专利名称：转矩传递机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转矩传递机构，尤其但不排他地涉及一种用于手用工具例如套筒扳手的转矩传递机构。还提供一种手用工具。
背景技术：
用于在外部主体和内部主体之间选择地传递转矩的转矩传递机构是已知的。在一些已知的机构中，这些主体能够沿着第一方向相对于彼此自由转动但是不能沿着相反的方向相对于彼此自由转动。这种装置的一种在商业上普及的形式为套筒扳手组的棘轮扳手，它包括一棘轮和棘爪机构。但是因为这些装置通常最多只包括大约72个棘轮齿，所以，在棘轮齿与棘爪完全啮合之前，内外部主体可以沿本应不发生相对转动的方向彼此相对移动多达5度，并且内外部主体为可转动地连接。这导致效率不高，因为在每次行程上丧失了几个转动角度，并且在其中手柄只能运动几个角度(因为缺少用来使手柄运动几个角度以上的空间)的情况下甚至会导致完全不能操纵该工具。另外，棘轮套筒扳手会受到相当大的磨损，在高强度使用时其使用寿命可能只有几个月。损坏的代价较高，并且可能对操作人员造成伤害。
尽管存在这些缺点，使用其它机构以使得内外部主体之间能够进行相对转动的工具看起来不会在商业上取得成功。一种可能的原因在于难以协调商业性重要考虑、实际考虑以及功能性考虑之间的关系，商业性重要考虑要求运动零件的数量应最少、实际考虑要求工具头部的尺寸应该较小，而功能性考虑偏爱坚固的结构以及改进的载荷分布以避免工具损坏或出故障。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种转矩传递机构，包括一外部主体，具有在其中形成一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，该内部主体至少部分位于所述空腔内部并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个位于外部主体和内部主体之间；其中设有一个或多个凸轮面；其中内部主体沿着第一方向相对于外部主体的转动基本上不会受到这些滚子的阻碍，但是内部主体沿着相对的第二方向的转动将通过至少两个滚子与所述一个或多个凸轮面之间的相互作用被防止或阻碍；其中与所述一个或多个凸轮面相互作用的滚子之一为一个较大的滚子，其直径大于与其中所述一个或多个凸轮面之一相互作用的至少一个其他较小滚子；其中所述外部主体和内部主体中之一在其中形成有凹部，并且所述较大滚子位于所述凹部中；并且其中形成有所述凹部的主体具有这样一种形状，排除凹部的影响，其具有非均匀的壁厚，并且在不考虑凹部的影响时，其中所述主体上形成有所述凹部的这部分包括一个具有壁厚更大的部分。
该非均匀的壁厚设置用来使得所述主体能够执行除了包括所述凹部之外的特定功能。
优选的是，所述凹部形成在所述外部主体中。
优选的是，所述较大滚子其直径比所述至少一个较小滚子的直径大大约50％。
所述较大滚子其直径大约为所述至少一个较小滚子的直径的两倍。
优选的是，该转矩传递机构包括在一工具中，其中所述外部主体形成工具头部的一部分，并且所述外部主体的具有更大壁厚的那部分为在使用中处于内部主体和工具手柄中间的部分。
优选的是，所述凹部包括一较宽部分和一较窄部分，所述较宽和较窄部分由凸轮面限定。
优选的是，其中形成有所述凹部的所述主体包括一个或多个其它凹部，其中安放除了所述较大滚子之外的一个或多个滚子。
优选的是，设在凹部中的至少一个滚子被弹性偏压向所述凹部的较窄部分。
至少一个所述滚子可以基本上为圆柱形。
至少一个所述滚子可以大体上为球形。
优选的是，至少一个滚子用来使所述内部主体相对于所述外部主体定位。
优选的是，所述转矩传递机构包括至少三个滚子。
优选的是，所述内部主体和外部主体中的至少一个包括用于与所要驱动的元件连接或接合的连接和/或接合部分。
优选的是，所述内部主体包括用于配合地容纳所要驱动的元件的中央空腔或孔。所述所要驱动的元件可以为驱动元件。在一些实施例中，该驱动元件为用于与套筒连接的驱动部件。或者，所述所要被驱动的元件可以是一紧固件。在一些实施例中，内部主体可以直接接合螺母或螺栓头。
优选的是，中央空腔在径向横截面上为方形以配合容纳方形横截面驱动元件。在可选实施例中，可以设置其它横截面形状的孔，例如但不限于八边形或六边形的孔，以配合容纳相应形状的驱动元件。
优选的是，空腔的形式为延伸穿过内部主体的孔。
优选的是，通过至少三个大体上为圆形的滚子与各自相应凸轮面的相互作用来防止或阻碍内部主体沿着第二方向的转动。
优选的是，除了所述圆柱形滚子之外，提供一个或多个大体上为球形的滚子，其中一个或多个球形滚子通过与凸轮面相互作用来防止或阻碍内部主体沿着第二方向转动。
优选的是，至少一个大体上为球形的滚子用来将内部主体支撑在外部主体内的所要求的位置中。
优选的是，与给定滚子相互作用的至少一个凸轮面包括其曲率半径大致等于给定滚子的半径的弧形部分。
优选的是，给定滚子与凸轮面的弧形部分相互作用，使得滚子的弧形部分与凸轮面的弧形部分接触。
优选的是，给定滚子用作一止动件。
优选的是，在使用中，给定滚子其与弧形凸轮面接触的周长比例大于滚子不与这些弧形凸轮部分相互作用的比例。这可以提高给定滚子在其与相应凸轮面相互作用中的承载特性。
所述给定滚子优选是大体上为球形的滚子。在该情况中，弧形凸轮部分可以具有用来与球形滚子相互作用的内凹的局部球形部分。
优选的是，内部主体通过三个或多个滚子支撑在空腔中。
根据本发明的第二方面，提供一种工具，它包括一头部，其中所述头部包括根据本发明第一方面的转矩传递机构或者由它构成。
优选的是，该工具在使用中包括与所述头部连接的手柄。
优选的是，凹部设置在外部主体的一部分中，并且在使用中该部分大致位于所述内部主体和所述工具的手柄中间。
优选的是，所述内部主体包括用于配合容纳驱动元件的中央孔，从而在使用中可以通过向工具的手柄施加力来驱动所述驱动元件。
优选的是，所述工具包括用于配合容纳驱动元件的孔，从而可以通过向所述驱动元件上施力来驱动所述工具。
根据本发明的第三方面，提供一种工具，它在其头部中包括单向转矩传递机构，该机构在使用中将来自驱动部分的转矩传递给其驱动元件，其中所述工具包括用于连接另一个工具的驱动元件的连接部分，从而另一个工具的驱动元件可以受力以将转矩传给所述工具的驱动元件。
优选的是，所述工具具有一个手柄部分，且连接部分大致位于其头部和手柄部分之间。
优选的是，所述工具为一套筒扳手。
优选的是，所述连接部分包括用于容纳所述另一个工具的驱动元件的空腔。
优选的是，所述空腔的横截面形状对应正多边形的形状。
优选的是，所述空腔其径向横截面为方形以容纳横截面为方形的驱动元件。
优选的是，所述空腔的形式为延伸穿过一部分所述工具的孔。
所述工具可以包括多个连接部分。
所述另一个工具可以为一转矩扳手。
所述另一个工具可以为一延长把手。
根据本发明的第四方面，提供一种转矩传递机构，包括一外部主体，在其中具有一空腔；一内部主体，至少部分位于所述空腔内；用于控制所述内部主体和外部主体的相对转动的机构，从而在使用中所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动可以基本上不受阻碍，但是所述内部主体沿着相反方向相对于所述外部主体的转动被防止或阻碍；其中设有在所述内部主体和所述外部主体之间延伸的盖体，所述盖体在使用中相对于所述外部主体基本固定；并且其中在所述内部主体和所述盖体之间设有一个或多个密封件，使得控制所述内部主体和所述外部主体相对转动的机构与所述工具的外部隔离。
优选的是，所述一个或多个密封件包括至少一个O形环。
根据本发明的第五方面，提供一种转矩传递机构，它包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个都位于所述外部主体和所述内部主体之间；其中设有一个或多个凸轮面；其中所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，但是所述内部主体沿着相反的第二方向的转动将通过至少两个滚子与所述一个或多个凸轮面的相互作用被防止或阻碍；其中与所述一个或多个凸轮面相互作用的至少一个滚子为一个较大滚子，其直径大于至少一个与所述一个或多个凸轮面中之一相互作用的其它较小滚子；其中，与防止或阻碍沿着第二方向的转动相对应的这些滚子与凸轮面的相互作用对应于滚子被强制接合在内外部主体之间，以在所述内外部主体之间传递转矩；并且其中，在所述机构从所述滚子没有被强制接合在所述内外部主体之间的状态改变至所述滚子被强制接合在所述内外部主体之间的状态时，所述滚子并不是全部都同时地被强制接合在所述内外部主体之间。
优选的是，在使用中，一个或多个较小滚子先于一个或多个较大滚子被强制接合。
根据本发明的第六方面，提供一种工具，它包括一头部，其中所述头部包括一种转矩传递机构或者由它构成，该机构包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个都位于所述外部主体和所述内部主体之间；其中所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，但是所述内部主体沿着相反的第二方向的转动将通过至少两个滚子与所述内外部主体的相互作用被防止或阻碍；并且其中至少一个滚子其直径大于至少一个其它滚子。
优选的是，至少两个滚子与所述内外部主体的相互作用包括所述滚子与设在工具头部中的凸轮面的相互作用。
优选的是，与给定滚子相互作用的至少一个凸轮面包括其曲率半径与给定滚子的半径大致相等的弧形部分。
优选的是，给定滚子与凸轮面的弧形部分相互作用，使得该滚子的弧形部分与凸轮面的弧形部分接触。
优选的是，所述给定滚子用作一止动件。
优选的是，在使用中，给定滚子其接触着弧形凸轮面的周向比例大于滚子不与这些弧形凸轮部分相互作用的比例。这可以改进给定滚子在其与相应凸轮面相互作用中的承载特性。
所述给定滚子可以为大体上球形的滚子。在该情况中，弧形凸轮部分可以具有用于与所述球形滚子相互作用的内凹的部分球形部分。
根据本发明的第七方面，提供一种转矩传递机构，它包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个都位于所述外部主体和所述内部主体之间；其中所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，但是所述内部主体沿着相反的第二方向的转动将通过至少两个滚子与所述内外部主体的相互作用被防止或阻碍；并且其中至少一个滚子大体上为球形。
优选的是，所述至少两个滚子与所述内外部主体之间的相互作用包括所述滚子与设在所述内部和/或外部主体中的凸轮面的相互作用。
优选的是，与大体上为球形的滚子相互作用的至少一个凸轮面包括其曲率半径大致等于所述球形滚子的半径的弧形部分。
优选的是，给定滚子与所述凸轮面的弧形部分相互作用，使得所述滚子的弧形部分与凸轮面的弧形部分接触。
优选的是，所述球形滚子用作一止动件。
优选的是，所述机构包括至少一个接触着凸轮面的圆柱形滚子，并且在使用中球形滚子与弧形凸轮面接触的表面的比例大于圆柱形滚子与相应凸轮面接触的比例。
优选的是，所述弧形凸轮部分具有用于与所述球形滚子相互作用的内凹的局部球形形状。
优选的是，所述机构包括在工具的所述头部中。该工具可以为一套筒扳手。
根据本发明的第八方面，提供一种转矩传递机构，它包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个都位于所述外部主体和所述内部主体之间；其中设有一个或多个凸轮面；其中所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，但是所述内部主体沿着相反的第二方向的转动将通过至少一个相互作用构件与所述一个或多个凸轮面至少一个的相互作用被防止或阻碍；并且其中至少凸轮面与所述至少一个相互作用构件相互作用的那个部分基本上是笔直的。
优选的是，所述至少一个相互作用构件为一滚子。
优选的是，所述至少一个相互作用构件大体上为圆柱形。
优选的是，所述基本上笔直的凸轮面部分设在所述外部主体上。
优选的是，所述基本上笔直的凸轮面部分设在一凹部的内表面上，在使用中所述至少一个相互作用构件保持在所述凹部中。
优选的是，所述凹部用来保持多个相互作用构件，它们可以与设在所述凹部的内表面上的相应凸轮面相互作用以防止或阻碍所述内部主体相对于所述外部主体的转动。
优选的是，所述相应的凸轮面中的至少两个包括基本上是笔直的并且可以在使用中与相应的相互作用构件相互作用的部分。
优选的是，保持在所述空腔中的相互作用构件中的至少两个具有不同的尺寸。
优选的是，所述凹部的内表面包括在基本上笔直的凸轮面之间的台阶部分。
优选的是，设有两个或多个凹部，每个凹部包括一基本上笔直的凸轮部分。
优选的是，每个凹部包括至少两个基本上笔直的凸轮部分，每个凸轮部分用来与不同的相互作用构件相互作用。
优选的是，所述或每个凹部设在所述外部主体中。
优选的是，所述相应的相互作用构件用来在所述内部主体的外表面和相应凸轮面之间箝紧，以防止或阻碍所述内外部主体的相对转动。
优选的是，所述内部主体外表面的一个部分是弧形的，其在使用中可与相互作用构件相互作用。
优选的是，所述外表面部分大体上为圆形。
优选的是，所述外表面部分大体上为圆柱形。
根据本发明的第九方面，提供一种转矩传递机构，它包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；至少一个定位构件，用于使所述外部主体和所述内部主体相对定位；其中设有一个或多个凸轮面；其中所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，但是所述内部主体沿着相反的第二方向的转动将通过至少一个相互作用构件与所述一个或多个凸轮面的相互作用被防止或阻碍；并且其中所述至少一个定位构件不能与凸轮面相互作用，并且仅用来将所述内部主体支撑并且定位在所述外部主体中，且基本上不会妨碍所述内外部主体的相对转动。
优选的是，所述至少一个定位构件为位于所述内部主体和所述外部主体之间的滚子。
优选的是，设有至少三个不能与凸轮面相互作用的滚子。
优选的是，不能与凸轮面相互作用的一个或多个滚子中的每一个保持在设在所述外部主体内的凹部中。
不能与凸轮面相互作用的一个或多个滚子中的每一个可以包括大体上为圆柱形的滚动面。
或者，不能与凸轮面相互作用的一个或多个滚子中的每一个可以大体上为球形。
优选的是，具有足够的定位构件，它们即使在没有相互作用构件的情况下也能够有效地支撑和定位所述内外部主体。
至少在根据这个方面的机构的优选的实施例中，使用滚子使其只是将所述主体相对于所述外部主体进行支撑而不用作阻碍或防止所述内外主体相对转动的相互作用构件，因此为所述内部主体沿着所述第一方向相对于的所述外部主体的转动提供非常低的摩擦。
根据本发明的第十方面，提供一种用于与具有多个边的多边形紧固件相互作用的工具；其中所述工具具有一开口的紧固件容纳部分，它包括用来与所述紧固件的相应边缘相互作用的多个内表面部分；并且其中所述内表面部分用来紧密地配合在所述紧固的一半以上的边缘上。
优选的是，所述工具为一扳手。
优选的是，所述工具适用于六角螺母和/或螺栓头。
优选的是，所述工具设有用于与六角螺母或螺栓头的四个边缘相互作用的四个内表面部分。
根据本发明的第十一方面，提供一种用于将转矩从手用工具传递给紧固件的机构，手用工具用来向紧固件施加转矩，所述机构包括一手用工具相互作用部分，用于与手用工具上接触并且驱动紧固件的一个部分接合；一驱动部分，用于驱动紧固件；以及一固定部分，用于可拆卸地连接在所述紧固件相互作用部分上，以相对于手用工具的一个部分固定紧固件相互作用部分，手用工具的该部分用来接触并且驱动紧固件。
优选的是，所述机构用于将来自梅花扳手的转矩传递给紧固件。
优选的是，所述驱动部分用来接合紧固件。
优选的是，所述驱动部分用来接合螺母或螺栓头。
优选的是，所述手用工具相互作用部分和所述驱动部分形成为单个构件。
优选的是，所述机构包括从中轴向延伸穿过的通孔。
优选的是，所述手用工具相互作用部分其径向横截面大体上为六边形。
优选的是，所述手用工具相互作用部分包括连接部分，该连接部分与所述固定部分的相应连接部分配合连接。
优选的是，所述手用工具相互作用部分和所述固定部分两者之一的连接部分包括一个偏压连接元件，用来与在所述手用工具相互作用部分和所述固定部分两者中的另一个上的相应凹部配合。
可以理解，本发明的两个或多个方面可以有益地合并，并且在一个方面中优选或任选结合的特定特征也可以优选或任选结合在其它方面的
下面将参照以下附图仅以示例的方式对本发明的各个方面的优选实施例进行说明，其中图1为结合在套筒扳手的头部中的转矩传递机构一实施例的示意性局部剖开平面图；图2为位于图1实施例中凹部内的离合器滚子的放大示意图；图3a为套筒扳手一实施例的平面图，它包括根据本发明的一个或多个方面的转矩传递机构；以及图3b为与图3a对应的局部剖开侧视图；图4为与图1实施例类似但是包括一密封件的实施例的示意性局部剖开平面图；图5为一可选实施例的示意性局部剖开平面图；图6a、6b、6c、6d和6e分别为该工具其他可选实施例的平面图，每个工具具有相应的端部凸起；图7a、7b、7c和7d为其它可选实施例的平面图；图8a和8b为工具头部的可选实施例的平面图；图9a为工具的可选实施例的平面图；图9b为图9a的工具的侧视图；图10a和10b为适用于图5至8b实施例的工具手柄的示意图；图11a为普通梅花扳手的平面图；图11b、11c和11d为根据本发明一个或多个方面的梅花扳手实施例的头部局部剖视图；图12a为根据本发明一个或多个方面的工具另一个实施例的局部剖开侧视图，工具的形式为套筒型工具；图12b为图12a工具一部分的端视图；图13和14为示意性局部剖视图，显示出图12a和12b所示工具的可选滚子配置；图15a、15b、15c和15d分别为套筒扳手工具另一个实施例的平面图、侧视图、透视图和端视图；图15e和15f分别为分别沿图15a中A-A线和图15b中B-B线剖开的剖视图；图16a为图15f的一部分的放大详图；图16b给出了图16a的一个元件的三个视图；图17a为一个组合扳手实施例的平面图，其包括附属的两部分套筒机构；图17b为一个与图17a对应的侧视图，显示出一些内部细节；
图17c为一个与图17a对应的透视图；图17d为一个与图17c对应的透视图，显示出分开的套筒机构和组合扳手的零部件；图17e为一个与图17b中A-A线对应的剖面；图17f为一个与图17a中B-B线对应的剖面；图17g为与图17a、17b和17c对应的端视图；图17h为图17f的放大详图；图18为图17e的放大详图；图19a和19b为图17c和17d的放大详图；并且图20为图17f的一个放大视图。
具体实施例方式
现在参照图1，根据本发明的转矩传递机构的一个优选实施例整体上由1表示，其结合在一个工具中，包括一中空的外部主体10和一个大体上为圆柱形的内部主体30，后者容纳在设在该外部主体10中的空腔12内。内部主体具有大体上为圆柱形的外表面32。
空腔12由内部主体10的内壁11限定。该空腔12可以被认为其形状大体上为圆柱形，并且在使用中与内部主体30大体上共轴。在外部主体10的内壁11上形成有第一至第三周向延伸的凹部14、16、18。这些凹部14、16、18由壁11的大体上径向延伸的壁部和大体上周向延伸的凸轮面14a、16a、18a限定，径向延伸的壁部确定了凹部的端部，并且径向延伸的凸轮面限定了这些凹部的宽度或径向尺寸，即在相应凸轮面14a、16a、18a和内部主体30的外表面32之间的周向变化的间距。
虽然凸轮面14a、16a、18a大体上周向延伸，但是它们不是严格地圆周取向。第一至第三凹部14、16、18中的每一个具有位于其周向更逆时针部分处(如图1所示)的较窄部分和位于其周向更顺时针部分处的较宽部分(如图1所示)。这些凹部宽度的改变由凸轮面14a、16a、18a的实际几何形状和名义上真实的圆周面之间的差异所确定。为了清楚地显示，图1包括一个邻近第一凹部14的凸轮面14a的弧形虚曲线，其由R表示，曲率中心为内部主体30的轴线。曲线R和凸轮面14a之间的对比清楚地示出了凸轮面14a的几何形状和凹部14变化的宽度。
第一至第三周向延伸的凹部14、16、18容纳着相应的第一至第三大体上为圆柱形的滚子22、24、26以及相应的第一至第三螺旋弹簧23、25、27。第一至第三螺旋弹簧23、25、27如图1所示一样邻接着相应凹部14、16、18的顺时针端部，从而将相应的滚子22、24、26周向地(沿图1中的逆时针方向)偏压远离凹部14、16、18的较宽部分，而偏压向凹部14、16、18的较窄端部。
这些滚子22、24、26通过设置在凹部14、16、18的壁和内部主体30的外壁32之间而被束缚保持在其相应的凹部14、16、18内。这些滚子22、24、26的尺寸设置成直径小于其相应凹部14、16、18最宽部分的宽度，但是大于相应凹部14、16、18最窄部分的宽度。
图2显示出在使用中第一滚子22在第一空腔14中的定位和操作。显示出第一滚子22处于由字母A、B和C所表示的与该转矩传递机构的三个不同状态对应的三个位置中。第二和第三滚子24、26类似地操作。
当内部主体30相对于外部主体10不转动时，弹簧23、25、27将朝着凹部14、16、18的较窄部分推压这些滚子22、24、26。在这些情况下，这些滚子22、24、26每个都保持在相对于凹部的周向中间位置处(与在图2中的位置B对应)，其中它们与相应凸轮面14a、16a、18a以及内部主体30的外表面32轻柔接触。这对应于转矩传递机构(和工具)的“接触”或中性状态。
内部主体30相对于外部主体10沿着顺时针方向(如图1所示)的转动将逆着弹簧23、25、27并且朝着凹部14、16、18的较宽部分推压这些滚子22、24、26。在这些情况下，这些滚子22、24、26每个都保持在相对于凹部周向更顺时针(如图1所示)的位置中(与在图2中的位置A对应)。在该状态中，内外部主体30、10可以沿着这个特定方向相对于彼此自由转动。这对应于该转矩传递机构(和工具)的“自由运转”状态。
内部主体30相对于外部主体10沿着逆时针方向(如图1所示)的转动将朝着凹部14、16、18的较窄部分将滚子22、24、26推压至更逆时针的位置。在这些情况下，这些滚子22、24、26每个都保持在相对于所述凹部周向更逆时针的位置中(如图1所示)。这对应于在图2中的位置C。因为每个滚子22、24、26的直径大于相应凹部的较窄部分的宽度，所以每个滚子压紧凸轮面14a、16a、18a和内部主体30的外表面32，因此中止了内外部主体30、10沿着该特定方向的相对转动。这对应于转矩传递机构(和工具)的“旋转锁紧”或转矩传递状态。
因此，机构1起到离合器机构的作用，使内外部主体30、10接合和分离，只允许沿着一个方向进行相对转动。在该优选实施例中，这些组成部件的尺寸和偏差的设置使得在滚子不同位置之间的角度非常小，不同位置对应于工具和转矩传递机构的不同状态。在该优选实施例中，对于给定的滚子，其在中性状态B和自由运转状态A之间相对于外部主体的位置角度差大约为1度，并且对于给定的滚子，其在中性状态B和锁紧状态C之间相对于外部主体的位置角度差不大于约0.5度。这提供了一种能够以小于1度的角度旋转地锁定内外部主体30、10的机构，其与具有72个齿的棘轮型机构形成对比，后者需要五度的角运动，以使棘爪从与一个棘轮齿接合的位置运动到下一个棘轮齿上的相同位置。通过弹簧23、25、27的偏压作用促进了中性状态B和锁紧状态C之间的快速接合。
设置至少三个角间距较宽的滚子使得主体30能够保持和支撑在空腔12中的大体中央位置处。
应该指出的是，该机构可以构造成使得这些滚子在其与机构的不同状态对应的位置时并不都具有相同的角度差-这个考虑事项将在下面进行更详细的说明。
第四凹部20容纳有球形滚子21。第四凹部20具有一凸轮面20a，它使得球形滚子21在内部主体相对于外部主体10沿着顺时针方向(如图1所示)转动时能够进行相对自由的运动，但是如果内部主体30开始相对于外部主体10沿着逆时针方向转动的话则使得滚子21锁定在凸轮面20a和内部主体30的外表面32之间。该凸轮面20a包括在锁紧位置时与球形滚子21接合的止动部分20b。该止动部分20b其形状大体上为弧形，并且其曲率半径大致等于球形滚子21的半径，因此在止动部分20b和球形滚子21之间提供相对较大的接触面积。凸轮部分优选地在三个尺度而不是两个上与球形滚子紧密配合。也就是说，止动部分20b可以具有内凹的部分球形的形状，在球形滚子21和止动部分20b接触时，此内凹部分的中心为球形滚子21的中心。
与由第一至第三滚子22、24、26单独支撑的情况相比，设置呈球形滚子21形式的第四滚子使得内部主体30能够更牢固并且更精确地支撑在空腔12中的大体中央位置处，并且还有助于载荷的分布。如图1所示，弧形止动部分20b围绕着球形滚子21的圆周延伸大致90度，但是要理解的是，也可以有更大或更小的角度范围。由于该凹部的这个结构，止动部分不能围绕着球形滚子延伸超过(差不多)180度，否这它将永久地容纳着该滚子。在实践中，将角度范围增加至大于所示90度太多没有多少好处，因为只有很少的力将通过附加的表面。小于90度过多的角度范围将减少载荷分布表面，因此更不优选，但是如果考虑到提供足够的载荷分布，则可以使用。因此，大约为90度的角度范围是优选的，虽然在其它实施例中，此止动部分具有围绕着滚子的角度范围可以从大约30度(或者甚至更小)至大约150度。设置具有上述结构的止动表面20b有助于球形滚子21有效地防止圆柱形滚子受到过大的力，该过大的力会损坏圆柱形滚子或承载它们的内外部主体30、10的表面。这种损坏会影响该机构的操作并且会增大在中性位置B和锁紧位置C之间的角位移。在可选实施例中，可以有一个以上的具有配合止动部分的滚子。在该优选实施例中，滚子21、22、24、26没有等距离间隔，并且球形(或“止动”)滚子21设置成与最大圆柱形滚子(第三滚子26)偏离大约90度。
该实施例的一个重要特征在于，第三滚子26的直径明显大于第一和第二滚子22、24的直径。第三凹部18和第三弹簧27的尺寸也相应地大于第一和第二凹部14、16以及第一和第二弹簧23、25的尺寸。
与在第三滚子26具有更小的直径的情况相比，第三滚子26设置作为较大直径滚子可以在第三滚子26和内外部主体30、10之间形成更大的接触面积。因此，通过使用较大滚子，来提高该工具的承载能力。将转矩传递机构的整体尺寸保持为最小往往是最重要的，而增大滚子的尺寸通常将导致机构的整体尺寸增大(在其它各方面都一样的情况下)。因此，考虑到图1，如果第一和第二滚子22、24的直径增大，则第一和第二凹部14、16的径向尺寸必须相应地增大。然后为了维持外部主体10最小径向厚度不变，则外部主体10的整体尺寸(相应的该工具头部的整体尺寸)将必须增大，这是不利的。但是，在所述实施例中，较大直径第三滚子26以及相应较大的第三凹部18位于工具的中心线处或附近，也就是说它们基本上位于内部主体30和工具的手柄92之间。因此，较大的第三凹部18形成于容纳它的工具的一部分中，可以不减小最小壁厚并且不增大工具的整体尺寸或工作直径。
在优选实施例中，第一和第二滚子22、24和球形滚子21中的每个其直径都为4mm，第三滚子26其直径为6mm，内部主体30其直径为22mm，并且外部主体10其外工作直径(即沿着与该工具手柄的轴线垂直方向的宽度)为34mm。在一可选实施例中，随着承载能力的提高同时尺寸也增大，所以第一和第二滚子以及球形滚子每个其直径都为6mm，第三滚子其直径为8mm，内部主体其直径为23mm，并且外部主体其外径(即沿着与工具手柄的轴线垂直方向的最大宽度)为40mm。40mm的头部宽度可允许0.5英寸(12.7mm)的方孔，从而能够容纳标准的0.5英寸的方形驱动部件。
在优选实施例中，凸轮面设置成使第一至第三滚子22、24、26以及球形滚子21的锁紧连续即以非常接近的顺序而不是同时地发生。
优选的是，较小的第一和第二滚子22、24首先基本上锁紧，较大的第三滚子26随后立即锁紧，而球形滚子21最后锁紧。与相应凸轮面20a的止动部分20b的接触面积较大并且最后接合的球形滚子21，起到有效的端部止动件的作用，以防止在第一至第三滚子22、24、26和相应凸轮面14a、16a、18a之间施加不适当的载荷。要理解的是，滚子的顺序锁紧以非常快的顺序进行最后的滚子锁紧将只在第一个滚子锁紧之后的几分之一度内发生。
在所述优选实施例中，较大的第三滚子26在第一和第二滚子22、24之后接合大约六分之一度，并且球形滚子21随后接合小于0.5度。考虑到滚子22、24、26、21的直径和其它的任意相关因素，例如由这些弹簧23、25、27所施加力的大小，凸轮面14a、16a、18a、20a的轮廓决定了每个滚子从中性位置接合到锁紧位置所需要的确切角度位移，这样可以提供所要求的顺序。因为这些滚子22、24、26、21的接合以非常快的顺序出现，并且凸轮面只倾斜几度，这样所述凹部的宽度变化很小，从而更早接合(在凸轮面14a、16a和内部主体30之间)的滚子22、24的压缩将为微米量级并且应该很容易由这些滚子的弹性所吸收，而不会对滚子和机构1的其它元件造成损坏。
这种滚子顺序锁紧的优点在于，可使这些滚子牢靠(positive)并且牢固地锁紧而没有损坏，因此保持了该机构的较小偏差及其非常快速的锁紧动作。
该优选实施例中各个元件的形状和尺寸是在CAD计算机程序的帮助下计算出的，并且该机构的操作在制造该机构之前经过计算机仿真检验。在一个原型的实际制造中，有利地，提供尺寸稍大一点的内部主体然后通过机械加工逐渐减小该内部主体的直径直到在这些部件之间实现所要求的配合和相互作用。
内部主体30具有从中贯穿的方形柱孔(square cylindrical bore)34。如图3b所示，该方形柱孔34用来容纳可滑动的方形驱动部件56。该可滑动的方形驱动部件56包括一个在其轴向延伸表面上的多个球状锁销(ball detent)58形式的可松脱锁紧机构。这些球状锁销58保持在驱动部件56中，但是受到弹性偏压以稍微位于其表面之外。这些球状锁销58通过相应凹部36(如图1所示)可松脱地锁入到孔34内的适当位置中，从而将该驱动部件56保持在孔34中并且露出该驱动部件56的部分长度。驱动部件56的露出部分60用来通过在其上的球状锁销与待转动的套筒或其它工具零件(未示出)可松脱地锁紧连接。(通过使用球状锁销使方形驱动部件与套筒或其它工具零件连接的操作本身是已知的，并且可被本领域普通技术人员所理解。)孔34一直延伸穿过内部主体30，并且驱动部件56可以装配在该内部主体30上，以便根据使该套筒或工具零件沿着顺时针或是逆时针方向转动的要求而从内部主体30的一个轴向侧或者从其相对侧延伸。要理解的是，可以通过驱动部件56(还可以通过适当的接头)来驱动很多工具零件，包括螺丝起子刀头、六角扳手刀头等。还要理解的是，虽然在所述实施例中设置了方形孔34，但是也可以提供具有其它横截面形状的孔，或者可以通过任意其它适当的连接来与待驱动的工具零件连接。虽然优选的是驱动部件装在穿过内部主体30的孔34上，但是可以预见这样的实施例，其中孔34由在内部主体任一侧上的具有适当形状的空腔代替，这将提供类似的连接驱动部件的装置。
如图1、3a和3b所示，除了在内部主体30中的主方形孔34之外，该工具的一优选实施例包括一个副方形孔90，用于容纳带标准手柄的辅助驱动部件(未示出)，这些驱动部件例如设在市售的转矩扳手等上。允许转矩扳手(即，这样一种扳手，它允许将给定转矩或更小的转矩施加在从动构件上，而在到达或超过给定转矩的时候它会给出指示，这通常由具有可调节装置的手柄部分的释放来实现)这种方式的连接使得转矩扳手能够利用该工具益处地连接到该工具。这使得该转矩扳手能够用在手柄只能进行很小角运动的有限空间中，从而使得这种转矩扳手能够用在原来不能有效使用的地方。在一可选实施例中，根据本发明的一个或多个方面，通常用在转矩扳手上的转矩感测手柄部分形成工具的手柄部分。也就是说，这个实施例类似于图1的工具，但是具有转矩指示手柄。
如上所述，参照孔34，副孔90可以由具有适当形状的空腔代替。如果图3a和3b的工具与普通的转矩扳手结合使用，则必须容许所施加转矩的一些不精确性，或者考虑到长度的有效增加，对转矩扳手进行一些重新校准，此长度增加由主孔34和副孔90之间的距离所产生。如果在主孔34和副孔90之间的距离与转矩扳手手柄的长度相比较小，则所产生的所有的不精确性将较小。
副孔90的使用不限于用于转矩扳手。有利的是，将方形驱动工具装在图3a和3b的工具上以便改变手柄相对于该工具的角度或者有效地加长该手柄。
参照图3b，内部主体30和外部主体10通过按照任意适当方式连接的盖体构件94a、94b固定在一起。用于连接这些盖体94a、94b的可选方式对于本领域普通技术人员是显而易见。一优选实施例包括围绕着孔34延伸并且与之略微间隔开的第一和第二环形密封件96a、96b，其位于设置于内部构件30的相应轴向端面中的沟槽和盖体构件94a、94b中的相应沟槽中。这些密封件96a、96b将内部主体30密封在盖体构件94a、94b上，从而使滚子22、24、26、21和其它内部部件与外部污染物例如灰尘甚至水隔绝。在图4(其否则对应于图1)中显示出一种这样的密封件96a的设置。这些密封件94a、94b优选地为O形环的形式，并且由例如自润滑塑料材料或由相当耐用从而能够承受在相对运动部件之间的长时间使用的氯丁橡胶形成。图4的实施例显示出一些优选实施例的结构可以如何适于在其中设置密封件。在一些情况中，可以将类似的密封方法结合用到其它类型的转矩传递机构和工具中，包括传统的棘轮和棘爪型装置，例如在棘轮套筒扳手中的那些装置。从该文献的教示中，本领域普通技术人员将理解本发明是如何实现的。
图5显示出一个整体上由500表示的工具的可选实施例，它包括转矩传递机构501的可选实施例。该实施例与图1至3b的实施例的主要不同之处在于，大体上位于内部主体530和细长手柄部分592之间的第三凹部518包括第一至第四滚子526a、526b、526c、526d，其中的至少一个526d其直径大于围绕着内部主体530周向间隔开的其它滚子522、524、521。图5的实施例包括第一和第二副孔590a、590b，其中第一副孔590a靠近转矩传递机构501，而第二副孔590b沿着手柄部分592与转矩传递机构501间隔相当大的距离。手柄部分592远离转矩传递机构501的端部包括一个轴向延伸的空腔599，用于容纳一个其尺寸与孔590a、590b用来容纳的驱动元件相同的驱动元件。这使得能够与手柄部分592共轴地设置适当的延伸手柄(参见例如图10a和10b)。
图6a至6e显示出工具的其它实施例，它具有不同长度的手柄部分，并且如在相应的端视图中所示，每个手柄部分都具有用来与延伸手柄连接的轴向延伸空腔。还要指出的是，各个实施例的盖体694延伸至靠近内部主体(未示出)的孔634处，从而形成美观的外观并且使盖体694和内部主体(未示出)充分搭接，从而便于在这些部件之间设置密封件(未示出)。
图7a至7d显示出具有与图6a至6e的那些实施例不同的外观的其它实施例。图7a至图7d包括尺寸，用来说明可预见实施例的尺寸，当然这些尺寸只是举例。
图8a为整体上由800表示的工具头部的一个实施例的平面图，它通过第一和第二枢转销812、814枢转连接在轭形件810上。该轭形件810包括一中央主体部分816，其中设有一空腔818，其尺寸设定为适用于容纳另一个工具(未示出)的驱动元件(未示出)。
图8b为整体上由800a表示的工具头部的一个实施例的平面图，它包括具有贯通的方形孔834的内部主体830。该工具头部800a还包括一个副孔890和轴向连接部分899，可以从上面针对其它实施例的说明中理解其功能。
图9a和9b显示出整体上由900表示的工具的一个实施例。该工具900具有第一驱动元件950和类似的第二驱动元件953，第一驱动元件的横截面为3/8英寸(9.5mm)的方形并且包括从其一侧伸出的第一球状锁销952，第二驱动元件具有从其另一侧伸出的第二球状锁销954。
第一驱动元件950连接至一个转矩传递机构的外部主体956，第二驱动元件953连接至该转矩传递机构的内部主体958。外部主体956和内部主体958可以相互作用，并且其结构可以类似于此处描述的其它实施例的对应部件。可以理解，本实施例因此提供了一种“顺列式驱动(in-linedrive)”，其中沿着第一方向向第一元件950施加的转矩会传递给第二元件953，但是沿着相反方向施加的转矩不会从第一驱动元件950传递给第二驱动元件953。
在使用中，通过选择驱动元件950、953中哪一个作为驱动元件和哪一个作为从动元件，可以确定从驱动元件950、953中驱动的一方向驱动元件950、953中从动的一方传递转矩的旋转方向。也就是在使用中，(假设使驱动元件的轴线处于竖直方向地来使用该工具)，可以通过选择使工具900哪一面朝上的方式，来选择转矩传递方向。
可以理解，工具900提供一种单向转矩传递装置，它可以设置在例如驱动手柄和工具零件例如套筒之间，或者设置在其它需要在适当的工具之间沿着一个旋转方向传递转矩的元件之间。顺列式工具(in-line tool)900因此提供了一种将紧凑机构，其没有单向离合器的传动系统方便地转换为包括单向离合器的传动系统。
图10a显示了工具手柄，整体由1000表示，它包括大致为圆柱形棒的主体1005。工具手柄1000包括在其第一端的轴向空腔1010和径向通孔1020，它们的尺寸分别适合于容纳一个驱动元件。在该实施例中，轴向空腔1010和通孔分别是边长为3/8英寸(9.5mm)的方形截面。在工具手柄的轴向中央部分处设置另一个类似的径向孔1030。在工具手柄1000的第二端处，设置一个凸出驱动元件1040(它的每个边长为3/8英寸-9.5mm)。凸出驱动元件1040包括在其一个面上的第一球状锁销1042，用于嵌入连接在工具零件(未显示)的适当空腔内。凸出驱动元件1040通过枢转销1044枢转地连接至工具手柄1000的主体1005。通过位于凸出驱动元件1040上的第二球状锁销1046以及位于主体1005上的辅助凹坑1006的相互作用，凸出驱动元件1040可以弹性保持在它与主体1005共轴的方向上。
图10b显示一种可选的工具手柄1050，它包括大致笔直的细长手柄部分1052，其在一端处具有方形截面的凸出驱动元件1054。驱动元件1054包括在其一个面上的球状锁销1056。
图11a是从一金属板材上冲下来的传统梅花扳手1100的平面图。
图11b是梅花扳手形式的工具1101的一个实施例的局部截面图，它包括一个转矩传递机构的实施例。为了清楚起见，仅显示了一些凹部和滚子。工具包括外部主体1110以及大致为环形的内部主体1130，内部主体包括从中贯穿的横截面为六边形的孔1134。由于孔1134为六边形并且内部主体1130大体上为环形，所以可以理解，内部主体1130的壁厚(不考虑任何凹部的影响)在六边形孔1134的侧边中央附近大于在六边形孔1134的角部附近。因此，如果需要内部主体1130具有给定的最小壁厚，以提供所要求的强度，则可以将较大凹部设置在六边形孔1130的侧面中央附近而非角部附近。
因此，对于该六边形孔1130的每一侧而言，该内部主体包括位于该侧边中央附近的较大凹部1140以及位于较大凹部1140相应的第一和第二侧的第一和第二较小凹部1142、1144。较大凹部1140包括较大滚子1150，而第一和第二较小凹部1142、1144包括第一和第二较小滚子1152、1154。可以理解，这些凹部1140、1142、1144设有凸轮面，使得内部主体1130和外部主体1110只能易于沿一个方向相对转动。这些滚子1150、1152、1154压紧凹部1140、1142、1144的相应凸轮面并且压紧由外部主体1110的内壁1111形成的环形内座圈。这些滚子可以为球形或圆柱形。也可以使用滚针。
因此，图11b的实施例提供了这样一种实施例，其中这些凹部设在内部主体1130中。
图11c和11d示意性地显示出梅花扳手的可选实施例，它包括根据本发明各个方面的转矩传递机构的实施例，其中滚子设在外部主体中的凹部中并且这些滚子绕着内部主体的周边间隔开，使得较大凹部中的较大滚子大体上设在内部主体和相应扳手的手柄部分之间。较小滚子优选为滚针，并且较大滚子可以如图11c所示都为圆柱形滚子(未示出)、都为球形滚子，或者如图11d所示为球形滚子和圆柱形滚子的组合。
图11b、11c和11d的实施例中的每一个都包括方形孔形式的连接部分，其位于手柄部分中，用来与另一个工具的驱动元件连接。梅花扳手的这些实施例在尺寸上不必比传统梅花扳手大很多，但是其额外优点在于具有单向离合器机构。在所示的图11c和11d的实施例中，至少一个较大滚子其直径稍大于较小滚子直径的两倍。当然，这些直径的相对尺寸在不同实施例中可以是不同的。
图12a显示出整体上由1200表示的套筒型工具的实施例，它具有包括转矩传递机构的内部主体1230的大体上为圆柱形的套筒部分1220(在图12b中的端视图中显示出)，和包括转矩传递机构的外部主体(未示出)的工具连接部分1260。内部主体1230大体上位于套筒部分1220中的轴向中央位置处，并且沿着套筒部分1220的大致中央三分之一延伸。该工具连接部分1260包括壁1274，其在套筒部分1220的大致轴向中央部分围绕着套筒部分1220延展，在那里在套筒部分1220中形成一腰部，从而内部主体1230其直径整体上比套筒部分1220更小。这便于提供紧凑型工具，因为壁1274可以部分位于腰部中，从而壁1274的外周边不会延伸超过套筒部分1220的外侧过多。套筒部分1220的内表面1222的形成，使得可以与一些已知套筒相同的方式容纳紧固件，例如螺母、螺栓头等。内部主体1230比内表面1222更延伸靠近套筒部分1220的轴线，从而形成一内肩部，该肩部在使用中可与紧固件例如螺母、螺栓头等的端面接合。因此，通过套筒部分1220的相应第一和第二端部形成第一和第二紧固件容纳空腔1224、1226。这些空腔1224、1226通过内部主体1230的中央孔1234连接。该套筒部分1220因此具有一轴向贯通延伸的细长空腔，从而使得能够操作在长螺杆上的螺母，因为该螺杆可以延伸穿过该套筒部分1220。
工具连接部分1260包括用于与另一个工具或工具手柄连接的连接部分，形式为方形横截面的孔1290。连接部分1260上包括孔1290的部分具有一个厚壁部分1292，其较之绕内部主体1230延伸的壁1274，从工具的套筒部分的轴线进一步延伸。工具连接部分1260(包括外部主体)包括多个凹部(未示出)，其中的每一个都包括有位于其内的相应滚子1271、1272。
位于厚壁部分1292的凹部内的至少一个滚子1272，其直径大于位于薄壁1274的凹部内的至少一个滚子1271。从上面的说明中可以理解，可以在不增加工具的工作直径并且不使壁厚低于容许极限的情况下包含较大滚子1272，因为它处于壁的更厚部分中。在这方面，“更厚”的壁部分是在排除空腔的影响或厚度时的更厚，即在没有存在空腔的情况下将“更厚”。一旦考虑了空腔在壁上的影响，则该壁的其他厚度(也就是说，在空腔附近的壁中的最小厚度部分的实际厚度)可能不大于较薄壁1274的厚度。
滚子1271、1272通过锁紧于凹部的凸轮面和内部主体1230之间而与它们相互作用，从而防止内部主体1230和外部主体沿着预定方向进行相对转动，从而提供一种单向转矩传递机构。套筒部分1220关于一个径向延伸穿过其腰部的平面大体上是对称的，并且通过使用套筒部分1220的哪个轴向端部来确定驱动紧固件的方向。
图13和14示意性地显示出可以包含在图12a和12b实施例中的滚子和凹部的布置。图13的实施例包括在相应凹部中围绕着外部主体1310的弧形较薄壁部1374周向间隔开的第一至第七大体上为圆柱形的较小直径滚针1311至1317，以及位于较厚壁部1392凹部内的第一至第五较大直径球形滚子1321至1325，这些球形滚子在使用中大体上位于内部主体1330和手柄(未示出)之间。可以理解，虽然没有详细显示出，但是滚子1311至1317以及1321至1325中的每一个都可以与凹部和内部主体1330相互作用以提供一个单向转矩传递机构。
图14示意性地显示出图13所示滚子和凹部的替换结构的实施例。图14的实施例与图13的实施例的不同之处在于，它只包括三个较大球形滚子1421、1422、1423，并且包括一个被弹簧1425偏压向凹部1426较窄的周向端部的较大圆柱形滚子1424。由上述实施例可以理解该实施例的操作。可预见类似的但是用弹簧偏压的圆柱形滚子代替球形滚子的可选实施例。如上所述，优选包括至少一个球形滚子以用作止动件。可以理解，与图9a和9b的实施例相同，图11b至14的实施例允许通过选择所涉及工具的取向来选择工具零件或紧固件可以被驱动的方向。
可以相信的是，包括所述转矩传递机构的工具的至少一个优选实施例要优于包括用来传递转矩的棘轮和棘爪机构的工具。可预见的优点包括以下这些。
内部和外部主体的旋转锁定不会受到给定数量的齿的设置限制，并且在这些主体之间的相对转动可以小于1度，或者在大多数优选的实施例中以大约0.5度出现。
优选实施例的布置比通常用于单向工具头部的相应的棘轮机构更耐磨，因为所有的承载元件都具有相当大的厚度(与棘轮爪相比)并且可以由合适的耐用和/或表面硬化材料制成。这延长了工具寿命并且降低了由于工具损坏而出现伤害的危险以及对工具头部进行定期维护的需要。
工具头部具有很少的运动零件，从而也增加了工具寿命并且降低了维护要求。
将一个或多个较大滚子设置在手柄附近以及将较小滚子围绕着圆周剩余部分间隔开的这种设置，其优点在于，可以不增加尺寸地包含一个或多个较大滚子，如果将这一个或多个较大滚子安放在圆周其他任意位置处，则有可能需要增加尺寸。
使用与相应凸轮面的一个或多个弧形止动部分相互作用的一个或多个大滚子，最优选地为球形滚子，有助于分配载荷，由此防止滚子和凸轮面受损。
图15a至16b显示出整体上由1500表示的工具的一个可选实施例，它包括一转矩传递机构1501的可选实施例。该实施例与前面所述的实施例具有许多类似之处，这些可以从附图中看出而因不再进行详细说明。但是，有必要指出的是，与前面一些实施例相似，工具1500包括副孔1590和轴向延伸的空腔1599，以能够容纳另一个工具的驱动元件。该工具还具有其横截面为方形的驱动元件1550。该驱动元件1550包括第一和第二球状锁销1552、1553，以便使得驱动元件在从工具的任一侧延伸出时都能够牢固固定，以便沿着任一所要求的方向进行力的单向传递。
该转矩传递机构1501在图16中最清楚地显示出，并且包括一大体上为圆柱形的内部主体1530和一大体上为环形的外部主体1510。外部主体1510包括第一、第二和第三相互作用构件凹部1514、1516、1518。第一和第二相互作用构件凹部1514、1516包括相应的第一和第二片簧1523、1525，它们在该实施例其横截面大体上为N形(如在图16b中最清楚地显示出)。第一和第二相互作用构件凹部1514、1516中的每一个也都包括相应的较大相互作用构件1522、1524和相应的较小相互作用构件1522A、1524A。第三凹部1518包括较大相互作用构件1526A、中间尺寸的相互作用构件1526B和较小相互作用构件1526C。第三相互作用构件凹部1518还包括第三弹簧1527，其尺寸稍大于第一和第二弹簧1523、1525。从前面所述的实施例中可以理解，这些相互作用构件或者在该实施例的滚子中，1522、1522A、1524、1524A、1526A、1526B、1526C由弹簧1523、1525、1527(如图16a所示)沿着顺时针方向偏压，以使得内部主体1530能够相对于外部主体沿着第一方向转动，并且有效地防止内部主体1530相对于外部主体1510沿着相反的方向转动。
每个相应的相互作用构件能够与形成在相应凹部的内侧上的相应凸轮部分相互作用。但是，要指出的是，在该实施例中在与滚子或相互作用构件相互作用处，凸轮部分1531至1537基本上是笔直的。在该实施例中设置基本上笔直的凸轮部分1531至1537使得每个相互作用构件能够与凸轮的基本上笔直的平整表面相互作用。
在优选实施例中，笔直凸轮部分的平整表面与相对于转矩传递机构之轴线的圆周方向倾斜大约6度。在该优选实施例中，已经发现，这种布置使得内部主体1530在转动大约2.5度后，内外部主体能够被锁定，从而不能沿着第二方向进行相对转动。要指出的是，这些凹部包括在笔直凸轮部分1531至1537之间的台阶部分，从而允许相邻相互作用构件之间的尺寸存在差异，并且相邻凸轮部分的角度存在差异。
除了这三个相互作用构件凹部1514、1516、1518之外，外部主体1510包括第一至第四定位构件凹部1541至1544，它们在把相应第一至第四定位构件1545至1548保持于其内。这些定位构件1545至1548将内部主体1530相对于外部主体支撑在适合的位置上并且有效防止其径向运动。在该优选实施例中，定位构件1545至1548为滚子，并且可以为球状滚子或圆柱形滚子。设置这些定位构件凹部用来在精密公差范围内保持这些定位构件，同时使得这些定位构件上的摩擦最小。
因此要理解的是，在该实施例中，内部主体1530相对于外部主体1510的定位，以及内部主体和外部主体之间形成低摩擦连接以使内部主体能够沿着第一方向相对于外部主体进行基本不受阻碍的运动，这些都是由定位构件1545至1548提供的。但是，防止内部主体1530沿着第二方向相对于外部主体1510转动的机构是由相互作用构件1522、1522A、1524、1524A、1526A、1526B、1526C及其与凸轮部分1531至1537的相互作用提供的。使用不同的元件来执行这两个功能使得内部主体1530能够沿着第一方向相对于外部主体1510进行低摩擦转动。
定位构件当然可以有替换的结构。例如，可以在外部主体的内表面上的一个或多个周向沟槽中设以滚子形式的定位构件，只要它们的定位使得这些定位构件和相互作用构件之间没有相互作用，例如它们可以与相互作用构件轴向间隔开。因此，这些定位构件其结构可以类似于例如用在自行车车轮中的环形轴承，从而提供低摩擦的功能。虽然不是优选的，但是可以使用例如低摩擦材料套筒而不是滚子作为定位构件。
在该实施例中显示的这些相互作用构件为滚子。但是，可以采用其它形状的相互作用构件。另外，相互作用构件凹部可以包括不同数量的相互作用构件，与角度及定位合适的凸轮相互作用。
在优选实施例中，这些相互作用构件包括两个直径为3mm的滚子(相互作用构件1522A、1524A)、三个直径为4mm的滚子(相互作用构件1522、1524、1526C)、一个直径为5mm的滚子(相互作用构件1526B)以及一个直径为6mm的滚子(相互作用构件1526A)。每个滚子大体上为圆柱形并且长约10mm，并且在使用中每个滚子都通过与相应的笔直凸轮面和中央滚道相互作用来锁定，并且与一个或多个相邻的相互作用构件的相互作用也有助于这些构件的锁定。
在优选实施例中，这些相互作用构件可以顺序锁定，较小滚子首先锁定然后较大滚子紧接着在其之后连续锁定。N形片簧1523、1525、1527提供了适当的偏压力以使得内部主体1530能够沿着第一方向在外部主体1510内不费力地自由转动，并且使得这些相互作用构件能够在运动大约2.5度的范围内沿着第二方向锁定。
图17a至20显示出包括转矩传递机构的工具的再一个实施例。如图17a、17c、17d和17e中所示，整体上由1700表示的工具为一组合扳手，它具有位于其第一端部处的把手头部1701和位于其第二端部处的单向转矩传递机构1702，并且具有在它们之间延伸的手柄部分1792。
扳手头部1701包括用于与六角螺母或螺栓头(未示出)连接的开口连接部分1703。与其它扳手头部不同，开口连接部分包括四个笔直边，每个边用来紧密地配合在六边形紧固件例如螺母或螺栓头的侧面上，从而能够分配施加在其上的载荷。当然，可以提供不同形状的连接部分以配合具有其它多边形形状的紧固件，但是优选的是该连接部分包括一个用于多边形紧固件的一半以上侧边的笔直边，扳手头部与紧固件配合。
该运动传递机构1702由图18最清楚地显示出。该运动传递机构1702包括一内部主体1730和一外部主体1710。外部主体1710包括一相互作用构件凹部1720，它容纳有滚子形式的第一至第四相互作用构件1721至1724。该相互作用构件凹部1720还包括一偏压弹簧1725。该相互作用构件凹部包括一个与每个相互作用构件相关联的笔直凸轮部分，并且通过参照上述实施例将了解用于使内部主体1730只能沿着一个方向相对于外部主体1710转动的操作模式。内部构件1730具有适用于容纳六边形紧固件例如螺母或螺栓头的内表面1732。
如在图17c和17d中以及作为图17c和17d的放大详图的图19a和19b最清楚地所示一样，在一优选实施例中，该组合扳手1700设有整体上由1800表示的接头套筒(adapter socket)。该接头套筒1800由两个单独的元件即套筒元件1810和固定元件1830构成。套筒元件1810具有一个贯通延伸的孔。该孔包括其横截面大体上为圆形的较窄部分1811和由壁所限定的较宽部分1812，较宽部分内表面在剖视图中具有24边从而形成12个顶点的形状，该形式为本领域普通技术人员所知，适用于容纳六角螺母等类似部件。限定孔较宽部分的是具有大致圆柱形外表面的大体上为圆柱形的套筒壁部分1813。该套筒壁部分1813和孔的较宽部分1812构成用于驱动紧固件的驱动部分。限定孔较窄部分1811的是具有大体上为六边形径向横截面外表面的相互作用壁部1814。该相互作用壁部1814的外表面其尺寸设定为与内部主体1730的内表面1732良好配合。该相互作用壁部因此提供了一手用工具相互作用部分，用以与组合扳手1700接合，但是它也可以用于任意其它具有适当尺寸和形状的手用工具尤其适用于梅花扳手。手用工具相互作用部分具有足够的轴向长度以延伸穿过梅花扳手的驱动(或环形)部分并且从该环上的另一侧突出，该另一侧与驱动部分延伸的一侧相对。在用作连接部分的相互作用壁部中，朝着相互作用部分的远端设有环形沟槽1815。接头套筒1800还包括一固定元件1830，用来将套筒部分1810相对于手用工具固定在合适的位置上，并尤其用来防止相互作用部分由于疏忽从环中缩回并且与之分开。该固定部分1830具有一个其径向横截面为六边形的通孔，从而使得能够将相互作用孔部配合在其中。在限定了孔1832的固定构件1830的内表面1833中设有一个或多个偏压保持构件，在该情况中为球状锁销1816的形式，它由弹簧1817偏压向套筒构件1810的相互作用壁部1814，以便能够弹性接合进沟槽1815中，从而使沟槽1815牢固连接到固定构件1830。可以理解，固定构件1830具有径向延伸的肩部1835，它在使用中邻接着梅花扳手的第一径向延伸外表面(或者，在所示的实施例中，邻接外部主体1710的第一径向延伸表面)。另外，在套筒构件1810的套筒壁部1813和相互作用壁部1814之间的过渡部分设置一径向延伸表面1825，该表面在使用中邻接着梅花扳手的第二径向延伸表面(或外部主体1710的第二径向延伸表面)。因此，在使用中，如图19a中最清楚地所示一样，接头套筒1800可以固定和美观地配合在组合扳手1700的转矩传递机构1702上。
可以理解，接头套筒1800可以有效地将具有单向转矩传递机构的组合扳手(或梅花扳手)转变成具有单向转矩传递机构的套筒手柄。另外，接头套筒1800使得能将标准梅花扳手用作套筒手柄。
在所示实施例中，接头套筒提供一种用于驱动六边形紧固件的12顶点套筒，并且包括一直从中贯穿延伸的通孔。设置这种通孔使得可以在具有任意长度的轴上操作紧固件而不会象具有封闭端部的套筒时一样，需要将紧固件的操作限制在螺杆的端部附近的位置上。在一个可选实施例中，在不需要通孔的情况下，套筒接头可以提供方形驱动部件代替12顶点套筒。这使得其能够与任意多个的套筒或其它紧固件驱动工具连接。在所示实施例中，套筒的尺寸与所使用的梅花扳手的尺寸一样，但是可以理解，可以使用能提供不同尺寸套筒的套筒接头来增加或减小驱动件的尺寸。可以设置多个套筒接头以便使得能够操作许多尺寸的紧固件。
还要理解的是，在该优选实施例中，可以通过将接头套筒安装在组合扳手的另一侧上来使所要施加的驱动方向反向。
虽然已经参照特定实施例对本发明进行了说明，但是本领域普通技术人员可以理解，本发明的各个方面可以按照许多其它形式实施。
可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述实施例作出许多不同的实施例和变型。根据本发明的转矩传递机构在包含了工具头部之后，即使不能用在目前采用基于棘轮和棘爪系统的转矩传递机构的所有应用场合也可以用在其中的大部分场合。虽然出于经济方面的考虑并且为了避免在空转状态中的过大摩擦，优选使用少量运动零件，但是可以使用比在所述实施例的更多的零部件。可以使用任意适当数量的较大圆柱形滚子和/或较小圆柱形滚子。同样地，可以设置任意数量的球形滚子用作止动构件。虽然在上面实施例中指定了螺旋弹簧，但是可以使用其它形式的偏压构件来偏压这些滚子，或者实际上，甚至其中不需要偏压构件的实施例和变型也是可能的。同样，虽然大体上说明了横截面为方形的孔和横截面为方形的驱动部件或元件，但是也可以采用其它横截面形状。
在下面的权利要求书和本发明的前述说明中，除了由于表达语言或者必须含义的内容需要之外，文字“包括”或者其变型用于表达包含的意思，也就是强调所指出的特征的存在，但是并不排除在本发明的各种实施例中存在和另外加入其它的特征。
应当理解，如果此处参考了任何现有技术出版物，对于澳大利亚或者任何其它国家来说，这种参考并不等于承认该出版物形成该领域普遍公知技术的一部分。
可以结合各种改进或者改动而不会脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种转矩传递机构，它包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，该内部主体至少部分位于所述空腔内部并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个位于外部主体和内部主体之间；其中，设有一个或多个凸轮面；其中，内部主体沿着第一方向相对于外部主体的转动基本上不会受到这些滚子的阻碍，而内部主体沿着相反的第二方向的转动则通过至少两个滚子与所述一个或多个凸轮面之间的相互作用被防止或阻碍；其中，与所述一个或多个凸轮面相互作用的滚子之一为一个较大滚子，其直径要大于至少一个与所述一个或多个凸轮面之一相互作用的其他较小滚子；其中，所述外部主体和内部主体之一在其中形成有凹部，并且所述较大滚子位于所述凹部中；并且其中，其内形成有所述凹部的主体具有这样一种形状，在不考虑凹部的影响的情况下，其具有非均匀的壁厚，并且不考虑凹部的影响时所述主体上形成有所述凹部的这部分包括一个具有更大壁厚的部分。
2.一种包括头部的工具，其中头部包括一个如权利要求1所述的转矩传递机构，或者由该转矩传递机构构成。
3.一种在其头部中包括有一个单向转矩传递机构的工具，它在使用中将转矩从驱动部分传给其驱动元件，其中所述工具包括用于连接另一个工具的驱动元件的连接部分，从而可以向该另一个工具的驱动元件施力以便将转矩传给所述工具的驱动元件。
4.一种转矩传递机构，包括一外部主体，其中具有一空腔；一内部主体，至少部分位于所述空腔内；用于控制所述内部主体和外部主体之间相对转动的机构，使得在使用中所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动可以基本上不受阻碍，但是能防止或阻碍所述内部主体沿着相反方向相对于所述外部主体的转动；其中，设有在所述内部主体和所述外部主体之间延伸的盖体，所述盖体在使用中相对于所述外部主体基本固定；并且其中，在所述内部主体和所述盖体之间设有一个或多个密封件以将控制所述内部主体和所述外部主体相对转动的机构与所述工具的外部相隔离。
5.一种转矩传递机构，包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个都位于所述外部主体和所述内部主体之间；其中，设有一个或多个凸轮面；其中，所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，但是所述内部主体沿着相反的第二方向的转动将通过至少两个滚子与所述一个或多个凸轮面的相互作用被防止或阻碍；其中，与所述一个或多个凸轮面相互作用的至少一个滚子为一个较大滚子，其直径要大于至少一个与所述一个或多个凸轮面中之一相互作用的其它较小滚子；其中，与防止或阻碍沿着第二方向的转动相对应的这些滚子与凸轮面的相互作用对应于每个滚子被强制接合在内外部主体之间，以在所述内外部主体之间传递转矩；并且其中，当所述机构从所述滚子没有被强制接合在所述内外部主体之间的状态改变至所述滚子被强制接合在所述内外部主体之间的状态时，所述滚子并不是全部都同时地被强制接合在所述内外部主体之间。
6.一种工具，包括一头部，其中所述头部包括一种转矩传递机构或者由此机构构成，该转矩传递机构包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分地设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个都位于所述外部主体和所述内部主体之间；其中，所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，而所述内部主体沿相反的第二方向的转动将通过至少两个滚子与所述内外部主体的相互作用被防止或阻碍；并且其中，至少一个滚子其直径大于至少一个其它滚子。
7.一种转矩传递机构，包括一外部主体，具有在其中限定了一空腔的内表面；一内部主体，具有一外表面，所述内部主体至少部分设在所述空腔内并且在使用中能够在其中转动；多个滚子，每个都位于所述外部主体和所述内部主体之间；其中，所述内部主体沿着第一方向相对于所述外部主体的转动基本上不会受到所述滚子的阻碍，但是所述内部主体沿着相反的第二方向的转动将通过至少两个滚子与所述内外部主体的相互作用被防止或阻碍；并且其中，至少一个滚子大体上为球形。
全文摘要
一种转矩传递机构(1)，包括形成有一空腔(12)的外部主体(10)和至少部分位于所述空腔内部并且能够在其中转动的内部主体(30)。位于内外部主体之间的多个滚子(22、24、26)与凸轮面(14a、16a、18a、20a)相互作用，使得内部主体沿着第一方向的转动基本上不受阻碍，但是沿着相反方向的转动通过滚子与一个或多个凸轮面的相互作用被防止或阻碍。其中一个滚子(18)大于至少一个其它滚子，并且位于形成在内外部主体中之一内的凹部中。在一个实施例中，凹部(18)形成在外部主体的一个部分上，在不考虑凹部的影响时，该部分的壁厚大于外部主体其他部分的壁厚，从而可以在不增加外部主体的体积的情况下容纳该较大滚子。
文档编号B25B13/46GK1910014SQ03823182
公开日2007年2月7日 申请日期2003年8月20日 优先权日2002年8月21日
发明者迪安·阿瓦·戴恩 申请人:赞克特－设计工程有限公司