专利名称：双六角套筒扳手的制作方法
技术领域：
本发明主要用于手工工具，特别涉及套筒扳手。
背景技术：
使用常规扳手扳动六角螺母时，开口须与螺母的六个面一一啮合。图1中所示习知的六角套筒扳手10，具有一个手摇臂12和一个可拆卸的套筒14。套筒14接触并施力于在六角螺母的周围表面。如图2所示的某些六角扳手，并不要求扳手尽可能的接触螺母表面，经调整而形成一个第二六边形开口，该第二六边形开口之角延伸至第一六边形开口端的中点处。因为这种“双六角配置”中的两个六边形套圈能适用于相应大小的螺母，用户使用这类配置的扳手，更易发现如何将扳手正确的放置在螺母上。这种设计通常被称为“十二角套筒板手”。汽车往往是由不同国家制造的零部件组装而成。有些国家采用英制的量衡制度，而有些采用米制。许多机器由米制、英制大小的螺母和螺栓共同组装而成。常规的英制或米制手动套筒扳手，只能适用于特定尺寸的螺母或螺栓，为满足不同工作中对米制、英制零部件的要求，机械工、机械师、电工和消费者不得不购买多种类单头套筒於工具组中。一些商用的手工具被设计于同时适用不同规格英制或米制螺母和螺栓的难题，如开口扳手、套筒扳手、可变套筒扳手、标准和斜口棘轮套筒扳手(offset rachetingbox-end wrenches)和开口套筒扳手。这些工具可自由组合，用于不同规格的螺母或螺栓，而可适用一或多种特定规格。图3所示的是依据现有技术生产的双端套筒扳手，前端可适用于某一规格的螺栓，后端可适用另一规格的螺栓。美国第5，048，379专利所展示的是内含中间轴的四方传动双端套筒，用传统的连杆与任一端套筒相连接即可使用。但该项专利需要通过移动、旋转和更换套筒来实现英制米制尺寸的转化。此外，这项专利在实际操作时还需要添加连杆或特殊的扳手。除了需要备有许多尺寸的扳手外，机械师及其他相关人士在安装或拆卸螺母或螺栓时，往往难以确定精确的尺寸，仅通过目测来推测需要使用的扳手大小。此外，在维修汽车时，往往很难判断一个螺栓是英制还是米制的。一般情况下，机械师在发现适合螺栓或螺母大小的套筒前，要尝试各种规格大小的套筒。他们可能要尝试几次才能确定螺栓的量制和具体尺寸。如果他们选错了尺寸，套筒尺码小了，扳手肯定配不上；但如果套筒稍微选大的一点，扳手用起来就比较松，如图4所示米制17毫米(O. 669英寸)的螺母(NS)与11/16英寸(0.688〃 )扳手的开口宽度(Hl)匹配不上，扳手的开口宽度Hl = H2。由于扳手的六角开度Hl (面对面进径)超过螺母的NS 0.019"，当转动扳手时(例如逆时针)，只有将其顶点旋转至略微高于螺母顶点时，且仅当顶点处于P点(而非螺母的表面区域)，扳手的开口 Hl才能与螺母的边相啮合。如果扳手和螺母都由坚硬的材质制成，能承受这种转动力，螺母就被转动了。但如果某一材质不够坚硬(通常是螺母)，那么这种尺寸的不匹配会导致顶点的转移，会造成(通常)螺母的损坏几率增加30%。
图1系一立体图，显示现有技术的套筒扳手手柄和可拆卸六角套筒的立体图；图2系一截面图，显示现有技术之双六角套筒；图3系一平面图，显示现有技术的双端双六角套筒扳手；图4系一侧视图，显示如图3所示之扳手，在使用中误将11/16英寸套筒与略小于它的17毫米螺母相匹配的结果；图5系一立体图，显示本发明之实例之双尺码六角套筒；图6是图5所示双尺寸六角套筒的侧视图，描述了两种不同尺寸内外六边形套圈的特征；图7是图6所示套筒的侧视图，描述了大小不同两种规格六边形套圈的尺寸；图8所示之表单，A列英制尺寸是外六边形套圈对边距的英制分数值，D列是以米制为单位内六边形套圈对边距的可能值，栏J是指是否推荐该尺寸的内外六边形套圈组合为双尺码套筒；图9所示之表单，A列指外六边形套圈对边距的米制尺寸，列D是内六边形套圈对边距的可能英制值，J列是指是否推荐该尺寸的内外六边形套圈组合为双尺度套筒；图10所不之表单与图8相似,但包含了英制内/K边形套圈对边距的最大和最小值；图11所示之表单与图9相似，但包含了米制内六边形套圈对边距的最大和最小尺寸；图12系一端视图，显示本发明实例之双尺码双六角套筒，其外六边形套圈对边距Hl = 11/16英寸,且内六边形套圈对边距H2 = 17mm组合成的。如图4所示，17mm的套筒被误与11/16英寸相匹配，如本图所示，扳手与螺栓的啮合面积已增大。图13系一立体图，显示内六边形套圈对边距的理论最小值；以及图14系一平面图，显示是可适用四种规格螺栓或螺母的双端双六角套筒扳手。
发明内容
详细说明本发明提供一种套筒，能同时适用两种大小不同规格的螺栓，减少在组装和拆卸各种尺寸的螺母和螺栓时所需选用的套筒数。根据本发明配置的套筒能缩短根据特定规格的螺母或螺栓，确定正确尺寸套筒的所需时间。单独考虑标准英制尺寸扳手的话，因为其间距较大，次小尺码之内六边形套圈小于该尺码之外六边形套圈筒的机会较低。标准米制尺寸的扳手的间距同样较大。然而，若将英制尺寸与米制尺寸并排比较，两种量度中的若干尺寸都仅有细微的差距，这是背景介绍的讨论中提及造成选用尺寸混乱的原因。本发明教示了利用十二角双端套筒扳手的优势，即它们可同时适用两种尺寸略有不同的螺母，其中一个六边形套圈用以匹配英制尺寸的零件，而另一六边形套圈则用于匹配米制尺寸的零件。两种不同尺寸的六边形套圈的设计，让用户仅需一个套筒就能适用两种规格的六角螺母。本发明的较佳实例包括在垂直于轴平面内旋转螺母和螺栓的扳手，该扳手包括具有中心轴的套筒，以及围绕轴的圆柱状开口，该开口具有沿第一六边形和第二六边形的周长中较大者的侧边，该第二六边形偏移于第一六边形围绕之轴。本发明的优势在于双尺寸套筒的使用，可以降低用户改变工具的次数，加快其维修速度。图5所示是本发明实例之一套筒扳手20的等轴测视图。套筒扳手20包含套筒座22，尽管可选用任意形状，但基本倾向于选用圆柱形座。套筒座22前端24为螺母开口 26，实例中的套筒可拆卸，其后端(不可见)通过如方形套筒接头28或其他小孔等与扳手手摇臂12相连接，连接方式与图1所示类似。扳手手摇臂通过连通处将扭矩转移给套筒座22，再转向外六边形套圈31和内六边形套圈32。其他种类或形状的套筒接头也可给套筒提供扭矩。其他种类或形状的套筒接头也可给套筒提供扭矩。在本发明的另一实例中，例如类似于图2所示的现有扳手之一不可分拆(non-detachable)的套筒扳手可与手摇臂一体成形，而不需要另外接合。如图6所示，螺母开口 26围绕着套筒20的旋转轴X，并以与中心轴平行、包含24侧面F的内表面32为界。相邻侧面之间可交替形成正值角(顺时针60° )和负值角(逆时针30° )。每个正值角以V为顶点，与相邻面形成一个袋区域(p0Cket)P。第一组袋区域的集合Pouter包含定义第一个六边形图样Hl的边界(各袋区域之间由破折号连接)之每一个其他的袋区域。第二组袋区域的集合Pinner则定义了第二个六边形图样H2的边界(各袋之间由虚线连接)。在习知的单一尺寸套筒扳手中，两个六边形图样的大小相等，沿X轴形成30°角；依据本发明设计之扳手，其六边形图样之对边距H1、H2不相等，而可以适用于不同尺寸的螺母。图7所示是本发明实例之一套筒扳手20的尺寸图其具有较大的外六边形套圈对边距(HSJ和较小的内六边形套圈对边距(HSs)。内外六边形套圈的最佳方案是沿X轴相交成角度0 = 30°。大六边形图样大六边形对边距=HSl大六边形半径=HRl大六边形对角线长=HDl大六边形顶点间距=PHDl(图中未标出)小六边形图样小六边形对边距=HSs小六边形半径=HRs小六边形对角线长=HDs小六边形顶点间距=PHDs关于所适用六角螺母标称尺寸、外六边形套圈对边距HSL以及内六边形套圈对边距HSs更多信息如下六角形半径是六角形对边距离的一半(例如面对面直径)即HR = 1/2*HS六边形套圈顶点间距是该六边形对角线距离减去另一六边形的半径对较大的外六边形图样Hl :HDl = HRl/cos30。PHDl = HDl-HRs
对较小的内六边形图样H2 :HDs = HRs/cos30°PHDs = HDs-HRl大小六边形尺寸的表面接触(Surface Contact)长度分别为SCl = PHDL/sin30°SCs = PHDs/sin30°依据本发明，上述尺寸可用于确定如何组合不同尺寸的套筒，构成各种规格的扳手。六角套筒扳手与螺母的吻合面F要足够大，才能在不损害螺栓角的同时套住并转动六角螺母。内六边形套圈的对边距HSs被缩小，其六边形套圈顶点间距PHDs也会缩短，扳手与螺母的吻合长度及吻合面积也会相应减少。(相反的是，若减少内六边形套圈的对边距HSs，外六边形套圈的顶点间距则会增大，与螺母的吻合面积也会相应扩大，如下图12所示。)内六边形套圈H2的标准单尺寸双六角扳手，与同尺码的外六边形套圈理想的吻合面积至少要达80%。换言之，如图8、9、10、11所示的I列数值最好不超过20%。内六边形套圈对边距实际超过最小尺寸的最优方案的替代选择是如图8、9、10、11所示的F列数值，SP内六边形对边距与外六边形对边距之比不低于97%。图8所示A列的外六边形对边距的英制尺寸与D列的内六边形对边距的米制尺寸，用于组合成双尺码套筒扳手，J列是否勾选则对应该匹配是否可行，例如，图8中第8行匹配的是11/16英寸和17_两个相近尺码的套筒11/16英寸(A列数值)等于O. 688英寸(B列数值)，而17mm(D列数值)等于O. 669英寸(E列数值)；所以11/16英寸较大，成为外六边形对边距HSL (A列数值)，17mm成为内六边形对边距(D列数值)。套用上面的公式，内六边形对边距与外六边形对边距之比为97. 4%，满足不低于97%的优选值，根据本发明实例的分析，第8行J列的勾选也表明第8行的11/16英寸和17_可用于匹配成双尺码套筒扳手。图9所示A列的外六边形对边距的米制尺寸与D列的内六边形对边距的英制尺寸，用于组合成双尺码套筒扳手，J列是否勾选则对应该匹配是否可行，例如，图9中第7行匹配的是外六边形套圈Hl对边距HSL13mm(A列数值)，内六边形套圈H2对边距HSS0. 5英寸(E列数值)，而13mm等于O. 512英寸(B列数值)，仅比O. 5大了 0.012。第一组六边形套圈适用于13mm规格的螺栓和螺母，第二组六边形套圈适用于O. 5英寸规格的螺栓和螺母。此外，如图10、11的列表所示，两个相近的英制或米制尺寸的六边形套圈也能组合成双尺码套筒扳手。图10和11中没有双英制尺寸或双米制尺寸的组合能够满足F列的比例值高于97%或P列的比例值低于20%。但11/16英寸与11/8英寸的套筒区别不大，所以双英制和双米制组合在大尺码套筒中的实用性更高。如上所述，若减少内六边形图样的对边距HSs，外六边形图样的顶点间距(pointto hex distance,PHDL)则会增大于超过第一顶点间距HRL,与螺栓的接触面积(SCL)也会相应扩大。因此，内六边形H2的对边距越小，扳手外六边形Hl所产生的转动力越大。如图12所示，即使误选适用对边距17mm规格螺母的扳手,增加的接触面积SC(Surface Contact)明显高于一般适用11/16英寸规格螺母的单一尺码扳手。当内外六边形套圈沿X轴相交成角度0 = 30°时，扳手的转动力达到最大值，但其他角度同样可行。
如果螺栓、螺母和套筒扳手都由坚硬的材料制成，六边形顶点间距差占标准间距的比重最好不高于20%或者当外六边形套圈对边距HSL可能大于图10中第7，12，13行以及图11中第8至18行中所列双尺码六角套筒的匹配值时，内六边形对边距占外六边形对边距的比例不低于97%。如图13所示，内外六边形尺寸的理论最大差值或内六边形套圈的理论最小尺寸是当内六边形的对角线长HDs等于外六边形的半径HRL时，外六边形的半径HRL等于外六边形对角线长乘以sine60°。仅当内外六边形套圈沿X轴相交成角度0 = 30°时，(HDL) *(86. 6% )才能取得理论极值。图14所示的是本发明实例之一双端双六角套筒扳手140，可适用于四种不同规格的螺栓或螺母。该扳手140的一端由双尺码套筒141和142组成，可适用两种尺寸的螺栓；另一端由双尺码套筒143和144组成，也可用于两种大小不同规格的螺栓。依据本发明所提出的实例，在实用领域中，本领域普通技术人员可依据发明思路做相应修改。例如，若选用内外方形套筒，依据本发明设计的方形扳手同样可适用于方形螺栓和螺母。因此，以下权利要求涵盖所有对发明做出的符合本理念，属于发明范围及精神的修改。
权利要求
1.一种扳手，用於转动六角螺栓及螺母，该扳手包含: 套筒，适用于具有第一尺寸之第一六角螺母，于一不同时间时，适用于具有第二尺寸之第二六角螺母。
2.如权利要求1所述的扳手，其中所述第一尺寸及所述第二尺寸中，其一为英制度量且另一为米制度量。
3.如权利要求1所述的扳手，其中所述第一尺寸及所述第二尺寸为英制度量中之不同尺寸。
4.如权利要求1所述的扳手，其中所述第一尺寸及所述第二尺寸为米制度量中之不同尺寸。
5.一种扳手，用于旋转螺母和螺栓，该扳手包括: 具有中心轴的套筒，以及 围绕该轴之圆柱状开口，该圆柱状开口具有沿着第一六边形和第二六边形之周长中较大者的侧边，所述第二六边形系偏移于所述第一六边形所围绕之该轴。
6.如权利要求5所述的扳手，其中所述第二六边形与所述第一六边形沿所述轴偏移成30度角。
7.如权利要求6所述的扳手，其中所述第一六边形之对面距离为HSL，且所述第二六边形之对面距离为HSs, HSs大于HSL乘以sine60°。
8.如权利要求7所述的扳手，其中所述距离HSs至少为距离HSL的97%。
9.如权利要求7所述的扳手，其中所述第二六边形与具有同样尺寸之HSs之一六边形相比较，其顶点间距(Point-to Hex)PHDs之减量于一单一尺寸扳手中，系小于20%。
10.一种套筒工具，包含具有米制尺寸之方形开口以及另一个具有英制尺寸之方形开口，所述二开口旋转地相互偏移。
全文摘要
本发明的套筒扳手可同时适用于英制和公制规格。两个常规的单一尺寸套筒被双尺码六角套筒所取代，减少在使用时需要选用套筒数。其一六边形图样可较佳地适用于配对公制规格的元件，另一六边形图样可较佳地适用于英制规格的零件。两六边形图样较佳地偏移成30度角。
文档编号B25B13/06GK103072106SQ201110330630
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者佩里·詹姆斯·理查森 申请人:佩里·詹姆斯·理查森