CN109571336B - 双棘爪棘轮机构及换向方法 - Google Patents

Abstract

公开的一种可逆式棘轮扳手机构，具有用于在第一和第二驱动方向上选择性地与棘轮齿轮啮合的棘爪支架。所述棘爪支架与至少一个棘爪可操作地联接。所述棘爪支架包括至少一个凹部，以至少部分地容纳至少一个棘爪。当棘爪支架在第一和第二驱动方向之间操作时，至少一个棘爪在凹部内可绕其中心部分转动。

Description

双棘爪棘轮机构及换向方法

技术领域

本发明大体涉及双棘爪棘轮机构。更具体地，本发明涉及一种改进的可逆式双棘爪装置和方法。

背景技术

当前，有许多的双棘爪棘轮机构是已知的或被使用。典型地，这些机构包含在诸如扳手和/或螺丝刀等工具中，使得存在可与例如螺栓头接合的驱动部分。可以为双棘爪棘轮机构选择第一驱动方向，使得当工具与螺栓头接合并在第一方向上转动时，该工具的使用提供了扭矩，而当该工具在第二方向上转动时，该工具将滑动或者松脱。可以为双棘爪棘轮机构选择与上述第一驱动方向相反的第二驱动方向，并且在相反的方向上提供扭矩和滑动。

在操作可逆式双棘爪机构时，典型地存在手动致动部分(通常称之为换向杆)，该手动致动部分实现一个棘爪的接合和第二个棘爪的脱离。驱动部分的驱动方向取决于两个棘爪中的哪一个棘爪是接合的。

发明内容

本发明提供了一种细齿棘轮扳手，包括用于在第一驱动方向和第二驱动方向上选择性地与棘轮齿轮啮合的棘爪机构。该棘爪机构包括与至少一个棘爪可操作地联接的棘爪支架。该棘爪支架包括至少一个凹部，至少一个凹部至少部分地容纳至少一个棘爪。当棘爪机构在第一驱动方向和第二驱动方向之间操作时，至少一个棘爪在凹部内可绕其中心部分转动。本发明允许细齿和其他的棘轮扳手以更低的成本和复杂度来制造。

在一方面，可逆式棘轮装置包括：棘轮主体，其中具有腔室；棘爪支架，设置在棘轮主体的腔室内并且可操作以用于选择驱动方向。当棘爪支架转动时，棘爪支架可操作地与可绕中心部分转动的第一棘爪联接。可逆式棘轮装置还包括棘轮齿轮，棘轮齿轮具有驱动部分和带齿部分。该棘轮齿轮的带齿部分可转动地设置在棘轮主体的腔室内并且可与第一棘爪啮合。棘轮齿轮的驱动部分伸出棘轮主体的腔室，并且可啮合以用于传递来自可逆式棘轮装置的运行的扭矩。可逆式棘轮装置还包括可附接至棘轮主体的盖板，以用于关闭腔室。盖板具有孔，该孔构造成用于容纳棘轮齿轮的驱动部分，使得棘轮齿轮伸出腔室。

在另一方面，可逆式棘轮装置包括：棘轮主体，其中具有腔室；棘轮齿轮，具有驱动部分和带齿部分。带齿部分可转动地设置在棘轮主体的腔室内。驱动部分伸出棘轮主体的腔室，并且可啮合以用于传递来自可逆式棘轮装置的运行的扭矩。可逆式棘轮装置还包括在棘轮主体的腔室内的棘爪支架。棘爪支架与至少一个棘爪可操作地联接，对于选定的驱动方向，至少一个棘爪选择性地与棘轮齿轮的带齿部分可啮合。当棘爪支架被操作时，至少一个棘爪可绕其中心部分转动。可逆式棘轮装置还包括附接至棘轮主体的盖板，以用于关闭腔室。盖板具有孔，该孔构造成用于容纳棘轮齿轮的驱动部分，使得驱动部分伸出孔的腔室。

在又一方面，可逆式棘轮装置包括棘轮主体，其中具有腔室。棘轮主体还包括第一侧，该第一侧具有与腔室连通的第一主体开口。可逆式棘轮装置还包括换向杆，换向杆通过第一主体开口至少部分地设置在棘轮主体的腔室内部。可逆式棘轮装置还包括棘爪支架，棘爪支架与至少一个棘爪可操作地联接，并且棘爪支架在棘轮主体内部与换向杆选择性地联接。当通过换向杆操作棘爪支架时，至少一个棘爪可绕其中心部分转动。可逆式棘轮装置还包括棘轮齿轮，棘轮齿轮具有驱动部分和带齿部分。带齿部分可转动地设置在棘轮主体的腔室内并且与至少一个棘爪可啮合。驱动部分伸出棘轮主体的腔室，并且可啮合以用于传递来自装置的运行的扭矩。可逆式棘轮装置还包括附接至棘轮主体的第一侧的盖板，以用于关闭腔室。盖板具有孔，该孔构造成用于容纳棘轮齿轮的驱动部分。

附图说明

为了便于理解所要保护的主题，在附图中示出了其的实施例。通过审阅附图，当结合以下描述考虑时，所要保护的主题的结构、操作和很多优点应该是容易理解和意识到的。

图1是根据本发明的棘轮工具头的分解透视图；

图2是图1所示的棘轮工具头的第二分解透视图；

图3是图1所示的已组装的棘轮工具头的底部平面图；

图4是移除了盖子和间隔件(spacer)的图1所示的已组装的棘轮头的放大俯视图；以及

图5是移除了盖子和间隔件的图1所示的已组装的棘轮头的第二放大俯视图。

具体实施方式

尽管本发明可以有许多不同形式的实施例，但是以下将结合附图对本发明的优选实施例进行详细地描述，可以理解的是，以下公开的内容仅作为本发明原理的示例，并非旨在将本发明的广泛方面限制于所示出或公开的任一个或多个的实施例。如本文中所用的，术语“本发明”并不旨在限制要求保护的发明范围，而是仅出于解释目的用于讨论本发明的示例性实施例的术语。

本发明的实施例大体上包括一种工具，诸如细齿(fine tooth)棘轮扳手。该细齿棘轮扳手包括用于在第一驱动方向和第二驱动方向上选择性地与棘轮齿轮啮合的棘爪机构。该棘爪机构包括至少一个棘爪和至少一个凹部，至少一个凹部至少部分地容纳至少一个棘爪。当棘爪机构在第一驱动方向和第二驱动方向之间操作时，该至少一个棘爪在凹部内可绕其中心部分转动。本发明允许细齿和其他的棘轮扳手以更低的成本和复杂度来制造。

首先参考图1和图2，示出了棘轮头10。虽然棘轮头10被示出为具有用于与细长手柄上的轭连接的连接端12，但是应该理解，棘轮头10可能具有集成的手柄。棘轮头10包括主体14，主体14包括连接端12并具有腔室16，腔室16用于容纳棘轮头10的用于向工件(未图示，例如，套筒或其他工具，和/或紧固件)提供扭矩的内部组件和外部组件。

棘轮头10是双棘爪棘轮类型扳手，其允许用户有选择地确定扭矩方向。更详细地，棘轮头10包括选择性地与棘轮齿轮24啮合的第一棘爪20和第二棘爪22，棘轮齿轮24可操作地可与工件啮合。当第一棘爪20与棘轮齿轮24啮合时，在棘轮头10沿第一转动驱动方向转动的情况下，允许扭矩驱动，而在棘轮头10沿与第一转动驱动方向相反的第二转动驱动方向转动的情况下，发生滑移。相反地，当第二棘爪22与棘轮24啮合时，第一棘爪20移动脱离与棘轮齿轮24的啮合，并且在棘轮头10沿第二驱动方向转动的情况下，允许扭矩驱动，而在棘轮头10沿第一驱动方向转动的情况下，发生滑移。

可以看出，腔室16包括用于容纳和保持位于其中的部件的若干部分。棘轮齿轮24容纳在腔室16的大的大体上圆形的第一部分中，这个部分在此被称为驱动腔26。棘轮齿轮24具有大体上圆形的主体部分28，主体部分28具有位于圆周面32上的棘轮齿30；棘轮齿轮24还具有驱动柱或者突出部38，驱动柱或者突出部38可以是驱动方杆。棘轮齿30与形成在棘爪20、22上的棘爪齿40啮合，用于选择性地与棘爪20、22啮合，从而通过驱动柱38提供驱动。棘轮齿轮24还可以具有容纳在驱动腔26下方的圆形凹部36中的圆形下部支承部分34，尽管这可以省略，但是具有支承部分34有助于棘轮齿轮24在腔室16内部的定心和保持。一旦棘轮头10被组装，盖板50例如通过螺钉54固定在主体14上并位于腔室16的上部52中。盖板50包括圆形孔56，驱动柱38通过该圆形孔56伸出以用于可操作地与工件啮合。圆形孔56还限定了支承面58(在图2中示出)，以用于驱动柱38保持和定位棘轮齿轮24。

棘爪20、22位于腔室16的另外部分，这个另外部分在此被称为棘爪腔60。驱动腔26和棘爪腔60部分重叠或者连通，以允许棘爪20、22移动进入或者脱离与棘轮齿轮24的棘轮齿30的啮合。

如将在下文中更详细地讨论的，提供了用于选择性地使棘爪20、22与棘轮齿轮24相啮合或者相脱离的致动器，在此称之为换向杆70。换向杆70容纳在腔室16的另外的圆形腔部分，另外的圆形腔部分在此被称为致动器腔72(在图1和2中示出)。通孔74(图2中示出)设置在主体14的底部。换向杆70可以通过通孔74从致动器腔72伸出，使得以换向杆70的杆部76形式的致动器部分位于棘轮头10的外部，并且可以由用户手动操作该致动器部分来选择驱动方向，如图3中最佳示出的。密封件(未图示)围绕位于通孔74中的换向杆70部分设置，以阻止或者防止污染物进入棘轮头10的工作部分。通过将换向杆70的杆部76从棘轮主体14的第一侧(如图1和2中示出的上侧)插入致动器腔72中，并且通过将杆部76穿过通孔74伸出棘轮主体14的第二侧，使换向杆70与主体14组装在一起，这提升了利用密封件防止污染物进入的能力。换向杆70具有尺寸设计成防止穿过通孔74而通过的部分，使得换向杆70可以只沿一种方向安装。通过换向杆70的定位，密封件被稍微压缩和/或固定在主体14和换向杆70之间。换向杆70本身通过间隔件140固定，如下文讨论的。间隔件140通过盖板50固定。

如所述的，为了选择驱动方向，换向杆70被选择性地定位以选择棘爪20、22中的一者。换向杆70的部件(除了杆部76之外)可以统称为棘爪支架160。为了实现这种选择，棘爪支架160包括换向盘部分90，密封件在该换向盘部分90下方被压缩。各棘爪20、22均具有用于由棘爪支架160操作的弧形面100。更具体地，棘爪支架160具有两个凹部102，这两个凹部102由面104和凹部壁106限定。凹部壁106可以具有与棘爪20、22的弧形面100的凹形或者凸形相似的或者相同的凹形或者凸形。凹部壁106可以具有与棘爪20、22的厚度相似的厚度或者相同的厚度，或者凹部壁106的厚度可以与棘爪20、22的厚度不同。参见图4，当棘爪支架160移动至用于第一驱动方向的一个位置时，第一凹部壁106a引起相应的棘爪(例如第一棘爪20)与棘轮齿轮24啮合。同时，第二凹部壁106b引起相应的棘爪(例如第二棘爪22)脱离棘轮齿轮24。当棘爪支架160由于换向杆70的运动而移动时，棘爪20、22在凹部102内绕棘爪20、22的中心部分转动。这允许棘爪20、22将棘爪推进到下一齿所需的齿轮转动降到最低。如在图4中所示出的，当棘轮头10沿驱动方向移动时，棘爪齿40保持与棘轮齿轮24的齿30的持续的啮合。如图5中所示出的，当选择了驱动方向，但是棘轮头10在与驱动方向相反的方向上转动时，棘爪偏离棘轮齿30以允许沿该方向的滑移。

如上所述，间隔件140设置用于定位换向杆70。更详细地，换向杆70位于棘轮主体14和间隔件140之间，并且间隔件140紧靠盖板50的底侧。间隔件140包括凹部142，换向杆70的一部分容纳在凹部142中。该部分(在这里指的是换向杆柱144)是形成枢轴的立柱，具有大体圆形的几何形状(图1、2、4和5)，并且凹部142大体上是圆形的，以便于形成换向杆柱144的支点或者支承面。

棘轮头10优选地设计成提升用户的触感，以识别换向杆70对于两个驱动方向何时处于适当位置中。为此，如在这种类型装置中常见的，设置了球和卡位结构。更具体地，间隔件140具有通孔150，球112从通孔150的上部开口插入到通孔150中，使得球112位于通孔150中的下部开口附近。然后弹簧156通过上部开口插入通孔150中。弹簧156通过盖板50而接触并保持在通孔150中。以这种方式，因在组装期间不必如现有技术装置的情况一样使球112平衡或者以其他方式将球112保持在弹簧156上，因此简化了球112和弹簧156的组装，也简化了棘轮头10的制造。

间隔件通孔150位于换向杆70的转动中心的外侧。因此，随着换向杆70的转动，球112与换向盘部分90的表面接触并沿着换向盘部分90的表面移动。更具体地，换向盘部分90的表面包括位于其上的一对卡位件或者槽116，在换向杆70处于用于第一驱动方向和第二驱动方向的适当位置时，该卡位件或者槽116对应于用于球112的适当位置。换向盘部分90的表面包括第一斜面和第二斜面162，第一斜面和第二斜面162大体上在槽116之间的尖端166处相交，然而，考虑到换向杆70相对于位于间隔件通孔150中的球112的转动，尖端166沿弧形定位。优选地，斜面162是线性的或者平坦的(上升和走向直接相关)。

在换向杆70处在初始位置且球112位于槽116中的第一个槽的情况下，可以转动换向杆70，由此迫使球112沿斜面162中的一个斜面向上滑并迫使弹簧156压缩。一旦球112越过斜面162相交处的交点或者尖端166，弹簧156提供偏压以使换向杆70进入槽116中的第二个槽。当球112与槽116中的一个槽对准时，球112至少部分地自间隔件通孔150伸出。各个槽116部分地限定或者形成有向上延伸的壁部分168，当换向杆70到达合适的位置时，球112与壁部分168接触。

间隔件140容易地安装在棘轮主体14中。间隔件140包括至少一个并且优选地两个部分170，这两个部分具有与棘轮主体14的部分互补的形状，使得间隔件140(例如以线性方式)可以容易地组装到限定位置中。在当前的形式中，间隔件部分170处于部分圆形的翼或耳的形式，这些翼或耳容纳在形成于致动器腔72的侧部的耳槽172中。以这种方式，间隔件140可以容易地适当定位，并且盖板50紧靠间隔件140的顶面，不需要螺钉或者其他的固定件，即可以防止间隔件140脱离组装位置。

为了提升用户的触感，以及促进适量的转动，提供了一种止动机构。在当前的形式中，这种止动机构由形成于换向盘部分90和间隔件140上的结构提供。然而，应该注意的是，该结构可以设置在用于换向的部件的任何部分上，以及可以设置在当换向杆70移动时保持相对固定的部件的任何部分上。这里，如图2中所最佳示出的，换向盘部分90包括靠近槽116形成的第一止动面和第二止动面120。换向杆70的转动使止动面120移动到与形成于间隔件140的一部分上的止动件接触。通过这种方式，防止了换向杆70的过度转动，并且提供给用户完全转动的正面触感。

还应该注意的是，所述的棘轮头10简化了制造成本和人力。换向杆70插入腔室16中，使得杆部分76自通孔74伸出，并且通过密封件与通孔74密封。棘轮齿24插入腔室16中且支承部分34容纳在凹部36中。棘爪20、22位于凹部壁106和棘轮齿轮24之间的腔室16内，并且位于换向盘部分90上方。当间隔件140插入时，间隔件140位于换向杆止动面120之间，耳170容纳在耳槽中。球112插入通孔150中，然后弹簧156与球112相关联。之后诸如用两个螺钉54安装盖板50。间隔件140向上的移动受盖板50的限制，而间隔件140向下的移动受其与换向杆柱144的配合的限制。总之，棘轮头10的设计用于和棘轮主体14、盖板50或者通过配合其他部件之一来保持和定位各个部件，从而将例如，螺钉或其他固定件的使用，以及通常用于组装双棘轮扳手的其他制造步骤最小化。

如本文中所使用的，术语“联接”及其功能等同特征并不意味着必须限制于两个或者更多部件的直接的机械联接。相反，术语“联接”及其功能等同特征旨在表示两个或者更多物体、特征、工件和/或环境物品之间的任何直接的或者间接的机械联接、电气联接或者化学联接。“联接”在某些实施例中也旨在表示一个物体与另一个物体集成为一体。

在前面的描述中和附图中所阐述的内容仅作为示例提出而不是作为限制。虽然已经示出和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛方面的情况下，可以进行改变和变形。当基于现有技术以它们合适的角度考虑时，所寻求的实际保护范围旨在由下面的权利要求所限定。

Claims (12)

1.一种可逆式棘轮装置，包括：

棘轮主体，其具有腔室；

棘轮齿轮，具有驱动部分和带齿部分，其中，所述棘轮齿轮可转动地设置在所述腔室内，所述驱动部分由所述腔室向外伸出，并且适于通过所述可逆式棘轮装置的运行将扭矩传递至工件；以及

棘爪支架，其设置在所述腔室内并且与第一棘爪和第二棘爪可操作地联接，所述第一棘爪和所述第二棘爪分别具有第一棘爪中心部分和第二棘爪中心部分，所述第一棘爪和所述第二棘爪能够选择性地与所述带齿部分啮合以用于选择第一驱动方向和第二驱动方向中的一者，并且当所述棘爪支架转动以导致对所述第一驱动方向和所述第二驱动方向中的一者的选择的同时，所述第一棘爪和所述第二棘爪能够分别绕所述第一棘爪中心部分和所述第二棘爪中心部分转动，其中，当所述第一棘爪与所述带齿部分啮合并且所述第二棘爪与所述带齿部分脱离时，所述第一驱动方向被选择，而当所述第一棘爪与所述带齿部分脱离并且所述第二棘爪与所述带齿部分啮合时，所述第二驱动方向被选择。

2.根据权利要求1所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，还包括与所述棘爪支架联接的换向杆部分。

3.根据权利要求1所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，所述棘爪支架包括凹部，并且，所述第一棘爪和所述第二棘爪均在所述凹部内分别绕所述第一棘爪中心部分和所述第二棘爪中心部分转动。

4.根据权利要求3所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，所述凹部包括第一凹部壁和第二凹部壁，所述第一棘爪和所述第二棘爪分别包括第一弧形面和第二弧形面，当所述棘爪支架转动时，所述第一弧形面和所述第二弧形面分别靠着所述第一凹部壁和所述第二凹部壁。

5.根据权利要求1所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，还包括盖板，所述盖板能够附接至所述棘轮主体以用于关闭所述腔室，其中，所述盖板具有孔，所述孔适于容纳所述驱动部分。

6.根据权利要求5所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，还包括：

间隔件，设置在所述腔室内，并且位于所述棘爪支架和所述盖板之间；

通孔，形成于所述间隔件中，所述通孔包括靠近所述棘爪支架的第一孔开口和远离所述棘爪支架的第二孔开口，其中，所述棘爪支架能够相对于所述通孔转动并且具有与所述通孔大体上平行的转动轴线；

弹簧，设置在所述通孔中；以及

球，设置在所述通孔中，其中，当所述第一驱动方向被选择时，所述球被所述弹簧偏压进入与棘爪支架第一凹部的接合，而当所述第二驱动方向被选择时，所述球被所述弹簧偏压进入与棘爪支架第二凹部的接合。

7.根据权利要求1所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，还包括联接至所述棘爪支架的换向杆，其中，所述换向杆可操作以用于选择所述第一驱动方向和所述第二驱动方向中的一者，所述换向杆能够在与所述第一驱动方向和所述第二驱动方向相对应的第一杆位置和第二杆位置之间移动，并且能够移动到所述第一杆位置和所述第二杆位置。

8.一种可逆式棘轮装置，包括：

棘轮主体，其具有腔室，并且具有侧部，所述侧部具有与所述腔室连通的第一主体开口；

换向杆，通过所述第一主体开口至少部分地设置在所述腔室内；

棘爪支架，其与所述腔室内的所述换向杆可操作地联接并且与第一棘爪和第二棘爪可操作地联接，所述第一棘爪具有第一棘爪中心部分，所述第二棘爪具有第二棘爪中心部分，其中，当通过所述换向杆操作所述棘爪支架以选择第一驱动方向和第二驱动方向中的一者的同时，所述第一棘爪和所述第二棘爪分别绕所述第一棘爪中心部分和所述第二棘爪中心部分转动；

棘轮齿轮，具有驱动部分和带齿部分，所述带齿部分可转动地设置在所述腔室内，所述驱动部分由所述腔室向外伸出，并且可啮合以用于通过所述可逆式棘轮装置的运行传递扭矩；以及

盖板，可附接至所述棘轮主体的所述侧部，以用于关闭所述腔室，所述盖板包括孔，所述孔适于容纳由所述棘轮齿轮向外伸出的所述驱动部分，

所述换向杆能够选择性转动地导致所述第一棘爪与所述带齿部分啮合，并且导致所述第二棘爪与所述带齿部分脱离，从而选择所述第一驱动方向，并且所述换向杆能够选择性地转动以导致所述第一棘爪与所述带齿部分脱离，并且导致所述第二棘爪与所述带齿部分啮合，从而选择所述第二驱动方向。

9.根据权利要求8所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，所述棘爪支架包括凹部，并且，所述第一棘爪和所述第二棘爪均在所述凹部内分别绕所述第一棘爪中心部分和所述第二棘爪中心部分转动。

10.根据权利要求9所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，所述凹部包括第一凹部壁和第二凹部壁，所述第一棘爪和所述第二棘爪分别包括第一弧形面和第二弧形面，当所述棘爪支架转动时，所述第一弧形面和所述第二弧形面分别靠着所述第一凹部壁和所述第二凹部壁。

11.根据权利要求8所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，还包括：

间隔件，设置在所述腔室内，并且位于所述棘爪支架和所述盖板之间；

孔，形成于所述间隔件中；

弹簧，设置在所述孔中；以及

球，设置在所述孔中；所述球被所述弹簧偏压向所述换向杆。

12.根据权利要求11所述的可逆式棘轮装置，其特征在于，所述换向杆能够相对于所述孔转动，并且具有与所述孔大体上平行的转动轴线；所述棘爪支架具有相对于所述换向杆的转动轴线的轴向面，所述棘爪支架具有用于在所述换向杆设置在第一杆位置处时容纳弹簧偏压的所述球的第一凹部，从而选择所述第一驱动方向，并且具有用于在所述换向杆设置在第二杆位置处时容纳弹簧偏压的所述球的第二凹部，从而选择所述第二驱动方向；所述棘爪支架还包括第一止动件和第二止动件，所述第一止动件和第二止动件分别限制所述换向杆超出所述第一杆位置和所述第二杆位置的转动，所述第一凹部和所述第二凹部分别形成在所述第一止动件和所述第二止动件之间。

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