专利名称：卡头的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于钻类、电动或气动的驱动工具的卡头，特别涉及一种可用手或驱动工具电机驱动上紧或松开的无键型的卡头。
手动和电动或气动的工具驱动工具是已知的。虽然麻花钻是用于这种驱动工具的最普通的工具，该工具还包括螺丝刀，螺母驱动工具，套丝器，组装的磨岩石或其它切削或研磨的工具。因为工具会有变化直径的柄部，或者工具柄部的截面可能是多边形的，该装置常有一在较宽范围可调节的卡头。该卡头可通过一带螺丝的或带锥度的孔安装到驱动工具上。
在本技术领域中已开发了多种的卡头。在卡头的最简单的形式中，三个彼此圆周方向相间120度的爪由安装在驱动轴上的一个装置体中的带角度设置的通道约束，并这样构成，即使得该装置体相对于接合所述爪的被约束的螺母沿一个方向的旋转，将所述爪与一工具圆柱柄成夹紧的关系，而在相反方向的旋转便使该夹紧松开。这样的卡头如用手旋转可以是无键的。这种卡头的一个例子在美国专利5,125,673″非冲击无键卡头″中公开，已共同转让给本受让人，在本说明中将作为对比文件引述。
尽管如美国专利5,125,673所述的无键卡头是成功的，需要对各种用途有各种变化结构的无键卡头。当然也希望有只须少量组件和/或低制造成本的无键卡头。
作为例子，用于固定接合在风钻中的钻头的常规卡头中，由使用工具造成的振动可使得爪松开它们的围绕工具轴的夹紧。这对于工件和工具的运行来说，会有不希望的影响。
本发明认识并看到上述想法和现有技术结构和方法的其它方面。
因此，本发明的目的是提供一种改进的卡头，其中使用时的振动不会使爪松开它们围绕工具轴的夹紧。
本发明另一目的是提供一种改进的无键卡头。
本发明另一目的是提供一无键卡头，它可在使用时使螺母在爪上有效地上紧。
本发明的另一目的是提供一种无键卡头，它具有最少的必须组装的单个组件。
这些和其它目的是通过提供一种用于具有一个可旋转的驱动轴的手动或动力驱动工具的卡头实现的，所述卡头包括一基本为圆柱的主体件，具有一鼻部和一尾部。所述尾部具有一形成在其中的与所述驱动工具的驱动轴接合的轴向孔，并且所述鼻部具有形成在其中的轴向孔，和多个穿过其中并与所述轴向孔相交的有角度的通道。所述卡头还包括多个位于每个所述有角度的通道中的可滑动的爪，每个爪具有形成在它的一个侧面上的爪面和形成在它的相反侧面上的螺纹。所述卡头还包括相对于所述主体件可旋转安装的，并与所述爪的所述螺纹接合的螺母。卡头还包括一个基本是圆柱体的前套件，所述套件与所述螺母驱动接合并覆盖在所述主体件的鼻部上，从而当所述前套件相对于所述主体件旋转时，所述爪被移动。所述卡头还包括一个弹簧件，所述弹簧件相对于所述螺母可有选择地转动。所述前套件通过在所述套件的内表面上的多个凹槽中的至少一个接合所述弹簧件。所述弹簧件可具有至少一个向所述前套件偏压的臂，并且所述臂可具有至少一个接合所述前套件的凸台。因此，一个约束扭矩阻止所述弹簧件和前套件(和与所述前套件工作连接的螺母)之间的相对旋转。卡头的主体件可包括一个推力接受部分。所述弹簧件可位于所述螺母和主体件的推力接受部分之间，以致当所述螺母旋转，以一希望的方式将所述爪在所述工具的轴周围上紧时，一个向后的轴向推力锁紧所述弹簧件，使其相对于所述主体件不能转动。所述弹簧件通过在所述螺母和弹簧件之间的一个轴承总成可相对于所述螺母可旋转地设置。所述轴承总成可包括一减少摩擦的表面，所述表面是形成在所述弹簧件和螺母中的至少一个上的涂层。另外，所述卡头可包括邻近所述推力接受部分的一个整装的抗摩擦轴承总成。
本发明的其它目的，特点和方面在下面详述。
在本说明的余下部分，结合参考附图，将完整公开本发明，其中包括最佳的实施方式，附图中
图1是根据本发明一实施例的卡头局部剖的前视平面图；图2是图1所示卡头主体件和某些其它部件的正面透视组装图；图3是根据本发明一个实施例的一组件的详细放大顶视平面图；和图4是图3的组件与图1中的套件接合的局部顶视平面图。
在本说明书和附图中，将重复使用同一标号表示本发明的相同或相似的部件。
应理解本说明仅是典型实施例的介绍，并不是为了限定在所述结构中实施本发明的较宽的特征。
见图1，图中示出根据本发明的卡头10。卡头10包括一个前套件12，一个可选用的后套件14，一个主体件16和多个爪18。见图1和2，主体件16基本是圆柱体形，并包括一个鼻部，或者说是向前部20，和一个尾部，或者说是向后部22。如图1所示，在主体件16的鼻部20中形成一个轴向孔24。轴向孔24比卡头设计要容纳的最大的工具柄稍大。一个带螺纹的孔26在主体件16的尾部22中形成，并具有用于动力或手动的驱动工具(未示出)的驱动轴相配合的标准尺寸。虽图示的是带螺纹的孔26，这样的孔也可用标准尺寸的带锥度的孔代替，以便与带锥度的驱动轴相配。孔24和26在主体件16的中心区域28可相通。
在主体件16中形成分开的通道30，容纳每个爪18。设有多个爪18和相应的通道。见图1，当用三个爪18时，每个爪18与相邻的爪分开大约120度的弧度。通道30和爪18的纵轴线相对于卡头的纵轴线成角度，并在卡头主体件16的前方的一个公共点上与卡头的轴线相交。每个爪18具有一个工具接合面32，和在它的相反或外表面上的螺纹34，面32基本与卡头主体件16的纵轴线平行。在本发明的范围内，如了解本技术的人士所知的，可采用任何适当类型的螺纹34，并可有适当的螺距。
如图1和2所示，主体件16包括一个推力环件36，在一个优选的实施例中，它与主体件是一体的，并构成主体件16的推力接受部分36。推力环件36也可以是与主体件分开的组件，虽然本优选实施例不是如此。如图1所示，推力环36包括一个突出部38，如下所详细说明的，突出部38可形成与整装的抗摩擦轴承总成42的罩或外座圈接合。推力环件36包括多个爪导向槽40，导向槽40围绕与通道30对准的圆形成，使得爪18可通过导向槽40移动(收缩和伸展)。
见图1和2，主体件16的尾部22可包括一个后圆柱部44。它带有刻痕的表面46用于接受一个供选择的后套件14在它上压紧，如果希望这样的话。如图2所示，主体件16还包括一个第一带锥度的部分48，其由后圆柱部44向推力环36的区域延伸。一个第一中心圆柱部51由推力环36的区域向具有比第一中心圆柱部51直径小的第二中心圆柱部52延伸。一个前圆柱部53由第二中心圆柱部52的一端向一个倒角的鼻部56延伸，鼻部56可接受一个顶58，以便如以下进一步详述的那样，保持前套件12与一螺母驱动接合。另外，为保持前套件12在位，或者使前套件12压紧在或固定到所述螺母(下述)上，也可用一个卡环等。
本发明还包括一个螺母60，螺母60相对于主体件16可旋转地安装，并与爪18的螺纹34接合。如图1所示，螺母60包括螺纹62，用于与爪18上的螺纹34相配合，从而当螺母60相对于主体件16旋转时，爪18沿通道30的纵轴线的特定方向向前或回缩。这个方向沿主体件16的纵轴线有一分量。如图2所示，螺母60可包括驱动槽66，用于与前套件12上的驱动凸棱68配合。用这种方法，螺母60啮合到前套件12，使得当前套件12旋转时，如上所述，螺母60将一起旋转，并移动爪18。在一个优选的实施例中，螺母60的结构是一个整体件，但也可是由能结合到一起的或仅同心设置的两件或多件构成。
如图1所示，设置并构成一个螺母保持件69，与主体件16的前圆柱部53合作，约束螺母60不向主体件16的鼻部20轴向移动。如图2所示，螺母保持器69的结构基本是一与圆锥台部相结合的圆柱形部。
根据本发明，还设置一弹簧件。如图1和2所示，弹簧件80沿主体件16周围构成并设置。如图2和3所示，弹簧件80的圆环部83的内表面限定一中心设置的开口81，开口81使得弹簧件80围绕主体件16设置。如图1和2所示，弹簧件的圆形环部83与推力环36的突出部38相对，并且开口81的直径足够大，不妨碍爪18在主体件16的推力环36中通过导向槽40的运动。
如图1和4所示，弹簧件80包括至少一个向前套件12弹性偏压的臂82，并在臂82的自由端上带有至少一个凸台84，凸台84的结构与前套件12接合。如图4所示，在前套件16的后边缘附近的内表面上设有多个凹槽85，接合并容纳在弹簧件80的臂82的自由端上的相应凸台84。如图2和3所示，弹簧件80具有多个臂82和配套的凸台84，示出的四个是围绕弹簧件80的外周边圆周对称设置的。
如在图3中的臂82的点划线所示意的，每个臂82向开口81的中心径向(大致方向)向内，和离开开口81径向(大致方向)向外弹性偏移。这样构成的臂82，凸台84和凹槽85使得为了克服接合需要一个圆周力。因此，在凹槽85和相应的接受凸台84间的接合形成了一约束力矩。当通过旋转套件12用手移动螺母60时只要这个接合不滑脱，那么前套件12，螺母60和弹簧件80便一同旋转，而不相对运动。
当螺母60旋转使爪18增加施加到工具轴的向前夹紧力时，相应的轴向力越来越大地通过爪18向后施加到螺母60上。这个向后的轴向力通过螺母60传递到主体件16上，具体地说是传到主体件16的推力环36的突出部38上。而且，如图1和2所示，弹簧件80位于螺母60和主体件16的推力接受部36之间。更具体地，弹簧件80的圆环部83形成一个载体，向后传递从螺母60向主体件16的推力环36的突出部38的轴向力。因此，这个向后的轴向力造成在主体件16的推力环36的突出部38和弹簧件80的圆环部83之间的摩擦力。
这个造成在主体件16的推力环36的突出部38和弹簧件80的圆环部83之间的摩擦力被引向一个圆周方向，这个方向与前套件12和螺母60被使用者手动旋转的方向相反。因此，这个造成的摩擦力作用约束弹簧件80相对于主体件16的推力环36的圆周运动。因此，当爪18以希望的方式围绕工具轴上紧时，这个造成的摩擦力阻止弹簧件80相对于主体件16的进一步旋转。这样，弹簧件80被锁定在主体件16上，因此被选择定位，相对于主体件16不能旋转。
作为例子，在一个将接合到风钻中的钻头进行固定的常规卡头中，由使用工具造成的振动会引起螺母和前套件在最小的阻力方向的运动，因此使爪18松开(即，松脱)围绕着工具轴周围的夹紧。但根据本发明的卡头，在弹簧件80中的弹性臂82的拉紧和凸台84相对于凹槽85的结构，可被控制产生一个约束力矩，它抵消了这个松脱的力矩。因此，在前套件12相对于弹簧件80(并相对于主体件16，它是由上文提到的向后作用的轴向力固定到弹簧件80上)可旋转前，由作用在卡头上的振动引起的松脱力矩的大小必须超过阻止弹簧件80相对于前套件12旋转的约束力矩。这个约束力矩的希望大小是这样，即阻止这样的振动引起前套件12(和由驱动槽66和驱动凸棱68的相互作用被啮合到它上的的螺母60)相对于主体件16的旋转。这便在工具在它的会产生振动的预定用途中，如风钻或其它用途中，当这样振动时，确保爪18围绕工具轴的希望的夹紧不会松脱。在向前套件12施加超过约束力矩的一力矩时，将有选择地使前套件12和啮合到它上的螺母60相对于弹簧件80旋转，这个弹簧件固定到主体件16上不能旋转，这是由于向后施加的轴向推力造成摩擦约束力，向后施加的轴向推力将弹簧件80的圆环部83在主体件16的推力接受部36上固定。
如上所述，弹簧件80是相对于螺母60可旋转地设置的。这是通过一个设在螺母和弹簧件之间的轴承总成理想地达到的。在另一个实施例中，轴承总成包括一个在螺母60一个表面和弹簧件80一个表面间的一个表面轴承。如图1所示，弹簧件80的圆环部83的一个向前的表面86面向螺母60的向后表面61。在图2-4所示的视图中，图中实际示出的圆环部83的相反表面，而不是环部83的表面，它顶靠在这个表面轴承的实施例中的螺母60的向后面，即下表面61。
在这个表面轴承的关系中的螺母60和弹簧件80的相对表面间最好设置至少一个减小摩擦的结构。该至少一个减少摩擦的结构可以是一个固体润滑剂膜或涂层，它们通过在螺母60的轴承表面之一上喷涂施加，然后固化。在另一个实施例中，带有该表面的组件可浸渍或喷淋抛光。减小摩擦结构的一个适合的材料是PERMA-SLIK润滑剂，是由印地安那州E/M corporation ofWest Lafayette提供的。PERMA-SLIX润滑剂可根据制造厂的说明书施加到每个希望施加的表面上。本申请人认为每层固体润滑剂膜的较好的固化厚度是0.0001-0.0005英寸。有关固体润滑剂膜的进一步细节可由在此作为参考文件的、共同转让的同时待审的申请08/472,253了解到。
见图1和2，在螺母60和弹簧件80间装的轴承总成的另一个实施例可包括一个整装的轴承总成，以标号42表示。如图1所示，整装的轴承总成42包括一个内座圈72，外座圈74和保持在它们间的轴承件76。一个优选的实施例的轴承件76是球轴承。整装的轴承42可还包括一个包围内和外座圈72和74的罩78，使得该轴承总成保持为一个整装的组件。如图1所示，内座圈72包括一弓形表面73，它的尺寸和结构与作为螺母60一部分的相应的面向后的弓形支座表面61相配。螺母60支撑在内座圈72上，不象一些现有技术的装置那样与主体件16摩擦接触。这种配合关系，当卡头工作时，帮助对准，并将轴向和径向应力减到最小，而且使螺母60和主体件16间的摩擦接触或磨损减至最小或消除。而且，这个关系帮助保持螺母上紧时对中，以便使卡头进一步均匀上紧，并减少偏斜。这种设置也保持与每个爪的最佳的螺纹接合，进一步提高效率，减少爪和螺母螺纹的应力。在一个优选的实施例中，整装的轴承总成42是一个径向推力轴承(angular thrust bearing)。
在一个上述实施例中，前套件12可松动地装在卡头10的鼻部20。前套件12的多个驱动凸棱68接合螺母60的驱动槽66，使前套件12和螺母60在运转中连接或键连接在一起，即当前套件12旋转时，螺母60随着旋转。如图1所示，前套件12可包括一个位于主体件16的鼻部20周围的环形的凸出部13。一个顶58大小适合地被压紧在鼻部20的倒角鼻部56上，保持前套件12在卡头10上。应理解，顶58也可通过卡扣配合，螺纹等固定到主体件16上。当卡头组装时，顶58露出，并且在一个实施例中，它可带有有色金属的涂层，以防止生锈，改善外观。适当的涂层例如有锌或镍，而且应理解，可用任何合适的涂层。
顶58的作用是将前套件12保持在卡头10上并与螺母60驱动接合。而且，虽图示的是一个顶和驱动槽的设置，应理解，在本发明的范围内在前套件和螺母之间可采用任何适当的工作连接方式进行连接。
而且，顶58的第二用途是提供鼻部56的一个美观的防锈的套。这造成美观的外表，而不用在整个主体件16上涂层。如果希望，后套件14可省略，前套件12延伸到主体件16的尾端。当在驱动工具上装一个心轴锁等装置时或当驱动工具用于上紧或松开爪时，这个方案是特别可行的。
前套件12的外圆表面可刻痕，或形成纵向的凸棱或其它的凸出，使操作者可将它牢固地夹紧。相同地，如果用后套件，后套件14的外圆周表面可以在希望的情况下刻痕或带凸棱。前套件和后套件可由结构塑料制造，如聚碳酸酯，带填料的聚丙烯，如玻璃填料的聚丙烯，或结构塑料的混合。其它的复合物，如石墨填料的聚合物在一些环境中也是适宜的。如本领域技术人员所知，制造本发明卡头的材料将取决于卡头的用途，上述的仅是举例而已。
应理解，后套件14是固定到主体件16上的，而前套件12与螺母60同时运转，相对于主体件16可旋转。因为在爪18的螺纹34和在螺母60上的螺纹62之间的相互作用，前后套件12和14的相对运动使得爪18根据相对运动的方向，前进或后退。
虽然就无键的卡头进行了说明，应理解，本发明的原理同样可用于带键的卡头，并且这也是在本发明的范围内。
对于本领域技术人员来说，可在实践中对本发明进行种种修改和变化，而不偏离由所附权利要求阐明的本发明的精神和范围。另外，应理解各个实施例的特征可以全部或部分地替换。而且，本领域技术人员会理解，以上的说明仅是举例，不是限定本发明。
权利要求
1.一个用于具有一个可旋转的驱动轴的手动或动力驱动工具的卡头，所述卡头包括一基本为圆柱的主体件，具有一鼻部和一尾部，所述尾部具有一形成在其中的与所述驱动工具的驱动轴接合的轴向孔，所述鼻部具有形成在其中的轴向孔，和多个穿过其中并与所述鼻部轴向孔相交的有角度的通道，所述主体件包括一个推力接受部分；多个爪，每个所述爪定位在各所述有角度的通道中可滑动，每个爪具有形成在它的一个侧面上的爪面和形成在它的相反侧面上的螺纹；相对于所述主体件可旋转安装并与所述爪的所述螺纹接合的螺母；相对于所述螺母可选择地旋转设置的一个弹簧件；以及一个基本是圆柱体的前套件，所述套件与所述弹簧件接合，所述套件设置得与所述螺母驱动接合并覆盖在所述主体件的鼻部上，从而当所述前套件相对于所述主体件旋转时，所述爪被移动。
2.根据权利要求1所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述前套件通过在所述套件的内表面上的多个凹槽中的至少一个接合所述弹簧件。
3.根据权利要求2所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述弹簧件包括至少一个臂，所述臂具有至少一个凸台，所述凸台容纳在所述套件中的所述多个凹槽的至少一个中。
4.根据权利要求1所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述弹簧件具有至少一个向所述前套件偏压的臂，所述至少一个臂具有至少一个接合所述前套件的凸台。
5.根据权利要求1所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述弹簧件通过一个设在所述螺母和弹簧件之间的轴承总成，相对于所述螺母可旋转地设置。
6.根据权利要求5所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述轴承总成包括位于所述螺母和所述弹簧件之间的至少一个减少摩擦的表面。
7.根据权利要求6所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述至少一个减少摩擦的表面是形成在所述弹簧件和所述螺母的至少一个上的涂层。
8.根据权利要求5所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述的轴承总成是一个整装的轴承总成，所述轴承总成包括一个内座圈，一个外座圈和保持在所述两图间的轴承件。
9.根据权利要求8所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述的轴承件是球轴承。
10.根据权利要求8所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述的整装轴承总成包括一个罩，所述罩至少部分地包围所述内外座圈，保持所述轴承处于总装状态。
11.根据权利要求10所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述主体件包括一推力接受部，所述推力接受部邻近所述整装轴承总成的所述罩设置。
12.根据权利要求11所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述推力接受部与所述主体件是一体的。
13.根据权利要求11所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述的推力接受部包括一凸出部，并且，所述整装轴承总成装在所述凸出部上。
14.根据权利要求8所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，每个所述的螺母和内座圈包括一个相应的弓形的支座表面，用于彼此相配合。
15.根据权利要求5所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其中所述的轴承总成是一个径向推力轴承。
16.根据权利要求1所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述的螺母是一整体的螺母。
17.根据权利要求1所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述螺母包括驱动槽，用于容纳在所述前套件上的传动凸棱。
18.根据权利要求1所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，还包括一个后套件，所述后套件固定到所述主体件的所述尾部。
19.根据权利要求1所述的用于手动或动力驱动工具的卡头，其特征在于，所述的前套件保持在所述主体件上，并通过一个防锈的顶与所述螺母接合。
20.一个用于具有一个可旋转的驱动轴的手动或动力驱动工具的卡头，所述卡头包括一基本为圆柱的主体件，具有一鼻部和一尾部，所述尾部具有一形成在其中的与所述驱动工具的驱动轴接合的轴向孔，并且所述鼻部具有形成在其中的轴向孔，和多个穿过其中并与所述鼻部轴向孔相交的有角度的通道；多个爪，每个所述爪定位在各所述有角度的通道中可滑动，每个所述爪具有形成在它的一个侧面上的爪面和形成在它的相反侧面上的螺纹；一个固定在所述主体件上的推力接受部；一个整装的抗摩擦轴承总成，所述轴承总成邻近所述推力接受部设置；一个螺母，所述螺母装在所述轴承总成上，并与所述爪上的所述螺纹接合；一个基本是圆柱体的前套件，所述前套件与所述螺母驱动接合并覆盖在所述主体件的所述鼻部上，从而当所述前套件相对于所述主体件旋转时，所述爪被移动；一个弹簧件，所述弹簧件设在所述主体件的周围，使得当所述爪夹紧工具的轴时，所述弹簧件被锁定到所述主体件上，并且在所述螺母相对于所述主体件可旋转前，必须克服一个预定的约束力矩。
全文摘要
用于具有一个可旋转的驱动轴的手动或动力驱动工具的卡头,所述卡头包括一个主体件和可滑动地定位在主体件的带角度的通道中的爪。所述卡头还包括相对于所述主体件可旋转安装的,并与所述爪的螺纹接合的螺母。一个基本是圆柱体的前套件与螺母驱动接合并覆盖在所述主体件的鼻部上,从而当所述前套件相对于所述主体件旋转时,爪被移动夹紧工具的轴。一个弹簧件偏压接合套件,并相对于螺母可选择地旋转设置。当螺母上紧时,弹簧件被锁在主体件上,并当卡头在预定的使用中振动时防止螺母松动。
文档编号B23B31/12GK1193294SQ96196320
公开日1998年9月16日 申请日期1996年7月9日 优先权日1995年8月11日
发明者斯蒂芬·W·斯特丁斯, 克里斯托弗·B·巴顿 申请人:动力工具霍德尔斯公司