ГАЕЧНЫЙ КЛЮЧ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ИЛИ РЕГУЛИРУЕМОГО НАИБОЛЬШЕГО КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
VARIABLE- OR INVARIABLE-TORQUE WRENCH

Область техники
Изобретение относится к гаечному ключу, способному обеспечивать постоянный или регулируемый наибольший крутящий момент на наружной части (винте, гайке и так далее) и вызывать вращение упомянутой части.
Предшествующий уровень техники
Гаечные ключи, предназначенные для обеспечения постоянного или регулируемого наибольшего крутящего момента на наружной части (винте, гайке и так далее), являются по существу ручными инструментами, которые используются для затягивания или ослабления наружных частей, которые, вследствие их механических свойств или условий их работы, требуют очень определенного момента затяжки или момента затяжки, который не превосходит определенного значения. Обычно эти типы гаечных ключей содержат упругий элемент с предварительным напряжением, которое изменяется согласно требуемому моменту затяжки. Два типа гаечных ключей используются в настоящее время: динамометрические ключи и гаечные ключи с ограничением момента затяжки.
Динамометрические ключи имеют визуальную шкалу, которая позволяет пользователю выбирать крутящий момент, прикладываемый к наружной части. Этот тип гаечного ключа (примеры которого описаны в US 3670602 и US 4827813) имеет индикатор, который облегчает выбор крутящего момента.
Гаечные ключи с ограничением момента затяжки (примеры которых описаны в US 3701295, GB 1436492 и WO 2006/029542 A1) являются гаечными ключами, которые позволяют обеспечить только определенный или постоянный крутящий момент. Этот тип гаечного ключа может являться регулируемым (например, GB 1436492), другими словами, гаечный ключ может позволить выбрать величину крутящего момента.
Известные гаечные ключи имеют некоторые недостатки, такие как тот факт, что они сложны в использовании, не могут быть использованы в здравоохранении и что пользователь должен приложить значительное усилие, для того чтобы приложить крутящий момент, и так далее.
В отдельных случаях трудно использовать гаечные ключи на основе пружины, поскольку, чем больше значение крутящего момента, на который пользователь желает отрегулировать гаечный ключ, тем большее усилие пользователь должен приложить, чтобы отрегулировать гаечный ключ (выбрать значение крутящего момента). В результате, большие значения крутящего момента не могут быть достигнуты в гаечных ключах на основе пружины, поскольку это потребует прикладывания невозможного усилия. Кроме того, гаечные ключи на основе пружины страдают от так называемого «оплыва» (увеличение деформации материала, когда постоянное напряжение приложено к нему), что вызывает меньшее натяжение пружины и изменяет величину крутящего момента.
Изобретение имеет целью устранение недостатков, влияющих на существующие гаечные ключи.
Краткое описание изобретения
Задачей изобретение является обеспечение гаечного ключа, который обеспечивает прикладывание наибольшего крутящего момента к части (винту, гайке и так далее) для вращения части, в котором крутящий момент, обеспечиваемый гаечным ключом, ограничен управляемым продольным изгибом некоторых внутренних вытянутых металлических деталей гаечного ключа. Оригинальный гаечный ключ, таким образом, содержит, по меньшей мере, одну вытянутую металлическую деталь, снабженную неподвижным концом и толкающим концом, в которой толкающий конец действует на головку, прикладывающую крутящий момент. Вытянутая металлическая деталь способна выдерживать продольный изгиб, когда крутящий момент прикладывается гаечным ключом. По мере того как прикладываемый крутящий момент увеличивается, изгиб увеличивается, таким образом увеличивая силу, которую вытянутая металлическая деталь прикладывает на головку, прикладывающую крутящий момент. В определенный момент вытянутая металлическая деталь достигает наибольшей определенной точки продольного изгиба, в которой гаечный ключ обеспечивает его наибольший крутящий момент. Наибольший крутящий момент, таким образом, определен наибольшим продольным изгибом вытянутой металлической детали.
В одном варианте выполнения изобретения толкающий конец толкает собачку, содержащуюся в головке, прикладывающей крутящий момент. Когда вытянутая металлическая деталь достигает точки наибольшего продольного изгиба, толкающий конец прикладывает силу на головку, прикладывающую крутящий момент, которая достаточно велика, чтобы головка, прикладывающая крутящий момент, перешла в следующее положение, таким образом ограничивая крутящий момент, обеспечиваемый гаечным ключом. Головка, прикладывающая крутящий момент, предпочтительно издает «щелкающий» звук, когда она переходит в следующее положение, предупреждая пользователя о том, что гаечный ключ достиг своего наибольшего крутящего момента.
В другом варианте выполнения изобретения вытянутая металлическая деталь составлена из множества частей, присоединенных посредством шарнирного соединения к головке, прикладывающей крутящий момент. В этом варианте выполнения точка, в которой наибольший крутящий момент был достигнут, обозначена набором частей, поворачивающихся относительно головки, прикладывающей крутящий момент, на угол наибольшего вращения, и не «щелчком» или другим сигналом, издаваемым головкой, прикладывающей крутящий момент, как в предшествующем варианте выполнения.
Предполагаются различные варианты выполнения в зависимости от длины продольного изгибания и момента вытянутой металлической детали. Рассматриваются варианты выполнения, в которых длина продольного изгибания и момент постоянны, таким образом приводя к гаечным ключам с постоянным наибольшим крутящим моментом (гаечным ключам, чей наибольший крутящий момент не регулируется пользователем). Альтернативно, рассматриваются варианты выполнения, в которых либо длина продольного изгибания, либо момент изменяемы (регулируются пользователем) и которые, следовательно, обеспечивают гаечные ключи с регулируемым наибольшим крутящим моментом. Также предполагаются варианты выполнения, в которых как длина продольного изгибания, так и момент настраиваемы.
Оригинальный гаечный ключ имеет некоторые преимущества по сравнению с традиционными гаечными ключами на основе пружины. Во-первых, его легче использовать, поскольку усилие, требуемое для настройки крутящего момента, минимально и не зависит от значения крутящего момента, на который гаечный ключ настраивается. В традиционных гаечных ключах, содержащих пружины, пользователь должен преодолеть усилие предварительного напряжения пружины при условии, что чем больше прикладываемый крутящий момент, тем больше деформация пружины, усилие предварительного напряжения также возрастает (в соответствии с законом Гука), причем пользователю, таким образом, требуется приложить возросшее усилие. В гаечном ключе, основанном на изгибе, однако, отсутствует усилие предварительного напряжения, которое заставляет пользователя прикладывать большее усилие. Это также ведет к дополнительному преимуществу, которое состоит в том, что гаечный ключ, основанный на изгибе, может обеспечивать большие крутящие моменты.
График на фиг.20, который показывает силу, которая должна быть приложена к пружине (толстая ступенчатая линия) и к оригинальной вытянутой металлической детали (тонкая изогнутая линия) в зависимости от требуемого перемещения или деформации этих частей, обеспечивает лучшее понимание этого процесса. Как показано, сила, которую пружина должна приложить к толкающему концу, чтобы создать перемещение d, равное нулю, очень велика, практически наибольшая сила. В изобретении, однако, сила на толкающем конце в исходном положении равна нулю, поскольку вытянутая металлическая деталь не изогнута. Этот эффект обеспечивает то, что почти любая сила требуется, чтобы отрегулировать оригинальный гаечный ключ. Штрихпунктирная линия показывает наибольшую точку перемещения, в которой храповый механизм переходит к следующему зубу.
Дополнительным преимуществом изобретения является тот факт, что материал, из которого выполнена вытянутая металлическая деталь, работает, только когда приложен крутящий момент, таким образом предотвращая появление «оплыва».
Краткое описание чертежей
Детали изобретения можно увидеть на сопровождающих неограничивающих чертежах:
фиг.1 показывает первый вариант выполнения гаечного ключа согласно изобретению, в котором наибольший крутящий момент, который может быть обеспечен гаечным ключом, постоянен.
Фиг.2 показывает разобранный вид предшествующего гаечного ключа.
Фиг.3 показывает второй вариант выполнения гаечного ключа согласно изобретению, в котором наибольший крутящий момент, который может быть обеспечен гаечным ключом, выполнен с возможностью изменения.
Фиг.4 показывает разобранный вид предшествующего гаечного ключа.
Фиг.5 показывает два продольных вида в сечении гаечного ключа с фиг.3 и 4.
Фиг.6 показывает третий вариант выполнения гаечного ключа согласно изобретению, в котором наибольший крутящий момент, который может быть обеспечен гаечным ключом, выполнен с возможностью изменения.
Фиг.7 показывает подвижную крышку с фиг.3.
Фиг.8 показывает подвижную крышку с фиг.6.
Фиг.9 показывает альтернативный вариант выполнения вытянутой металлической детали.
Фиг.10-13 показывают деталь управления с фиг.9 в разнообразных положениях.
Фиг.14 и 15 показывают другой вариант выполнения изобретения, отрегулированный двумя различными способами.
Фиг.16 и 17 соответственно показывают перспективный вид и перспективный вид в сечении другого варианта выполнения изобретения.
Фиг.18 и 19 показывают вид сверху в сечении гаечного ключа с фиг.16 и 17 в его начальном положении и в его положении наибольшего крутящего момента, соответственно.
Фиг.20 показывает график силы, которую необходимо приложить к пружине и к оригинальной вытянутой металлической детали, в зависимости от требуемого перемещения или деформации этих деталей.
Подробное описание изобретения
Гаечный ключ согласно изобретению, который позволяет обеспечить наибольший крутящий момент на вращающейся наружной части (например, винте, гайке и так далее), отличается тем, что он содержит, по меньшей мере, одну вытянутую металлическую деталь, которая толкает головку, прикладывающую крутящий момент. Вытянутая металлическая деталь способна продольно изгибаться, в результате чего, когда нагрузка достигает наибольшей величины вследствие продольного изгиба, сила, приложенная вытянутой металлической деталью к головке, прикладывающей крутящий момент, не способна удерживать головку, прикладывающую крутящий момент, в ее положении. Головка, прикладывающая крутящий момент, затем переходит в следующее положение на зубчатом колесе, таким образом снова уменьшая крутящий момент. В результате, нагрузка наибольшего продольного изгиба вытянутой металлической детали определяет наибольший крутящий момент, который гаечный ключ способен обеспечивать.
Гаечный ключ согласно изобретению может иметь постоянный наибольший крутящий момент или регулируемый наибольший крутящий момент в зависимости от того, постоянны или изменяемы длина продольного изгибания и момент вытянутой металлической детали.
Фиг.1 показывает первый вариант выполнения оригинального гаечного ключа (1). В упомянутом варианте выполнения наибольший крутящий момент, который гаечный ключ (1) способен обеспечивать, постоянен. Гаечный ключ (1) содержит неподвижный кожух (2), который выполняет функцию ручки. Головка (6), прикладывающая крутящий момент, расположена на одном конце неподвижного кожуха (2). Головка (6), прикладывающая крутящий момент, состоит из набора частей, которые позволяют фактически свободное вращение в одном направлении и которые управляют (посредством силы, приложенной к зубчатому колесу) наибольшим крутящим моментом, который может быть приложен в другом направлении (направлении затягивания).
Фиг.2 показывает разобранный вид предшествующего гаечного ключа (1). Помимо головки (6), прикладывающей крутящий момент, и неподвижного кожуха (2) гаечный ключ (1) содержит вытянутую металлическую деталь (3), которая размещена внутри неподвижного кожуха (2). Один из концов вытянутой металлической детали (3) является неподвижным концом (4), в то время как противоположный конец является толкающим концом (5). Толкающий конец (5) толкает собачку (17) головки (6), прикладывающей крутящий момент. Головка (6), прикладывающая крутящий момент, показанная на фигуре, содержит корпус (15), который обеспечивает структурную опору головке (6), прикладывающей крутящий момент, и сохраняет ее внутренние части изолированными от внешней части, зубчатое колесо (16), которое обеспечивает относительное вращение наружной части (винта и так далее) относительно гаечного ключа (1) и собачки (17), чья функция заключается в эффективном прикладывании силы, приложенной толкателем (7), к зубчатому колесу (16).
В показанном варианте выполнения толкающий конец (5) вытянутой металлической детали (3) толкает толкающий элемент (7), который в свою очередь толкает собачку (17). С другой стороны, неподвижный конец (4) толкает другой толкающий элемент (10). Стопорный элемент (8) соединяет головку (6), прикладывающую крутящий момент, с неподвижным кожухом (2) и также ограничивает осевое перемещение, приложенное к толкателю (7). Другой стопорный элемент (9) ограничивает перемещение толкателя (10). Вытянутая металлическая деталь (3) способна продольно изгибаться, когда собачка (17) оказывает сопротивление, причем гаечный ключ (1) работает следующим образом: пользователь поворачивает гаечный ключ (1) с увеличивающимся крутящим моментом до тех пор, пока вытянутая металлическая деталь (3) не достигнет определенной нагрузки, которая вызовет продольное изгибание. В конечном счете, продольное изгибание заставляет толкающий конец (5) прикладывать достаточную силу к собачке (17), так чтобы собачка (17) перешла в следующее положение зубчатого колеса (16), таким образом ограничивая крутящий момент, обеспечиваемый гаечным ключом (1).
Фиг.3 и 4 показывают второй вариант выполнения гаечного ключа согласно изобретению, в котором наибольший крутящий момент, обеспечиваемый гаечным ключом, выполнен с возможностью изменения. В этом случае гаечный ключ (1) дополнительно содержит средство для изменения длины продольного изгибания вытянутой металлической детали (3) и, в результате, для изменения наибольшего крутящего момента, обеспечиваемого гаечным ключом (1). В этом случае упомянутое средство принимает форму подвижной детали (11), которая прижимает вытянутую металлическую деталь (3) в изменяемой точке (P), причем подвижная деталь (11) способна управляться снаружи гаечного ключа (1).
Предпочтительно, подвижная деталь (11) управляется снаружи гаечного ключа (1) посредством болта (12). Упомянутый болт (12) зацеплен с подвижным кожухом (13), который обеспечивает перемещение упомянутого болта (12). Для этого подвижный кожух (13) предпочтительно имеет винтовую канавку (14), в которой перемещается болт (12), в результате чего вращение подвижного кожуха (13) вызывает осевое перемещение болта (12).
Фиг.5 показывает два продольных вида в сечении гаечного ключа (1) с фиг.3 и 4. Для ясности не все части показаны. Два вида показывают, как возможно выбрать требуемый крутящий момент: в зависимости от угла, на который подвижный кожух (13) поворачивается, подвижная деталь (11) скользит на некоторое расстояние, изменяя длину продольного изгибания (L) и, в результате, прикладываемый крутящий момент. На верхней фигуре подвижная деталь (11) расположена левее, причем точка (P) в результате расположена в самой дальней возможной границе слева. Длина продольного изгибания (L) вытянутой металлической детали (3), следовательно, очень велика, причем наибольший крутящий момент, обеспечиваемый гаечным ключом (1), в результате относительно мал. На нижней фигуре подвижная деталь (11) и, в результате, точка (P) переместились на некоторое расстояние вправо. Длина продольного изгибания (L), следовательно, меньше, чем на верхней фигуре, и наибольший крутящий момент, обеспечиваемый гаечным ключом (1), больше.
В гаечном ключе, показанном на фиг.3 и 4, винтовая канавка (14) имеет постоянный шаг. Другими словами, зависимость между углом поворота и прикладываемым крутящим моментом нелинейна (равное увеличение угла не соответствует равному увеличению крутящего момента). Подвижный кожух (13), снабженный винтовой канавкой (14) с постоянным шагом, можно увидеть на фиг.7.
Альтернативно, фиг.6 показывает другой вариант выполнения гаечного ключа (1) согласно изобретению, в котором наибольший крутящий момент, обеспечиваемый гаечным ключом, выполнен с возможностью изменения, как на фиг.3 и 4, но в котором винтовая канавка (14) имеет переменный шаг. В этом случае зависимость между углом поворота и прикладываемым крутящим моментом может быть линейной (равные углы поворота соответствуют равным изменениям крутящего момента) или как требуется пользователю. Другими словами, обеспечение переменного шага позволяет установить линейную зависимость между углом поворота подвижного кожуха (13) и наибольшим крутящим моментом, обеспечиваемым гаечным ключом (1). Это делает регулировку наибольшего крутящего момента гаечного ключа (1) более интуитивным процессом для пользователя. Подвижный кожух (13), снабженный винтовой канавкой (14) с переменным шагом, можно увидеть на фиг.8.
Фиг.9 показывает альтернативный вариант выполнения изобретения. В этом случае вытянутая металлическая деталь (3) фактически является набором нескольких вытянутых металлических деталей в виде стержней, в этом примере всего пять стержней. Гаечный ключ (1) содержит деталь (18) управления, которая обеспечивает выбор некоторого количества стержней, способных продольно изгибаться, и, следовательно, регулировку наибольшего крутящего момента, обеспечиваемого гаечным ключом (1). Другими словами, настоящий вариант выполнения обеспечивает регулировку момента вытянутой металлической детали (3), образованной набором нескольких вытянутых металлических деталей. Для этой цели деталь (18) управления может вращаться и содержит множество отверстий (19), выполненных с возможностью пропускания некоторых стержней, так чтобы упомянутые стержни не могли продольно изгибаться.
Фиг.10-13 показывают различные положения, которые деталь (18) управления может занимать, чтобы обеспечить изменение количества изгибаемых стержней и, следовательно, регулировку момента набора стержней (и, в результате, наибольший крутящий момент гаечного ключа).
На фиг.10 деталь (18) управления расположена в положении, в котором имеется только одно отверстие (19), выровненное со стержнями. В результате, центральный стержень не изгибается, тогда как другие четыре стержня (два с каждой стороны от центрального стержня) изгибаются, причем деталь (18) управления выполняет функцию ограничителя для последнего.
На фиг.11 деталь (18) управления повернулась в положение, в котором два отверстия (19) выровнены со стержнями, в результате чего три стержня продольно изгибаются и два стержня не изгибаются.
На фиг.12 деталь (18) управления повернулась в положение, в котором три отверстия (19) выровнены со стержнями, в результате чего два стержня продольно изгибаются и три стержня не изгибаются (конструкция показана на фиг.9).
Наконец, на фиг.13 деталь (18) управления повернулась в положение, в котором четыре отверстия (19) выровнены со стержнями, в результате чего один стержень продольно изгибается и четыре других стержня не изгибаются.
Фиг.14 и 15 показывают другой вариант выполнения изобретения, в котором две предшествующие идеи объединены (изменение точки инерции и изменение длины продольного изгибания). Гаечный ключ (1) содержит несколько вытянутых металлических деталей (3) в виде стержней и средство выбора как количества вытянутых металлических деталей (3), способных продольно изгибаться, так и длины продольного изгибания упомянутых металлических деталей (3). В частности, содержатся деталь (18) управления и подвижная деталь (11), такие как описаны на предшествующих фигурах. На фиг.14 гаечный ключ отрегулирован таким образом, что только один стержень может быть изогнут и с большой длиной продольного изгибания (L), тогда как на фиг.15 деталь (18) управления и подвижная деталь (11) отрегулированы таким образом, что три стержня с меньшей длиной продольного изгибания (L) могут быть изогнуты.
Фиг.16 и 17 соответственно показывают перспективный вид и перспективный вид в сечении еще одного варианта выполнения гаечного ключа (1) согласно изобретению. В этом случае вытянутая металлическая деталь (3) образует часть набора частей (20), присоединенного посредством шарнирного соединения (21) к головке (6), прикладывающей крутящий момент.
Фиг.18 и 19 показывают вид сверху в сечении гаечного ключа (1) в его начальном положении и в его положении наибольшего крутящего момента соответственно.
Этот вариант выполнения работает следующим образом. Пользователь начинает использовать гаечный ключ (1) в положении, показанном на фиг.1, в котором набор частей (20) выровнен с головкой (6), прикладывающей крутящий момент. Когда пользователь прикладывает увеличивающуюся силу, то есть когда гаечный ключ (1) прикладывает увеличивающийся крутящий момент, набор частей (20) начинает поворачиваться относительно головки (6), прикладывающей крутящий момент, и вытянутая металлическая деталь (3) начинает продольно изгибаться. Вытянутая металлическая деталь (3) затем достигает ее точки наибольшего продольного изгиба, и набор частей (20) больше не способен продолжать вращение относительно головки (6), прикладывающей крутящий момент (ситуация показана на фиг.19). В этой точке гаечный ключ (1) показывает, что он достиг своего наибольшего крутящего момента.
В этом варианте выполнения, следовательно, точка, в которой наибольший крутящий момент был достигнут, обозначена набором частей (20), поворачивающимся относительно головки (6), прикладывающей крутящий момент, на угол наибольшего вращения и не «щелчком» или другим сигналом, издаваемым головкой, прикладывающей крутящий момент, как в предыдущем варианте выполнения. Кроме того, точка, в которой прикладывается крутящий момент (которая расположена приблизительно в шарнирном соединении (21), другими словами, прямо там, где действует толкающий элемент (7)), расположена дальше от оси вращения наружной части (винта, гайки и так далее), к которой необходимо обеспечить крутящий момент. Поэтому при обеспечении некоторого крутящего момента вытянутая металлическая деталь (3) не должна продольно изгибаться в этом варианте выполнения так сильно, как в предыдущем варианте выполнения.
В этом варианте выполнения крутящий момент прикладывается к области шарнирного соединения (21) вместо собачки (17) и зубчатого колеса (16) головки (6), прикладывающей крутящий момент, что имело место в варианте выполнения, показанном на предыдущих фигурах. Это делает конструкцию гаечного ключа (1) легче, поскольку форма частей, относящихся к шарнирному соединению (21), такова, что эти части могут быть относительно легко и эффективно по стоимости изготовлены из прочных материалов (которые в свою очередь способны выдерживать высокие крутящие моменты); остальная часть гаечного ключа (1) может быть изготовлена используя материалы обычной прочности.
В варианте выполнения, показанном на фиг.16-19, шарнирное соединение (21) образовано множеством шариков (22), хотя изобретение не ограничено в этом смысле и предполагает множество альтернативных или дополнительных вариантов выполнения.