ослабления крепежного элемента за счет предотвращения отклонения пружины 37 при вращении ключа в направлении ослабления. Это описано более подробно ниже со ссылками на фиг. 3А-3D.
Как показано на фиг. 1Е, 1Н и 2, механизм плоской пружины содержит пружину 37 и верхний и нижний держатели 49, 51 пружины. Верхний и нижний держатели 49, 51 неподвижно установлены в полости 33, например, благодаря тому, что форма периметров держателей 49, 51 соответствует внутренней форме полости, или благодаря тому, что может удерживаться часть поверхности полости. Верхний и нижний держатели 49, 51 пружины могут быть идентичными. Свободная кромка 39 пружины 37 механизма плоской пружины расположена между верхней и нижней кромками 53 и 55 (фиг. 2) пружины, и пружина может иметь верхний и нижний язычки 57, 57 (фиг. 2), отходящие от верхней и нижней кромок, соответственно, и проходящих до фиксированной кромки 47 пружины. Верхний и нижний язычки 57 и 59 могут неподвижно располагаться в отверстиях 63 в верхнем и нижнем держателях 49 и 51 пружины (отверстие в нижнем держателе 51 пружины, который может быть идентичен верхнему держателю, показано на фиг. 1Н), соответственно, тем самым фиксируя фиксированную кромку 47 пружины 37 относительно корпуса 31. В разных ключах могут применяться разные держатели 49 и 51 пружины, которые имеют отверстия 63 в разных положениях, чтобы создавать разную величину смещения плоскости Р поверхности пружины 37 относительно оси А стержня 23. Таким образом, одни и те же корпус 31, стержень 23, шестерню 27 и пружины 37 можно применять с разными держателями 49, 51 пружины для создания динамометрических ключей, обеспечивающих затяжку с разными моментами. Держатели 49, 51 пружины, как обнаружилось, облегчают создание очень надежного крепления пружин 37 относительно корпуса 31. Чем надежнее такое крепление, тем в большей степени затяжка осуществляется только за счет отклонения пружины, что позволяет осуществлять затяжку с заданным моментом с высокой точностью и создать ключ минимального размера. Показанные S-образные держатели 49 и 51 пружины позволяют свести к минимуму количество материала, идущего на изготовление держателей, и в то же время ключ сохраняет вид сплошного изделия.
Шестерня 27 может быть неподвижной в осевом направлении относительно стержня 23 и может проходить на все расстояние между верхним и нижним держателями 49 и 51 пружины так, чтобы стержень был неподвижен в осевом направлении относительно корпуса 31. Стержень 23 может проходить в отверстиях 49' и 51' (фиг. 1Е) в верхней крышке 69 и нижней крышке 71 (фиг. 1Е и 2), которые определяют полость 33 корпуса 31, чтобы стержень 23 и шестерня 27 имели возможность вращения относительно корпуса. Верхняя крышка 69 и нижняя крышка 71 удерживают механизм плоской пружины в полости. Создавая разные механизмы плоской пружины, один и тот же корпус можно использовать для создания динамометрических ключей, которые позволяют осуществлять затяжку с разными моментами.
В варианте по фиг. 1А-2 механизм плоской пружины содержит две пружины 37, расположенные между верхним и нижним держателями 49 и 51 пружин на противоположных сторонах шестерни 29. Эти две пружины 37 могут быть осесимметричны. Как показано на фиг. 3А-3D, ключ 21' может иметь единственную пружину 37' (фиг. 1D). Наличие двух пружин может способствовать созданию динамометрического ключа, который ограничивает момент на более высоких величинах, чем ключ с единственной пружиной (с пружинами одного типа). В любом случае способ позиционирования пружин 37 или 37' относительно шестерни 29 облегчает создание динамометрического ключа с тонким профилем и хорошо адаптированным для применения в ограниченных пространствах. Можно также создавать ключи с более чем двумя пружинами, например, за счет более широкого или имеющего другую форму корпуса, например, круглого корпуса, чтобы можно было разместить дополнительные пружины.
На фиг. 3А-3В показано, как можно выполнять операцию затягивания, поворачивая ключ по часовой стрелке, пока он не достигнет предела передачи крутящего момента, когда пружины 37 отклоняются в положение, показанное на фиг. 3В. На фиг. 3С-3D показано, как можно выполнять операцию ослабления, поворачивая ключ против часовой стрелки. Как показано на фиг. 3А, когда корпус 31 поворачивают по часовой стрелке для затяжки объекта, например, крепежного элемента, сила F прилагается через концы 39 пружин 37 к направленным против часовой стрелки сторонам 45 зубьев 29 шестерни 27. Сила F действует по существу перпендикулярно пружине 37. Когда сила F превысит способность пружин 37 сопротивляться отклонению за точку, в которой зубья 29 шестерни 27 могут поворачиваться относительно корпуса, достигается предел крутящего момента этого ключа. Предел крутящего момента ключа можно задать, рассчитав величину крутящего момента, необходимого для отклонения пружин 37 на основе известной теории расчета балок на изгиб.
Для отпускания затянутого объекта, такого как крепежный элемент, ключ поворачивают против часовой стрелки, как показано на фиг. 3С-3D. В этом случае, обращенная по часовой стрелке поверхность 43 зубьев 29 шестерни поворачивается к концу 39 пружины 37, и сила F1 действует на пружину с противоположного направления, относительно затяжки, и это направление проходит в основном по длине пружины 37. Другими словами, сила F1 по существу параллельна длине пружины 37. Обычно угол (не показан) между силой F1 и направлением длины пружины должен быть меньше или равен 5 градусам и, более предпочтительно, меньше или равен 2,5 градусам. Приложение силы F1 приведет к короблению пружин 37, как показано на фиг. 3D. Таким образом, во время ослабления винта можно прилагать значительно большую силу. При нормальной эксплуатации ключа на практике коробление не возникает, оно просто показано на фиг. 3D для иллюстрации эффекта силы F1.
На фиг. 4А-5В показаны два варианта, которые можно применять в соединении с ручкой или, предпочтительно, обычной ручкой 73" с храповиком, показанным фантомными линиями на фиг. 4А-4В. На фиг. 5А-5В показан ключ 21", который по существу повторяет ключ 21 по фиг. 1А-1I, за исключением того, что на верхней крышке 69" ключа имеется штыревой соединитель 75". Стержень 23" может входить в полость 77" (фиг. 5В) внутри штыревого соединителя 75". Штыревой соединитель 75" является ответным относительно гнездового соединителя 79" на ручке с храповиком. На фиг. 6А-6В показан другой вариант ключа 21", применяемый с ручкой или с ручкой с храповиком (не показана на фиг. 6А-6В), однако в этом варианте верхний конец стержня 23"' вставлен в углубление 81"' (фиг. 6В) в верхней крышке 69"',а штыревой соединитель 75"' выполнен сплошным. Варианты, показанные на фиг. 5А-6В, могут быть особенно полезны, когда нужно прилагать силу затяжки, превышающую ту, которую можно обычно получить, используя один только корпус 31, являющийся рычагом. В некоторых случаях может оказаться полезным установить большее количество пружин, помимо двух, показанных на фиг. 1А-1I, и может быть полезно создать корпуса, имеющие менее прямоугольную форму и более скругленные, возможно, полностью круглые. Корпус 31 на фиг. 1А-1I показан прямоугольным, однако следует понимать, что он может иметь любую желаемую форму.
В настоящей заявке использование таких терминов, как "включающий", является открытым, и такие термины имеют такое же значение, что и "содержащий", и не исключают наличия другой структуры, материала или действий. Аналогично, применение таких терминов, как "может", "способный" является открытым и отражает тот факт, что структура, материал или действие не являются необходимыми, и отказ от применения таких терминов не является отражением того, что эти структуры, материал или действие являются существенными. В той степени, в которой структура, материал или действие являются существенными, они так и обозначены.
Хотя настоящее изобретение было показано и описано со ссылками на предпочтительный вариант, следует признать, что в него могут быть внесены изменения и замены, не выходящие за пределы объема изобретения, определяемого формулой.