变速工具的制作方法

本发明涉及一种变速工具,尤其是一种由电动马达、气动马达或液动马达驱动的带多级变速传动机构可输出不同转速的工具，如电钻、螺丝批和锤钻等。

背景技术：

变速工具，如电钻、螺丝批和锤钻等，带有多级变速传动机构可根据负载扭矩变化输出不同的转速。变速工具的多极变速传动机构通常都包括连接电机和输出轴的多级传动齿轮机构和调速装置，该调速装置轴向运动改变与多级传动齿轮机构之间的啮合关系从而改变传动比输出不同的速度。在现有技术中，调速装置的调节通常是人工操作完成，如美国专利公告第6655470号揭示了一种手动调速装置，该调速装置的调速环通过连接件与设置在机壳上可轴向运动的调速钮连接；操作者推动调速钮轴向移动进而带动调速环轴向移动,使得调速环可选择地将多级传动齿轮机构中的第一内齿圈或第二内齿圈与机壳锁紧或者调速环同时与第一、二内齿圈啮合使其同步旋转，从而实现三种不同转速和扭矩的输出。但是这种人工操作使得操作者不得不时刻关注工具的工作状态、负载变化情况并判断什么时刻调节调速装置。这种人工操作对操作者的操作技能要求高，且不利于提高效率。

近年来出现了一些自动变速的工具，如美国专利公告第6824491号揭示的自动变速机构，其控制系统可根据负载扭矩变化自动调整与齿轮传动机构的啮合关系实现不同速度的输出，该控制系统利用带凸轮面的推环旋转推动滑环轴向移动，进而驱动齿轮传动机构中的内齿圈轴向移动与设置在外壳上的止转装置卡接。这些自动变速机构使得齿轮传动机构内部的机械构造比较复杂，而且由于内齿圈在轴向移动的同时承受来自反向的弹性力作用，很容易导致其不能移动到正确的位置，从而换挡失败，因此无法真正实现自动换档及进行产业化实施的目的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题：提供一种自动换挡可靠且结构简单的变速工具。

本发明的技术方案是：一种变速工具，包括机壳；马达，设置在机壳内，并输出旋转动力；扳机开关，用于启动和关闭所述马达；输出轴；齿轮传动机构，设置在马达和输出轴之间以将马达的旋转输出传递到输出轴上，其包括至少一组齿轮系、与该齿轮系啮合的齿圈和一移动件，所述移动件可在第一位置和第二位置间移动，且在第一位置和第二位置时，所述移动件相对机壳具有不同的状态，从而齿轮传动机构以不同的减速比输出马达的转速；所述变速工具还包括用于带动移动件在两个位置间移动的驱动机构，当输出轴负载达到预设值，所述驱动机构能够带动移动件从第一位置运动到第二位置，所述扳机开关从启动状态到关闭状态能够抵压驱动机构以带动移动件从第二位置运动到第一位置。

优选的，所述变速工具还包括相对所述齿圈固定设置的限位件，在第一位置，所述限位件与驱动机构配接以限制驱动机构移动；当输出轴负载达到预设值，所述齿圈旋转以带动限位件与驱动机构分离，从而允许驱动机构带动移动件运动。

优选的，所述驱动机构包括与所述移动件连接的驱动件以及沿第一位置到第二位置方向抵压驱动件的弹性元件，在第一位置，所述扳机开关在启动状态，所述驱动件承受所述弹性元件单侧的驱动力。

优选的，所述扳机开关相对机壳运动以实现在启动状态和关闭状态之间转换，所述扳机开关承受自启动状态到关闭状态的弹性力。

优选的，所述机壳包括容纳齿轮传动机构的水平部分和与水平部分呈角度设置的手柄部分，所述扳机开关相对于机壳枢转运动并且其枢转部设置于手柄部分。

优选的，所述机壳包括容纳齿轮传动机构的水平部分和与水平部分呈角度设置的手柄部分，所述扳机开关相对于机壳枢转运动并且其枢转部设置于水平部分。

优选的，所述扳机开关具有供启动和关闭操作的操作部以及连接枢转部和操作部的连接部，所述连接部与所述马达至少部分重叠。

优选的，所述限位件沿所述齿圈的径向凸伸，所述驱动机构包括能够抵接限位件的挡块，所述限位件与挡块轴向抵接以限制驱动机构移动，所述限位件与挡块分离以允许驱动机构移动。

优选的，所述齿圈具有与所述第一位置对应的初始位置以及与所述第二 位置对应的放行位置，在所述放行位置，所述限位件能够与挡块周向抵接以限制齿圈从放行位置运动到初始位置。

优选的，所述变速工具还包括用于促使所述齿圈旋转复位的弹性件。

优选的，所述至少一组齿轮系临近马达设置。

优选的，所述马达和齿圈之间设置有相对机壳固定的连接盘，所述齿圈上固定设置拨盘，所述弹性件抵接在连接盘和拨盘之间。

优选的，所述连接盘与拨盘二者之一上设置拨脚，所述连接盘与拨盘二者之另一个上设置卡槽，拨脚啮合卡槽内并能够沿着卡槽运动。

优选的，所述拨脚和卡槽至少分别包括两个，围绕输出轴轴向均匀分布，所述第一弹性件也至少包括两个，分别位于拨脚和卡槽之间。

优选的，所述至少一组齿轮系临近输出轴设置。

优选的，所述齿圈上固定设置旋转块，所述限位件设置于旋转块上，所述弹性件抵接在机壳和旋转块之间。

优选的，所述齿轮传动机构设置在齿轮箱内，所述齿轮传动机构包括与驱动件轴向固定配合的钢丝套，所述驱动件设置在齿轮箱外，所述钢丝套的末端伸入到齿轮箱内与齿圈抵接。

优选的，所述齿轮箱和驱动件二者之一上设置导轨，所述齿轮箱和驱动件二者之另外一上设置导槽，所述驱动件通过导轨在导槽内轴向运动。

优选的，所述齿轮系包括行星轮系，所述行星轮系包括若干行星轮、以及用于支撑行星轮的行星架。

优选的，所述移动件包括第二内齿圈，在第一位置时，所述第二内齿圈同时与所述行星轮和行星架啮合，齿轮传动机构以低减速比输出马达的转速；在第二位置时，所述第二内齿圈仅与所述行星轮啮合，齿轮传动机构以高减速比输出马达的转速。

本发明的变速工具通过限位件对驱动件的移动进行限制，充分利用负载扭矩增大时行星轮组带动齿圈旋转的特点，使得驱动件在弹簧的驱动作用下轴向移动，从而带动移动件轴向运动改变与齿轮系的啮合关系，实现了自动调整工作头的转速和输出扭矩。

附图说明

下面结合附图以螺丝批为较佳实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明第一较佳实施例的螺丝批的剖视图，其中调速环位于第一 位置。

图2是本发明第一较佳实施例的螺丝批的传动机构部分的立体分解图。

图3与图1相似，其中螺丝批处于启动状态。

图4是图3中沿A-A线的剖视图。

图5是本发明第一较佳实施例的螺丝批的调速环位于第二位置的剖视图。

图6是图5中沿B-B线的剖视图。

图7是本发明第二较佳实施例的螺丝批的传动部分的局部示意图，其中调速环位于第一位置。

图8是图7中的传动部分的立体分解图。

图9是本发明第二较佳实施例的螺丝批的调速环位于第二位置的剖视图。

图10是本发明第三较佳实施例的螺丝批的剖视图。

图11是本发明第三较佳实施例中的开关扳机的立体图。

其中：

10.壳体 12.主壳体 14.手柄

16.齿轮箱壳体 162.轴向导轨 164.环形滑槽

165.弹性件 20.马达 22.连接盘

24.环套 221.卡槽 220.弹性元件

31、31’.开关扳机 32.换向拨钮 311.操作部

312.抵压部 313.连接部 315.枢转部

526.凸块 40.齿轮传动机构 42.第一行星轮组

43、43’.第一内齿圈 44.第二行星轮组 45.移动件(第二内齿圈)

46.第三行星轮组 47、47’.第三内齿圈 421.第一行星架

430.垫板 432.凸起 434、434’.限位件

435.凹槽 436.拨脚 437.卡块

438.旋转块 439.端齿 441.第二行星架

452.端齿 453.环形槽 461.第三行星架

4381.卡凸 51.传动件 52、52’.驱动件

54.压簧 55.拉簧 513.钢丝套

521.弧形凹槽 522.轴向导槽 524、524’.挡块

60.输出轴

具体实施方式

本发明较佳实施例以螺丝批为例具体说明。

参照图1至图2所示，一种螺丝批，包括壳体10，壳体10由两个哈夫式半壳连接组成，马达20收容于壳体10内，本实施方式的马达20采用电动马达，也可以用其它类型的马达，方式如气动马达、燃油马达等替代。其中壳体10包括收容马达20的主壳体12，以及与主壳体12连接的手柄14，主壳体12沿水平方向延伸且与手柄14延伸方向呈角度设置。本实施方式中，主壳体12与手柄14的角度大致在90至130度之间。手柄14上远离马达20的一端设置有为马达20提供能量的能量单元，本实施方式中的能量单元采用的是电池，安装在电池包内，电池包与手柄14可拆卸地连接，也可以设置成电池固定在手柄的后端。电池优选采用锂电池。手柄14与主壳体12相连接的部位设有用于手动控制马达20的开关扳机31和换向拨钮32，壳体10内设置有开关，开关由开关扳机31触发从而控制马达20启动和关闭,也可以是供电板，开关扳机31与供电板之间电路连接也可以实现控制马达20启动和关闭。

主壳体12内设置由马达20驱动旋转的输出轴60，输出轴60沿主壳体12的水平方向延伸，本实施方式中，输出轴60的轴线与马达旋转轴线重合；在其它可选择的方案中，输出轴60的轴线与马达旋转轴线可以平行或呈角度设置。输出轴60与马达20之间设置有用于减速的齿轮传动机构40，齿轮传动机构至少部分设置于齿轮箱壳体16内。本实施方式中用于减速的齿轮传动机构40优选采用行星齿轮传动机构。马达20通过螺钉固定在连接盘22上，连接盘22的周向设置多个突起用于卡在机壳内部相应的凹槽内，使得连接盘相对于壳体10固定，连接盘轴向抵接在齿轮箱壳体16上，既可封闭齿轮箱壳体16，又对连接盘的22轴向进行限位。

齿轮传动机构40包括由第一行星轮与第一行星架421组成的第一行星齿轮组42、由第二行星轮及第二行星架441组成的第二行星齿轮组44、由第三行星轮及第三行星架461组成的第三行星齿轮组46、与第一行星齿轮组42啮合的第一内齿圈43、可轴向移动的移动件45以及与第三行星轮组46啮合的第三内齿圈47。各行星轮组包括的行星轮具有若干个，设置在相应行星架的支架上。第一行星架421的外圆周上分布有外齿；第一行星架421前端凸 伸有第一太阳轮，其延伸位于若干第二行星齿轮组42的中央并与各第二行星轮啮合；以此类推，马达20输出的转速通过第一级减速系统由第一太阳轮输出，同理，第一太阳轮作为旋转输入，通过第二级减速系统以及第三级减速系统最终由输出轴60输出。在本实施方式中，减速机构由三级减速系统构成来获得所想要的输出转速，在其他实施方式中，视所需要输出的转速，减速机构可以只包括两级减速系统，也可以包括更多级减速系统。

驱动机构设置于齿轮箱壳体16上，包括驱动件52及传动件51，本实施例的驱动件52上设置有弧形凹槽521，传动件51为与该弧形凹槽521配接的钢丝套513。移动件45是一具有内齿及端齿452的调速环，在本实施例中也可以认为移动件45为第二内齿圈，其上设置容纳钢丝套513的环形槽453，钢丝套513为半圆形，其两个端部从齿轮箱壳体16的开槽处伸入到齿轮箱壳体16内并卡在环形槽453内。驱动件52可通过钢丝套513带动调速环45轴向运动与行星齿轮组以不同的方式配合从而实现速度变换。

齿轮箱壳体16大致为筒形，驱动件52构造为能够与齿轮箱壳体16的外表面贴合的弧形滑块，齿轮箱壳体16的外表面设置轴向导轨162，驱动件52面向齿轮箱壳体16的一面设置轴向导槽522，驱动件52通过导轨和导槽的相对导向沿着齿轮箱壳体16轴向移动。

第一内齿圈43包括环状主体以及与环状主体固定连接的垫板430，第一内齿圈43的端面分布有若干凹槽435，可与垫板430端面上形成的凸起432配合而确保两者相对固定，第一内齿圈43的外周面还沿径向凸伸有卡块437，齿轮箱壳体16内部设置有弧形槽(图未示)，卡块437卡在弧形槽内以使得第一内齿圈43相对于齿轮箱壳体16轴向固定并且能够相对于齿轮箱壳体16在一定范围内旋转，旋转的角度可以通过设置弧形槽的弧度来实现。第一内齿圈43的外周面背向马达的一端设置多个端齿439，用于和移动件45的端齿452啮合以确保两者相对固定从而锁定移动件45的旋转。当然，第一内齿圈43和垫板430也可以一体设置，设置成两个元件只是为了制造以及安装方便。

垫板430的底部设置径向凸出于第一内齿圈43的限位件434，驱动件52上设置轴向抵接限位件434的挡块524，驱动件52临近输出轴60的一侧设置弹性件，这里的弹性件优选为压簧54，压簧54的一端抵压在齿轮箱壳体16上，另一端抵压在驱动件52上，用于提供驱动件52从输出轴60到马达 20方向的偏压力，限位件434与挡块524抵接时，压簧54处于压缩状态。当第一内齿圈43和垫板430一起旋转使得限位件434与挡块524分离，压簧54的弹力释放，从而驱动件52通过钢丝套513带动调速环朝向马达20移动。当然，限位件434也可以设置在第一内齿圈43上，同样也可以被带动旋转。驱动件52临近马达20的一端向手柄14部延伸一凸块526，开关扳机31上设置与凸块526抵接的抵压部312，当开关扳机压4下时，开关扳机上的抵压部312与驱动件52的凸块526分离；当开关扳机31被释放复位，开关扳机31被复位弹簧抵压移动并使驱动件52克服压簧54的作用力复位。

垫板430面向马达的一面设置拨脚436，拨脚436收容在设置于连接盘22端面的卡槽221内，拨脚436可以在卡槽221内围绕马达20的旋转轴线旋转运动，这样第一内齿圈43能够与垫板430一起相对于连接盘22转动。本实施方式中，拨脚设置4个，沿着垫板430的周向均匀分布，相应的卡槽221也设置4个，沿着连接盘29的周向均匀分布。每两个卡槽221之间设置有弹性元件220，这样弹性元件220也是设置4个，优选的为压簧或者拉簧，沿圆周方向均匀分布，从而均衡弹性力。如此，无论第一内齿圈43正转或者反转，垫板430都可以随之旋转带动拨脚436与弹性元件220抵压，从而使弹性元件220蓄能。垫板430和连接盘22之间设置环套24，用于覆盖垫板430和连接盘之间轴向的空间，使得弹性元件均位于卡环内，防止弹性元件移位。

下面将结合附图对变速工具自动速度切换的过程进行详细的说明。

参照图3所示，变速工具启动前，第一内齿圈43处于一个初始位置。在使用时按下开关扳机31启动马达20使螺丝批开始工作，开关扳机31在按下时向后运动(从马达到输出轴的方向为由后向前)带动抵压部312与驱动件52的凸块526脱离抵接，螺丝批在第一工作状态，此时移动件45在第一位置，移动件或者说第二内齿圈45同时与第二行星架441的外齿、第二行星轮啮合，垫板430上的限位件434限制驱动件52的移动从而使移动件45保持在第一位置。当负载扭矩增大，而马达20输出功率不变时，第一行星轮组42不能够驱动第一内齿圈43旋转，在负载扭矩变化没有达到预定值时，由于驱动件52上的挡块524受垫板430上的限位件434的阻挡不能轴向运动，从而使得螺丝批在第一工作状态稳定工作，输出高速。当在负载扭矩变化达到预定值时，第一内齿圈43克服弹性元件220的弹性力作用旋转到一个放行 位置，使得垫板430上的限位件434与驱动件52上的挡块524分离，驱动件52在压簧54的作用下沿轴向导槽522轴向前移如图6所示，移动件45在第二位置，移动件也就是第二内齿圈45与第二行星架441的外齿脱离啮合，与第二行星轮啮合同时移动件的端齿452与第一内齿圈43的端齿439啮合，驱动件52上的挡块524与垫板430上的限位件434周向抵接，阻止第一内齿圈43复位从而在关机时驱动件52可以正确复位，螺丝批稳定在第二工作状态工作，输出低速。当松开开关扳机31使螺丝批停止工作时，开关扳机31的抵压部312推动驱动件52的凸块526使压簧54收缩，随着驱动件52带动挡块524的移动，同时第一内齿圈43在弹性元件220的作用下向相反方向旋转复位至初始位置，垫板430上的限位件434重新回到与挡块524轴向抵接的位置，驱动件52带动移动件45回复至第一位置。再次使用时，按下开关扳机3126重复上述过程。

参见图7和图8所示，本发明的第二较佳实施例与第一较佳实施例的区别在于第三内齿圈47’可在负载达到预设值旋转。具体的，第三内齿圈47’固定设置在齿轮箱壳体16内并与第三行星轮啮合，第三行星架461的后端设置有支架用于连接第三行星轮，第三行星架461的前端与输出轴60连接。移动件45的设置方式以及运动形式与第一实施例相同，第三内齿圈47’包括环状主体以及与环状主体固定连接的旋转块438，第三内齿圈47’与第三行星轮啮合，旋转块438设置在齿轮箱壳体16外部，其周向的两端设置卡凸4381并卡设在齿轮箱壳体16上的环形滑槽164内，环形滑槽164内设置弹性件165，弹性件165优选为压簧，压簧的两端分别抵在两端的卡凸4381上，压簧的中部固定在齿轮箱壳体16上，这样，无论旋转块438随着第三内齿圈47’顺时针旋转或者逆时针旋转，压簧都可以给旋转块438提供回复至初始位置的弹性力。

旋转块438的轴向与卡凸4381相对的一侧设置限位件434’，驱动件52’上设置轴向卡接限位件434’的挡块524’，驱动件52’临近马达20的一侧设置拉簧55，拉簧55的一端勾在开关扳机31上，另一端勾在驱动件52’上，用于提供驱动件52’从输出轴60到马达20方向运动的弹性力。压下开关扳机31启动变速工具，拉簧55处于拉伸蓄能状态，负载达到预设值，第三内齿圈47’带动旋转块438一起旋转，使得限位件434’与挡块524’分离，拉簧55的弹力释放，从而驱动件52’通过钢丝套513带动移动件45朝向马达20移 动。开关扳机31上的抵压部312在开关扳机31压下时，抵压部312与驱动件52’分离；当开关扳机31被释放复位，开关扳机31的复位弹簧会抵压开关扳机31移动，通过抵压部312抵压驱动件52’使之复位。当然，拉簧55的设置也可以是一端勾在驱动件52’上，另一端勾在壳体10上，拉簧55预设为蓄能状态，这样也可以实现带动驱动件52’移动。

参见图9和图10所示，本发明的第三较佳实施例与第一或第二较佳实施例的区别在于，开关扳机31’的枢转部315’设置于壳体10的上部。具体的，开关扳机31’包括供操作者按压的操作部311’、枢转连接于壳体10的枢转部315’以及连接操作部311’和枢转部315’的连接部313，连接部313大致为圆环形，连接部313环绕在马达20外侧，如此设置可以减小按压扳机开关31’的操作力，即增长从枢转点到操作点的力臂，从而使按压开关扳机的操作更省力。

由上可以看出，无论开关扳机如何设置，其从启动位置复位到关机位置，即在操作上为压下开关扳机启动马达，释放开关扳机关闭马达，开关扳机的移动带动驱动机构复位，即驱动件52带动移动件45回复至第一位置。当然，开关扳机关机使驱动机构复位的结构不仅仅可以用于上述机械方式的自动变速，也可以应用于电子控制方式的自动变速，即开机后通过检测工具的一些参数，在检测的参数达到预设值时，控制电磁铁或者小电机等驱动装置带动齿圈移动以实现变速，释放扳机时通过扳机的运动带动齿圈复位。电子控制的方式可以是如美国专利US7882899B2中公开的变速工具所采用的方式，也可以是其他原理相似的控制方式等本领域技术人员已经知悉的控制方式，这里不再赘述。

本发明并不限于所举的具体实施例结构，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应涵盖于本发明保护范围内。