专利名称：阶梯轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过成形连接件传递扭矩的轴，特别涉及用于如冲击式改锥这样的旋转动力工具中的砧轴。
背景技术：
冲击式旋转动力工具用于紧固或拧松紧固装置，如螺栓、螺母、螺钉等。冲击式旋转动力工具现在已经发展为使用气动马达或电动马达来驱动转动捶击冲击砧的锤体。这些砧通常具有一个带有正方形横截面的凸柄，并与一个输出端(如改锥插口)配合。凸柄部分在一个表面上设有一个横向孔以容纳一个弹簧加载的锁销。锁销与改锥插口中的对应凹槽可脱卸地接合。
用于冲击式改锥的现有技术的砧易于产生疲劳失效。在反复或波动的应力作用下，即使这些应力可能远小于部件的抗拉强度，疲劳仍将导致出现承载部件发生断裂的现象。疲劳断裂通常开始于一个几何突变点或应力集中点，并逐渐增大直到达到临界尺寸。已发现在现有的砧设计中，应力集中产生在凸柄表面上的横向孔处。这种在横向孔处产生的应力集中严重削弱了砧凸柄，从而增大了其疲劳失效的危险。此外，当砧凸柄遭受疲劳失效时，失效可能会突然发生。其可能会导致高速推进插口和砧的断裂部分，从而可能会伤害操作者或旁观者。
由于上述原因，必需一种能够减小凸柄处的应力集中以及疲劳失效的冲击式改锥的砧。
发明内容
因此，本发明的实施例提供了一种新型改进的用于冲击式改锥的砧。在一个实施例中，砧的凸柄部分是阶梯状的，并且，一个较小的第一凸柄部分过渡到一个较大第二凸柄部分。横向孔位于较小的第一凸柄部分处，而较大的第二凸柄部分与改锥插口接合。这种砧设计能够将应力由横向孔转移至较大的实心凸柄部分，从而降低了旋转式冲击改锥发生疲劳失效的次数。
根据本发明的第一方面，一种轴包括输入部分和柄。柄具有第一部分，第二部分和孔腔。第二部分沿轴线设置在第一部分和输入部分之间。第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面。径向孔腔设置在第一部分上。
根据本发明的第二方面，一种砧包括砧部和柄。柄具有第一部分，第二部分和孔腔。第二部分沿轴线设置在第一部分和砧部之间。第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面。径向孔腔设置在第一部分上。
根据本发明的第三方面，一种手持式动力工具可包括外壳，马达，动力源，凸轮轴，锤和砧。马达设在壳体内。动力源为马达供给能量。凸轮轴由马达驱动，而锤体由凸轮轴驱动。砧包括砧部和柄。柄具有第一部分，第二部分和径向孔腔。第二部分沿轴线设置在第一部分和砧部之间。第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面。径向孔腔设置在第一部分上。
本发明的第四方面是一种冲击式改锥，包括外壳，马达，动力源，传动装置，凸轮轴，锤体，砧和输出端。马达设在壳体内。动力源为马达供给能量。传动装置由马达驱动。凸轮轴与传动装置结合。锤体沿轴向与凸轮轴匹配，并由凸轮轴可转动地沿轴向驱动。砧包括砧部和柄。柄具有第一部分，第二部分和径向孔腔。第二部分沿轴线设置在第一部分和砧部之间。第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面。径向孔腔设置在第一部分上。输出端与柄结合。
图1为横剖面视图，其显示了一种采用本发明砧的典型冲击式改锥的前端部。
图2为本发明砧的分解透视图。
图3为本发明砧的侧视图，并带有在砧端部处所示的局部剖视图。
图4为本发明砧的端部视图，其显示了凸柄。
图5为本发明砧的端部视图，显示了砧。
图6为本发明砧的另一侧视图。
图7为砧的横剖面视图，其显示了凸柄的第一部分上的径向孔腔。
具体实施例方式
图1显示了一种带有蚌壳式外壳12的冲击式改锥10的前端部。冲击式改锥10包括一个马达(未示出)，一个传动装置，一个凸轮40，一个锤体60以及本发明的砧70。马达优选采用电动马达，并由一个由电源(如可再充电电池(未示出)或交流电)供给能量。作为可供选择的方案，所述马达可以采用由一压缩空气或液压管路或者一手动或齿轮驱动装置驱动的气动马达。马达具有一根带有小齿轮端16的电枢轴14。轴14绕马达中心轴线18转动。
轴14可与一个传动装置结合以调节输出扭矩或速度。如图1最清楚示出的那样，传动装置包括由多个啮合齿轮构成的齿轮组件20。齿轮组件包括一个由一较小第一齿轮24和一较大第二齿轮26构成的二级齿轮22和一个第三齿轮30。二级齿轮22可以整体成形，并且第一齿轮24和第二齿轮26同心对准，并公用一个转动轴线且以相同的角速度转动，但却在不同平面内转动。二级齿轮22绕一根一体式第一轴23转动，该轴由安装在外壳12内的第一轴承25和第二轴承27可转动地支承。虽然第一第二轴承25、27优选采用套筒轴承，但是也可使用其它类型的轴承。第三齿轮30安装在凸轮40的凸轮轴42上并绕其转动。作为可选择的方案，所述第三齿轮30可以与凸轮轴42一体形成。电枢轴14的小齿轮端16直接与二级齿轮22的第一齿轮24啮合，而第一齿轮24又使与第三齿轮30啮合并驱动第三齿轮30转动的第二齿轮26转动。由于第三齿轮30可转动地固定至凸轮轴42上，因此，凸轮轴42随之转动。上述齿轮组件优选使用一系列在平行平面内运转的啮合直齿圆柱齿轮。然而，所述齿轮也可在相互交叉或倾斜的平面内运转，在这种情况下，可以使用锥形齿轮，斜齿轮，准双曲面齿轮或其它合适的齿轮，使轴14与凸轮轴42结合。作为可选择的方案，可以使用任何传动装置来改变马达输出扭矩和速度，如太阳和行星齿系。另外，可以使一失速型(stall-type)机构(未示出)与传动装置相连，以允许马达一直运转直至其以理想的输出扭矩停止。
第三齿轮30可转动地与凸轮40啮合。凸轮40由一根凸轮轴42，至少一个位于凸轮轴42上一体形成的凸轮槽44内的凸轮滚珠46以及一个冲击弹簧50构成。一个支承在凸轮轴42上的第三轴承48以及一个由外壳12的硬化钢板13支承并位于凸轮轴42中的轴向凹槽47内的滚珠49在一端为凸轮轴42提供了转动支承。凸轮轴42与第三齿轮30相对的另一端在砧70中的轴向凹槽73内转动，以便也能提供支承。凸轮轴42绕输出轴线58转动。冲击弹簧50优选采用螺旋弹簧，并且其一端由第三齿轮30的径向面支承。作为可选择的方案，冲击弹簧50可由凸轮轴42上一体形成的径向延伸凸缘(未示出)支承。弹簧50的另一端沿轴向偏压旋转锤体60。
锤体60绕凸轮轴42转动，并且由于弹簧50的作用，可相对于凸轮轴42沿轴向滑动。在锤体60的每一轮转动或每轮转动的部分转动期间，凸轮均迫使锤体60克服冲击弹簧50的阻力沿轴向运动，以便使从锤体60的前端壁沿轴向延伸的一对锤体凸耳62的径向侧与从一体式砧齿70向外突出的一对凸耳72的径向侧一起形成转动冲击。
锤体60也设有一个轴向槽(未示出)，其中设有多个滚珠66。虽然该轴向槽的尺寸最好应允许可以在其中设置18颗直径为3.50mm的不锈钢冲击滚珠66，但是，所述轴向槽的尺寸也可允许使用其它尺寸和数量的滚珠66。在轴向沟槽中的滚珠66上设置一个垫圈68。通过由垫圈68和滚珠66形成的滚动轴承吸收作用在弹簧50上的轴向或转动载荷。
如图2-7所示，砧70为整体式结构，其由一个带有径向伸出的凸耳72的砧部74，一个扭矩传递部分76以及一个凸柄78构成。如图4所示，虽然在一个垂直于转动轴线的平面所示时，扭矩传递部分76最好具有圆形横截面，但是，也可使用其它形状。如图4所示，虽然在一个垂直于转动轴线的平面所示时，凸柄78最好具有正方形截面，但是，其也可使用其它的横截面形状。凸柄78也是台阶状的，其具有一个向较大第二部分82过渡的较小第一部分80。第二部分82过渡到扭矩传递部分76，扭矩传递部分过渡至砧部74。凸柄78具有两组四个平面，即形成在第一部分80上的四个平面81以及形成在第二部分82上的四个平面83。在相对平行的平面83之间的横向距离对应于理想的输出尺寸，例如1/4英寸、3/8英寸、半英寸、3/4英寸、1英寸等等。对于半英寸的改锥插口来说，对于第二部分82而言，凸柄78可采用0.499到0.502英寸的横向距离，而对于第一部分80而言，则凸柄78可采用0.484到0.489英寸的横向距离。
凸柄78的尺寸最好能确保其可容纳在具有类似形状和尺寸的输出端(未示出)的插孔内。这些输出端可包括改锥插口，转接器等等。大于第一部分80的第二部分82通过锤体60，将冲击扭矩从马达传递至输出端，从而提供了旋转锁定。将一个如弹簧加载的锁销这样的保持装置设置在第一部分80上，以便接合输出端的插孔中的对应凹部或凹槽并提供轴向锁定。如图2所示，所述锁销可包括一个偏压方榫式定位销98的螺旋弹簧96。所述锁销最好位于一个横向孔92内，该横向孔开设在第一部分80的平面81内。横向孔92最好不穿过第二部分82上的平面83。一个止动销99将方榫式定位销98和弹簧96固定在横向孔92内并且将止动销插入与带有横向孔92的平面相邻的平面81上的第二横向孔94内。对于半英寸的插口来说，可以将横向孔92开设成0.165英寸的孔，该孔延伸的深度为0.424英寸。另外，如图7所示，可以将第二横向孔94开设成0.078英寸的通孔，该孔与横向孔92部分交叉。
尽管匹配角度可采用任意角度，但是图2显示了与由凸柄78形成的正方体对准的凸耳72。另外，虽然显示了2个凸耳72，但是，也可使用其它数量的凸耳。在这种情况下，通常使锤体凸耳62平衡，以抵消任何的不对称。砧70是一体成形的，最好由Grade SNCM220条钢原材料加工而成，并带有浸油涂层来防止生锈。
如图1所示，砧70通过套筒轴承90支承以便转动。套筒轴承90位于扭矩传递部分76上方。虽然套筒轴承90优选由金属粉末工业联合会(MPIF)牌号为FC-2008且K Factor(表示径向挤压强度)为k46的烧结铜和铁制成，但是，可以使用其它结构或不同类型的轴承。虽然套筒轴承90最好也为注入润滑剂(例如体积量为17％的MOBILSHC 626)的真空装置，但是，可以使用其它的润滑剂和注入量。
在操作中，在马达驱动电枢轴14绕马达轴线18时，经传动装置将驱动力传递至绕输出轴线58的凸轮轴42。绕凸轮轴42设置的凸轮40可转动地并沿轴向使锤体60沿凸轮轴42移动，以便可转动地冲击砧70的砧部74。通过砧部74、经砧输送扭矩通过扭矩传递部分76到达凸柄78。第二部分82将冲击扭矩传送到输出端，从而提供旋转锁定。设置在凸柄78的第一部分80上的锁销向输出端提供轴向锁定。通过减小第一部分80的尺寸并使横向孔92远离施加载荷的区域，将由锤体产生的冲击扭矩带来的压力均匀分布至第二部分82的整个横截面上。由于没有了造成疲劳失效的孔所产生的应力集中，因此，必然会提高所希望的砧的工作寿命。
本发明适用于动力驱动的旋转工具，例如冲击式改锥，斜口冲击式改锥，失速型斜口扳手，螺丝起子，上螺母器等，并提供了一种能够降低由锁销引起的应力集中的砧。所述砧减小了凸柄中的潜在失效点，从而确保驱动扭矩向输出轴更牢固的传递。虽然已参照所说明的实施例的细节对本发明进行了说明，但是这些细节不应限制在权利要求中限定的本发明。例如，虽然已参照砧描述了本发明，但是，也可以使用具有其它输入部件(如齿轮、键槽、花键或凹槽)的轴。另外，虽然已将保持装置描述为涉及一种弹簧加载的锁销，但是，也可以使用其它的保持装置，例如固定环。此外，虽然参照横向孔对砧进行了说明，但是也可以使用具有其它形状的能够产生应力集中的结构，如凹槽、通孔等等。另外，也可以使用其它的砧或驱动装置。同样，也可以使用其它形状和尺寸的凸柄和扭矩传递部分，如其它的多边形，包括六边形、八边形等或者圆形，如环形或椭圆形。因此，上述详细的说明是解释性的，而绝非限定性的，并且，应理解包括所有等同方案的以下权利要求用以限定本发明的思想和范围。
权利要求
1.一种轴，包括a.输入部分；和b.具有第一部分、第二部分和孔腔的柄，其中，第二部分沿轴线设置在第一部分和输入部分之间，第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面，并且，所述孔腔设置在第一部分上。
2.根据权利要求1所述的轴，其中输入部分包括砧部，齿轮，键槽，多个花键或多个凹槽。
3.根据权利要求1所述的轴，其中所述柄具有正方形横截面。
4.根据权利要求1所述的轴，其还包括设置在输入部分和第二部分之间的扭矩传递部分。
5.根据权利要求1所述的轴，其还包括设置在孔腔内的锁销组件。
6.根据权利要求5所述的轴，其中所述锁销组件包括用于偏压销或滚珠的弹簧。
7.根据权利要求1所述的轴，其中所述柄具有第二径向孔腔，其设置在与所述孔腔交叉的第一部分上，所述孔腔垂直于轴线对准。
8.根据权利要求7所述的轴，其还包括设在孔腔内的锁销组件，该锁销组件包括偏压第一销或滚珠的弹簧，其中，设置在第二径向孔腔中的第二销将锁销组件固定在所述孔腔内。
9.根据权利要求1所述的轴，其中所述孔腔仅设置在第一部分上。
10.根据权利要求1所述的轴，其中第一部分和第二部分具有大约二分之一英寸的横向长度。
11.一种砧，其包括a.砧部；和b.柄，其具有第一部分，第二部分和孔腔，其中，第二部分沿轴线设置在第一部分和砧部之间，第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面，并且，所述孔腔设置在第一部分上。
12.根据权利要求11所述的砧，其中柄具有正方形横截面。
13.根据权利要求11所述的砧，其还包括设置在砧部分和第二部分之间的扭矩传递部分。
14.根据权利要求11所述的砧，其还包括设置在所述孔腔中的锁销组件。
15.根据权利要求14所述的砧，其中所述锁销组件包括用于偏压销或滚珠的弹簧。
16.根据权利要求11所述的砧，其中所述柄具有第二径向孔腔，其设置在与所述孔腔交叉的第一部分上，所述孔腔垂直于轴线对准。
17.根据权利要求16所述的砧，其还包括设在孔腔内的锁销组件，该锁销组件包括偏压第一销或滚珠的弹簧，其中，设置在第二径向孔腔中的第二销将锁销组件固定在所述孔腔内。
18.根据权利要求11所述的砧，其中所述孔腔仅设置在第一部分上。
19.根据权利要求11所述的轴，其中第一部分和第二部分具有大约二分之一英寸的横向长度。
20.一种手持式动力工具，包括a.外壳，；b.设置在外壳内的马达；c.为马达供给能量的动力源；d.由马达驱动的凸轮轴；e.由凸轮轴驱动的锤；以及f.砧，其包括i.砧部；以及ii.柄，具有第一部分，第二部分和径向孔腔，其中，第二部分沿轴线设置在第一部分和砧部之间，第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面，径向孔腔设置在第一部分上。
21.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其中所述马达为电动马达或气动马达，所述动力源为电池，交流电或气动压力。
22.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其中所述柄具有正方形横截面。
23.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其中所述砧具有设置在砧部和第二部分之间的扭矩传递部分。
24.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其中所述砧具有设置在径向孔腔内的锁销组件。
25.根据权利要求24所述的手持式动力工具，其中所述锁销组件包括偏压销或滚珠的弹簧。
26.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其中所述柄具有第二径向孔腔，其设置在与所述径向孔腔交叉的第一部分上。
27.根据权利要求26所述的手持式动力动工具，其中所述砧具有设在径向孔腔内的锁销组件，该锁销组件包括偏压第一销或滚珠的弹簧，其中，设置在第二径向孔腔中的第二销将锁销组件固定在所述径向孔腔内。
28.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其还包括与柄结合的输出端。
29.根据权利要求24所述的手持式动力工具，其还包括与柄结合的输出端，第二部分可转动地接合输出端，并且，锁销组件沿轴向固定输出端。
30.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其中所述径向孔腔仅位于第一部分上。
31.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其还包括与柄结合的输出端，其中，第二部分可转动地接合输出端，锁销组件沿轴向固定输出端。
32.根据权利要求20所述的手持式动力工具，其中第一和第二部分具有大约二分之一英寸的横向长度。
33.一种冲击式改锥，包括a.外壳；b.设置在外壳内的马达；c.为马达供给能量的动力源；d.由马达驱动的传动装置；e.与传动装置结合的凸轮轴；f.沿轴向与凸轮轴对准的锤体，其中，所述锤体可转动地沿轴向由凸轮轴驱动；g.砧，包括i.砧部；以及ii.柄，具有第一部分，第二部分和径向孔腔，其中，第二部分沿轴线设置在第一部分和砧部之间，第一部分的径向横截面小于第二部分的径向横截面，并且，径向孔设置在第一部分上；以及h.与柄结合的输出端。
34.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中所述马达为电动马达或气动马达，并且，所述动力源为电池，交流电，气动压力或液压。
35.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中所述柄具有正方形横截面。
36.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中所述砧具有设置在砧部和第二部分之间的扭矩传递部分。
37.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中所述砧具有设置在径向孔腔内的锁销组件。
38.根据权利要求37所述的冲击式改锥，其中所述锁销组件包括偏压销或滚珠的弹簧。
39.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中所述凸柄具有第二径向孔腔，其设置在与所述径向孔腔交叉的第一部分上。
40.根据权利要求39所述的冲击式改锥，其中所述砧具有设在径向孔腔内的锁销组件，该锁销组件包括偏压第一销或滚珠的弹簧，其中，设置在第二径向孔腔中的销将锁销组件固定在所述径向孔腔内。
41.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中第二部分可转动地接合输出端，锁销组件沿轴向固定输出端。
42.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中所述径向孔腔仅位于第一部分上。
43.根据权利要求42所述的冲击式改锥，其中第二部分可转动地接合输出端，锁销组件沿轴向固定输出端。
44.根据权利要求33所述的冲击式改锥，其中第一和第二部分具有大约二分之一英寸的横向长度。
全文摘要
一种轴包括一个输入部分和一个凸柄。凸柄具有第一部分，第二部分和一个径向孔。第二部分沿轴线设置在第一部分和输入部分之间。第一部分径向的横截面小于第二部分径向的横截面。径向孔设置在第一部分上。
文档编号B25B19/00GK1782445SQ20051007896
公开日2006年6月7日 申请日期2005年6月21日 优先权日2004年12月2日
发明者小韦尔登·H·克拉克, 埃尔顿·李·沃森 申请人:创科实业有限公司