КРЕСТООБРАЗНЫЙ ГАЕЧНЫЙ КЛЮЧ
FOUR-WAY NUT WRENCH

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к ручному инструменту, используемому для монтажа и демонтажа резьбовых крепежных элементов, преимущественно в ходовой части транспортных средств.
Из уровня техники известен крестообразный гаечный ключ, содержащий две пары соосно расположенных стержней, первые концы которых жестко соединены между собой, а на вторых концах стержней выполнены заодно с ними соответствующего размера торцевые гаечные головки, при этом ось первой пары стержней расположена перпендикулярно оси второй пары стержней (см. патент US - А - №2644359, 1948).
Однако известный из уровня техники крестообразный гаечный ключ имеет невысокие технико-эксплуатационные параметры, так как изменение величины крутящего момента при завинчивании, отвинчивании резьбового крепежного элемента осуществляется только за счет изменения величины прикладываемого пользователем усилия. Кроме того, известный крестообразный гаечный ключ является неразборным, а следовательно занимает много места при хранении.
Известен также крестообразный гаечный ключ, взятый в качестве прототипа и содержащий первый стержень квадратного сечения с торцевой гаечной головкой на концах и тремя фиксирующими углублениями (лунками), расположенными соответственно по его краям и посередине, второй стержень квадратного сечения с торцевой гаечной головкой на одном конце и рабочим наконечником на другом конце, а также с тремя лунками, расположенными соответственно по краям стержня и его середине, соединительную втулку с взаимодействующим с лунками на стержнях двухсторонним шариковым фиксатором, а также с первым квадратным сквозным отверстием, в котором размещен первый стержень с возможностью его продольного перемещения и фиксации в положениях, соответствующих его лункам, и вторым квадратным сквозным отверстием, в котором размещен второй стержень с возможностью его продольного перемещения и фиксации в положениях, соответствующих его лункам, при этом оси квадратных отверстий во втулке расположены в параллельных плоскостях и взаимно ортогональны, а двухсторонний шариковый фиксатор расположен в цилиндрическом отверстии, которое выполнено в соединительной втулке между ее квадратными сквозными отверстиями и ось которого перпендикулярна их осям (см. заявку DE - А1 - №19715081, 1998).
Хорошие технико-эксплуатационные параметры прототипа обусловлены тем, что установка стержней на соединительной втулке с возможностью их продольного перемещения относительно нее и фиксации их либо в одном из крайних, либо в среднем положении с помощью шарикового фиксатора обеспечивает возможность изменения длины плеча для прикладываемого в процессе завинчивания или отвинчивания резьбовых крепежных элементов силового воздействия. Иными словами, известный крестообразный гаечный ключ позволяет изменять величину крутящего момента как путем изменения величины прикладываемого пользователем мышечного усилия, так и за счет дополнительного изменения длины его плеча. Кроме того, известный крестообразный гаечный ключ легко разбирается и собирается и занимает мало места при хранении в разобранном состоянии.
Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает высокой надежности работы крестообразного гаечного ключа в процессе его длительной эксплуатации, поскольку период надежной работы известного крестообразного гаечного ключа определяется ресурсом пружины двухстороннего шарикового фиксатора, расположенной в труднодоступном для замены месте. Кроме того, размещение двухстороннего шарикового фиксатора в отверстии, расположенном между отверстиями в соединительной втулке квадратного сечения, приводит к увеличению трудоемкости процесса изготовления крестообразного гаечного ключа, а следовательно, к увеличению его стоимости.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению долговечности крестообразного гаечного ключа за счет повышения надежности работы и ремонтопригодности узлов, обеспечивающих фиксацию элементов крестообразного гаечного ключа друг относительно друга, при одновременном снижении трудоемкости его изготовления.
К
Поставленная задача решена тем, что в крестообразном гаечном ключе, содержащем элемент удлиненной формы с торцевыми гаечными головками на концах, призматический стержень с поперечным сечением в форме многоугольника с торцевой гаечной головкой на одном конце и рабочим наконечником на другом конце, а также, по крайней мере, тремя фиксирующими углублениями, одно из которых расположено в средней части стержня, а два других фиксирующих углубления расположены на одинаковом расстоянии относительно первого фиксирующего углубления, согласно изобретению фиксирующие углубления выполнены в виде кольцевых канавок, элемент удлиненной формы выполнен с, по крайней мере, тремя одинаковыми парами частично взаимопересекающихся отверстий с взаимно перпендикулярными осями, которые пересекают продольную ось элемента удлиненной формы под прямым углом, первое отверстие каждой пары частично взаимопересекающихся отверстий выполнено сквозным с той же многоугольной формой поперечного сечения, что и у призматического стержня, и с размерами, обеспечивающими поочередное размещение его в этих отверстиях с возможностью продольного перемещения, одно первое отверстие расположено посередине элемента удлиненной формы, а два других первых отверстия расположены на одинаковом расстоянии относительно него, при этом ребро боковой поверхности первого отверстия, пересекаемое соответствующим ему вторым отверстием в каждой паре частично взаимопересекающихся отверстий, расположено в диаметральной плоскости элемента удлиненной формы, перпендикулярной осям упомянутых выше вторых отверстий, в каждом из которых установлен самовозвратный кнопочный фиксатор, при этом каждый самовозвратный кнопочный фиксатор включает стержень с кольцевой проточкой, размещенный в соответствующем ему втором отверстии с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и фиксации в положении, соответствующем рабочему положению самовозвратного кнопочного фиксатора, при этом один конец стержня подпружинен относительно дна соответствующего ему второго отверстия, а на другом конце стержня выполнен толкатель, который выступает за пределы элемента удлиненной формы в рабочем положении самовозвратного кнопочного фиксатора, радиус R, соответствующий дну кольцевых канавок, выполненных в призматическом стержне, и расстояние Н между осями первого и второго отверстий в каждой паре частично взаимопересекающихся отверстий удовлетворяют соотношению:
K
1
оп
1
1
оп
пр
оп
пр
оп
K
R+R≤Н<R+R, где: R - радиус вторых отверстий [м] ; R- радиус окружности, описывающей многоугольник поперечного сечения первого отверстия или призматического стержня, а радиус - R кольцевой проточки и ее ширина h удовлетворяют соотношениям: R+R≤Н, h≥2(R-R)·tg[π(n-2)/2n], где n - число сторон правильного многоугольника поперечного сечения первого отверстия.
Преимущество предложенного крестообразного гаечного ключа по сравнению с прототипом заключается в том, что выполнение одного из стержней крестообразного гаечного ключа в виде элемента удлиненной формы с, по крайней мере, тремя одинаковыми парами частично взаимопересекающихся отверстий, одно из которых предназначено для размещения в нем другого стержня крестообразного гаечного ключа, а второе отверстие предназначено для размещения в нем соответствующего самовозвратного кнопочного фиксатора предложенной конструкции, который обеспечивает не только повышение надежности работы при длительной его эксплуатации по сравнению с используемым в прототипе двухсторонним шариковым фиксатором, но и ремонтопригодность узлов фиксации. Кроме того, отсутствие в предложенном крестообразном гаечном ключе элементов в труднодоступных местах приводит к снижению трудоемкости при его изготовлении и ремонте. Предложенное расположение ребра боковой поверхности каждого первого отверстия, пересекаемого соответствующим ему вторым отверстием в каждой паре частично взаимопересекающихся отверстий (а именно: ребро боковой поверхности каждого первого отверстия, пересекаемое соответствующим ему вторым отверстием, расположено в диаметральной плоскости элемента удлиненной формы, перпендикулярной осям вторых отверстий, в каждом из которых установлен самовозвратный кнопочный фиксатор), обеспечивает в широком диапазоне (с нижней нулевой границей) выбор ширины кольцевой канавки, выполненной на стержне каждого самовозвратного кнопочного фиксатора, а следовательно, обеспечивает возможность уменьшения его осевого размера по сравнению с любым другим расположением ребер боковой поверхности первых отверстий. Кроме того, поскольку из уровня техники не известно использование каких-либо самовозвратных кнопочных фиксаторов в гаечных ключах с изменяемой длиной плеча для крутящего момента, то можно сделать вывод о соответствии настоящего изобретения условиям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень".
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения ожидаемого технического результата приведенной выше совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 изображен крестообразный гаечный ключ, вид сверху, на фиг.2 - то же, вид сбоку, частичный разрез; на фиг.3 - самовозвратный кнопочный фиксатор в нерабочем положении.
Крестообразный гаечный ключ содержит призматический стержень 1 с поперечным сечением в форме многоугольника (треугольника, квадрата и т.д., но предпочтительно шестиугольника), преимущественно правильного, а также с торцевой гаечной головкой 2 на одном конце, рабочим наконечником 3 с шариковым фиксатором на другом конце и, по крайней мере, с тремя фиксирующими углублениями, выполненными в виде кольцевых канавок 4, 5 и 6. Кольцевая канавка 4 расположена в средней части призматического стержня 1, а две другие кольцевые канавки 5 и 6 расположены на одинаковом расстоянии относительно кольцевой канавки 4, например, на концевых участках призматического стержня 1. Кроме того, крестообразный гаечный ключ содержит элемент 7 удлиненной формы с, по крайней мере, одной, выполненной заодно с ним торцевой гаечной головкой 8 или 9 на концах, а также с, по крайней мере, тремя одинаковыми парами частично взаимопересекающихся отверстий 10 и 11, 12 и 18, 14 и 15 с взаимно перпендикулярными осями соответственно 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21, которые пересекают продольную ось 22 элемента 7 удлиненной формы под прямым углом. Первое отверстие каждой пары частично взаимопересекающихся отверстий, а именно 10, 12 и 14, выполнено сквозным с многоугольной формой поперечного сечения, одинаковой с формой поперечного сечения призматического стержня 1, и с размерами, обеспечивающими поочередное размещение в отверстиях 10, 12 и 14 призматического стержня 1 с возможностью его продольного перемещения, например, на скользящей посадке. Отверстие 10 расположено посередине элемента 7 удлиненной формы, а два других отверстия 12 и 14 расположены на одинаковом расстоянии относительно отверстия 10, например, на концевых участках элемента 1 удлиненной формы, при этом ребро боковой поверхности каждого первого отверстия 10, 12 и 14, пересекаемое соответствующим ему вторым отверстием 11, 13 и 15, расположено в диаметральной плоскости элемента 7 удлиненной формы, перпендикулярной осям 17, 19 и 21 вторых отверстий 11, 13 и 15, в каждом из которых установлен самовозвратный кнопочный фиксатор 23. Каждый самовозвратный кнопочный фиксатор 23 включает стержень 24 с кольцевой проточкой 25, размещенный в соответствующем ему втором отверстии 11 (13 и 15) с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и фиксации (за счет, например, завальцовки краев вторых отверстий) в положении, соответствующем рабочему положению самовозвратного кнопочного фиксатора 23, при этом один конец стержня 24 подпружинен относительно дна соответствующего ему второго отверстия 11 (13, 15) с помощью возвратной пружины 26, а на другом конце стержня 24 выполнен толкатель 27, выступающий за пределы элемента 7 удлиненной формы в рабочем положении самовозвратного кнопочного фиксатора 23. В предпочтительном варианте осуществления изобретения дно каждого второго отверстия 11, 13 и 15 выполнено в виде диска 28 с возможностью осевого перемещения его с помощью винта 29 (фиг.3).
1
К
К
1
оп
1
оп
пр
оп
пр
оп
K
В предпочтительном варианте осуществления изобретения кольцевые канавки 4÷6 имеют форму поперечного сечения в виде сегмента окружности с радиусом, равным радиусу R вторых отверстий 11, 13 и 15, при этом радиус R, соответствующий дну кольцевых канавок 4÷6, и расстояние Н между осями 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21 отверстий 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15 удовлетворяют соотношению; R+R≤Н<R+R, где R - радиус окружности, описывающей многоугольник поперечного сечения первых отверстий 10, 12 и 14 или многоугольник поперечного сечения призматического стержня 1. Здесь необходимо отметить, что кольцевые канавки 4÷6 могут быть выполнены и с другой формой поперечного сечения, а именно: прямоугольной, трапециевидной и т.п. формы. Радиус кольцевой проточки 25 Rи ее ширина h удовлетворяют соотношениям: R+R≤H; h≥2(R-R)·tg(α/2), где α - внутренний угол многоугольника поперечного сечения отверстий 10, 12 и 14, вершина которого лежит на ребре боковой поверхности упомянутых выше отверстий и которое пересекается соответствующим вторым отверстием. В случае правильных многоугольников α/2=π(n-2)/2n, где n - число сторон многоугольника. Элемент 7 удлиненной формы выполнен, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, ступенчатым в продольном направлении, иными словами с утолщениями в местах размещения каждой пары частично взаимопересекающихся отверстий, при этом в предпочтительном варианте осуществления изобретения число пар частично взаимопересекающихся отверстий равно либо трем либо пяти.
K
1
Крестообразный гаечный ключ используется следующим образом. Как обычно, перед монтажом или демонтажом резьбового соединения определяется необходимый для осуществления требуемой операции размер торцевой гаечной головки. После этого осуществляется сборка крестообразного гаечного ключа, при этом если среди торцевых гаечных головок 8 и 9, выполненных, например, заодно с элементом 7 удлиненной формы, окажется торцевая гаечная головка нужного размера, то в зависимости от доступности резьбового соединения и удобства осуществления операции монтажа или демонтажа призматический стержень 1 вставляется в одно из отверстий 10, 12, 14, выполненных в элементе 7 удлиненной формы, например в отверстие 12 (фиг.1). Для этого пользователь нажимает на расположенный рядом с выбранным им первым отверстием 12 толкатель 27, который в рабочем положении соответствующего ему самовозвратного кнопочного фиксатора 23 выступает за пределы элемента 7 удлиненной формы (фиг.2). Здесь необходимо отметить, что в рабочем положении (фиг.2) каждого самовозвратного кнопочного фиксатора 23 стержень 24 частично перекрывает соответствующее ему первое отверстие (10, 12 и 14). В результате нажатия (приложения усилия Р) на толкатель 27 стержень 24 перемещается в осевом направлении, происходит, во-первых, сжатие возвратной пружины 26, а во-вторых, полное открытие первого отверстия за счет того, что размер кольцевой проточки 25 на стержне 24 удовлетворяет соотношению R+R≤Н (фиг.3). После приведения (как описано выше) выбранного самовозвратного кнопочного фиксатора 23 в нерабочее положение конец призматического стержня 1, на котором расположен рабочий наконечник 3, вставляется в выбранное второе отверстие 12, выполненное в элементе 7 удлиненной формы, и перемещается в продольном направлении до совмещения кольцевой канавки 4, выполненной на призматическом стержне 1, с самовозвратным кнопочным фиксатором 23, который пользователь перевел в нерабочее положение. После этого усилие Р, прикладываемое к толкателю 27, снимается. В результате стержень 24 под действием возвратной пружины 26 перемещается в осевом направлении в исходное положение, при этом одновременно с частичным перекрытием первого отверстия 12 в элементе 7 удлиненной формы стержень 24 входит частично в кольцевую канавку 4. В результате обеспечивается более надежная фиксация (по сравнению с известными из уровня техники шариковыми фиксаторами) стержня 1 относительно элемента 7 удлиненной формы с помощью стержня 24, находящегося в отверстии 13 и частично в кольцевой канавке 4.
Далее, при монтаже резьбового соединения, торцевая гаечная головка элемента 7 удлиненной формы надевается на соответствующую ее размерам гайку или головку болта, а затем, удерживая элемент 7 удлиненной формы одной рукой и прикладывая другой рукой к концу стержня 1 усилие, необходимое для создания крутящего момента в направлении по часовой стрелке, осуществляют завинчивание резьбового крепежного элемента. При достижении максимально возможной при данной длине плеча величины крутящего момента самовозвратный кнопочный фиксатор 23 повторно переводится в нерабочее положение путем нажатия на соответствующий ему толкатель 27. После расстопорения призматического стержня 1 осуществляют его перемещение в продольном направлении до совмещения кольцевой канавки 5, выполненной в призматическом стержне 1, с переведенным пользователем в нерабочее положение самовозвратным кнопочным фиксатором 23. Затем усилие Р, прикладываемое к толкателю 27, снимают, и происходит надежная фиксация призматического стержня 1 относительно элемента 7 удлиненной формы за счет того, что стержень 24 под действием возвратной пружины 26 входит в обращенный к нему участок кольцевой канавки 5 (аналогично тому, как описано ваше). После этого осуществляется дозатяжка резьбового элемента благодаря увеличению в два раза плеча крутящего момента.
При демонтаже резьбового соединения призматический стержень 1 сначала фиксируется в положении, при котором с самовозвратным кнопочным фиксатором 23 совмещается выполненная в нем кольцевая канавка 6. Иными словами, отвинчивание резьбового крепежного элемента начинается путем приложения в направлении против часовой стрелки крутящего момента максимальной величины. В дальнейшем при необходимости плечо крутящего момента может быть уменьшено за счет перемещения призматического стержня 1 в положение, при котором с самовозвратным кнопочным фиксатором 23 совмещается выполненная в нем кольцевая канавка 4.
Если торцевая гаечная головка нужного размера расположена на призматическом стержне 1 или находится среди сменных торцевых гаечных головок, то призматический стержень 1 вставляется (аналогично тому, как описано выше) в отверстие 10, выполненное в элементе 7 удлиненной формы, если для завинчивания или отвинчивания резьбового крепежного элемента не требуется крутящего момента большой величины. Если же при завинчивании или отвинчивании резьбового крепежного элемента необходимо обеспечить большую величину крутящего момента, то призматический стержень 1 вставляется в одно из крайних отверстий 12 или 14 в зависимости, во-первых, от того, используется ли торцевая гаечная головка 2 или сменная торцевая гаечная головка, а во-вторых, осуществляется операция завинчивания или отвинчивания резьбового крепежного элемента. Операции отвинчивания и завинчивания в этом случае осуществляются аналогично тому, как описано выше.
Для обеспечения установки необходимой упругости возвратных пружин 26 дно вторых отверстий 11, 13 и 15 выполняется подвижным (фиг.3). Изменение упругости возвратных пружин 26 обеспечивается путем ввинчивания или завинчивания винта 29 на требуемую величину, при этом происходит соответственно увеличение или уменьшение упругих параметров возвратных пружин 26.
Предлагаемый крестообразный гаечный ключ может быть использован в различных отраслях промышленности, в частности автомобилестроении, а также в автосервисе.