专利名称：具有动力传递齿轮系和旋转检测装置的动力螺帽扳手以及用于确定状态的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有旋转电机的螺帽扳手，该旋转电机通过动力传递齿轮系连接 至输出主轴。
背景技术：
通常，上述类型的螺帽扳手具有转矩检测装置，用于指示传送至被拧紧的螺旋接 头的转矩。或者这种转矩检测装置是与减速齿轮系关联的机电类型，或者在结合于电动机 驱动装置的电动工具的情况下用于监测电机电流/转矩。在某些情况下，特别是在直线类 型的工具中，转矩检测装置与输出主轴关联并且给出与实际传送的转矩有关的相当准确的 信号，因为在这些情况下转矩信号并不会由于减速齿轮系产生的缺陷而受到干扰。然而， 位于角式螺帽扳手(angle nutrunner)中的输出主轴上的转矩检测装置可能会给出可靠 的转矩信号，但是其缺点在于转矩检测装置需要一些空间并且导致较大的角度头(angle head)。这导致了螺帽扳手的可到达性(accessibility)受损。在具有位于减速齿轮系“上 游”的转矩检测装置的螺帽扳手中，特别是在具有角齿轮(angle gear)的螺帽扳手中，在 “上游”转矩检测装置和输出主轴之间可能会有大量的干扰，从而使得实际传送至螺旋接头 的转矩可能会与转矩检测装置所指示的偏离很多。由于齿轮齿的啮合是连续的，来自角齿 轮的输出角速度以及随后的输出转矩自然地在某种程度上是正弦的。这就导致了在被拧紧 的螺旋接头中出现非线性的转矩增长。因此，对于通过输出主轴实际传送的转矩的瞬时幅度的不确定性而言，具有位于 减速齿轮系“上游”的转矩检测装置的螺帽扳手存在问题。这主要是由于齿轮系的输出速 度的变化造成的，而这种变化不仅是由上文描述的齿轮齿啮合而引起的，而且还是由减速 齿轮系的受损部件而引起的。转矩检测误差的另一个来源是传递部件和输出主轴的一定的弹性扭转变形，这种 变形影响旋转角度，还影响定位动力(registration dynamics)、使用寿命和安装转矩。保证可接受的输出转矩精度的一种方式是随时关注动力传递齿轮系的状态，并且 能够决定在什么时候齿轮系机械磨损至需要对工具进行大修或修理的程度。磨损的齿轮系 导致工具的输出性能受损，螺帽扳手的输出转矩可能不再是其原始设置，这就意味着通过 螺帽扳手拧紧的螺旋接头可能并没有被拧紧至可接受预张紧的水平。对于具有由电子驱动单元提供动力并控制的电动机的这类动力螺帽扳手，提供有 用于监控电机的输出转矩和角运动参数的装置。然而，在这类电动机布置中，输出主轴的角 运动和有效减速比都没有准确确定，这是因为齿轮系的机械磨损或其它缺陷都会影响从电 机传递至输出主轴的旋转运动。上述类型的动力螺帽扳手的进一步的问题涉及到在转矩负 载下动力传输的一定的弹性屈服(elastic yield)，这就意味着输出主轴会变得与电动机 不同相，断开动力时螺旋接头的角位置与电机的角位置不对应。输出主轴和电机之间会有 角度滞后。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有电机的动力螺帽扳手，该电机布置为通过齿轮 系将转矩传送至输出主轴，并且包括用于指示输出主轴的旋转运动的装置，从而监测导致 输出转矩的不可接受的偏差的齿轮系的过度机械磨损或任何其它损害，同样还监测动力传 输的弹性屈服量，从而确定输出主轴关于电机的角度滞后。本发明的其它目的和优点将会在以下说明书以及权利要求中得到呈现。
下面参考附图具体地描述本发明的优选实施例。在附图中图1显示了根据本发明的动力螺帽扳手的正截面。图2以较大的比例显示了通过图1中螺帽扳手的输出主轴的纵向截面，图示了根 据本发明的旋转检测装置。图3显示了一幅曲线图，其图示了角齿轮输出主轴的旋转运动中的正常的规则角
度变化。图4显示了一幅曲线图，其图示了具有叠加在其上的齿轮齿磨损指示的角齿轮输 出主轴的旋转运动中的正常的规则角度变化。
具体实施例方式图1中所示的螺帽扳手的正截面包括外壳10，其可连接至该螺帽扳手的未图示的 后截面，包括旋转电机和连接至该电机的动力供给装置。该正截面外壳10包括具有输出主 轴12的角度头11，该输出主轴12在向前的滚珠轴承13和后面的滚针轴承14中作为轴颈 (journalled)。输出主轴12具有用于承载螺帽套筒的输出端部15，该螺帽套筒用于连接 至待拧紧的螺旋接头。向前的滚珠轴承13的滚珠座圈的其中之一直接形成在输出主轴12 上，而另一滚珠座圈形成在端盖17上，该端盖17以螺纹连接至角度头11的向前的端部内。 输出主轴12通过角齿轮系18和中间轴19连接至电机，其中该角齿轮系18包括在中间轴 19上的小齿轮20和在输出主轴12上的锥齿轮(bevel gear) 210中间轴19在后面的可调 节滚珠轴承22和向前的滚针轴承23中作为轴颈，并且在其后端具有用于连接至电机的联 接套筒24。在角度头11中布置了旋转检测装置以及与输出主轴12相关联的激励器 (activator) 27，该旋转检测装置以霍尔元件类型的传感器26的形式固定在角度头11中。 该激励器27优选地形成为较薄塑料片29，该塑料片29附着在锥齿轮21周围，并且沿横向 等距离放置的平行带而磁化。这些磁性带非常窄以产生高分辨率，并且布置为完成传感器 26的脉冲激励。传感器26连接至优选地位于螺帽扳手后端的未图示的电子控制和评价单 元，传感器26将会在输出主轴12的旋转过程中响应于通过它的磁性带29而将电脉冲传送 至该单元。作为用于指示输出主轴12的旋转的磁性带和霍尔元件传感器的一种替换形式， 输出主轴12也可以具有沿圆周排列成行的齿，以激励位于角度头中的感应传感器。也可以
4使用其它类型的旋转检测装置。 在螺帽扳手的操作过程中，输出主轴的瞬时旋转运动基于来自旋转检测装置的一 系列电信号脉冲而受到电子控制和评价单元的监控。旋转运动的规则变化通过图3中的正 弦的转矩/角度(τ/φ)来表示。角齿轮系所产生的过度磨损(其通常与单个齿轮齿之间 的受损啮合有关)显示为在正常正弦曲线上叠加的不规则部分。图4中的曲线图显示了这 种情况。输出主轴的旋转运动中所有类型的不规则部分都会引起所传送的转矩中较大或较 小的变化，通过关注这些不规则部分，也可能获得实际上传送至正被拧紧的螺旋接头的转 矩的真实图像。这一点是很重要的，因为大多数螺帽扳手的转矩检测装置位于减速/角齿 轮系的上游，以避免螺帽扳手的输出端过于庞大，这意味着那种类型的转矩检测装置所指 示的转矩并没有展现实际上施加在正被拧紧的螺旋接头上的转矩中的任何不规则部分。通 过具有根据本发明的旋转检测和指示装置的动力螺帽扳手，可以监测在输出转矩中产生的 不规则部分，从而保证所需要的转矩确实地加载于正被拧紧的螺旋接头中。
权利要求
一种动力螺帽扳手，包括外壳(10、11)、旋转电机以及输出主轴(12)，所述输出主轴(12)通过动力传递齿轮系(18)联接至所述电机并且适合于承载螺旋接头啮合用具，其特征在于，旋转检测装置(26、27)布置为产生指示所述输出主轴(12)的瞬时旋转运动的信号，其中评价单元连接至所述旋转检测装置(26、27)并且布置为在所述输出主轴(12)的每次转动过程中通过对所述输出主轴(12)的旋转运动中的不需要的不规则部分进行监测和分析而确定动力传递齿轮系(18)的实际状态。
2.根据权利要求1所述的动力螺帽扳手，其中所述旋转检测装置(26、27)包括脉冲产 生致动器(27)和固定传感器(26)，所述脉冲产生致动器(27)与所述输出主轴(12)相关 联，所述固定传感器(26)安装在所述外壳(10、11)中并且布置为传送在所述输出主轴(12) 旋转时由所述致动器(27)等距离产生的电脉冲。
3.根据权利要求2所述的动力螺帽扳手，其中所述动力传递齿轮系(18)包括具有锥齿 轮(21)的角齿轮系，所述锥齿轮(21)承载于所述输出主轴(12)上，所述致动器(27)承载 于所述锥齿轮(21)上。
4.根据权利要求1-4中任一项所述的动力螺帽扳手，其中所述旋转电机是电动机，电 子动力供给和控制单元包括连接至所述电机和所述旋转检测装置(26、27)的装置并且布 置为确定所述电机的输出转矩和旋转运动，所述评价单元设置在所述动力供给和控制单元 中并且布置为将所述电机的旋转运动与所述输出主轴(12)的旋转运动进行比较，以监测 关于所述电机的所述输出主轴(12)的角度滞后以及所述输出主轴(12)的旋转运动中的不 需要的不规则部分。
5.一种用于确定动力螺帽扳手的动力传递齿轮系(18)的状态的方法，其中所述齿轮 系(18)布置为通过输出主轴(12)将旋转电机联接至螺旋接头啮合用具，所述方法包括如 下步骤 指示所述输出主轴(12)的瞬时旋转运动，并且 连续地分析所述输出主轴(12)的瞬时旋转运动，以监测所述输出主轴(12)的旋转 运动中的不需要的不规则部分。
6.根据权利要求5所述的用于确定动力螺帽扳手的动力传递齿轮系(18)的状态的方 法，其中所述输出主轴(12)的瞬时旋转运动的指示是通过在所述输出主轴(12)旋转时等 距离产生的脉冲信号而进行的。
全文摘要
一种动力螺帽扳手，具有外壳(10、11)、动力传递齿轮系(18)和输出主轴(12)，所述外壳(10、11)具有旋转电机，其中旋转检测装置(26、27)与输出主轴(12)相关联并且布置为将等距离产生的脉冲信号传送至评价单元，以监测由齿轮系(18)的缺陷所引起的输出主轴(12)的旋转运动中的不需要的不规则部分。
文档编号B25B21/00GK101939141SQ200980104196
公开日2011年1月5日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月20日
发明者E·V·佩尔松, K·J·L·埃尔斯马克 申请人:阿特拉斯科普科工具公司