專利名稱：氣動旋轉工具的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種氣動旋轉工具，更具體來講，本發明涉及一種改進的氣動旋轉工具，其具有一個塑料外殼，并采用了可提高壓縮空氣使用率的可變扭矩設計。
背景技術：
本發明尤其是與這樣的動力工具有關其轉動著一根帶有套筒的輸出軸，用于旋轉螺栓或螺帽等緊固件。這種類型的工具通常被用在汽車修理和工業應用中。按照常規設計，氣動旋轉工具包括一個金屬外殼和多個內部金屬部件。這樣的工具由于是用金屬制成的，所以其強度和耐久性都很好-盡管全金屬結構使得它們既有些沉重、造價又高。壓縮空氣從這種類型的動力工具中流過。由于空氣在工具中膨脹，所以其會促使一個內部氣動馬達轉動，從而驅動該動力工具。
制造商想要達到的一個目的是能生產這樣一種氣動旋轉工具，它的耐用性與全金屬制的工具一樣好，但采用了一些用較輕的材料-例如塑料制成的部件，從而能適當地減輕工具的重量并降低造價。設計這樣工具的困難在于塑料材料相比于鋼鐵等高強度金屬其剛性不足。例如，一旦塑料制的工具掉落到堅硬的地面上，位于工具內部的一個金屬氣動馬達就可能會相對于外殼和輸出軸發生移位，從而變為不對正的或者是偏斜的，使得工具變為不可使用的。這一問題已經促使制造商設計出一些復雜的內部馬達罩殼來防止馬達在外殼中發生偏斜。例如，美國專利第5346024(專利權人Geiger等)就公開了這樣的一種馬達罩殼，其被稱為馬達圓筒。該罩殼的形狀為一個一端封閉的圓筒，它包括多個部件，例如一個后筒蓋26和從封閉端延伸出的筒腔27。圓筒、后筒蓋和筒腔是一個整體結構，這就使得制造該封口圓筒的難度顯著加大。因而，這種罩殼的造價是很高的，這將會抵消由于采用較輕和較便宜的材料(例如為塑料)制造其它部件而帶來的成本效益。在這樣的情況下，就希望能有一種用輕質材料部件和金屬部件制成的、且并不昂貴的工具。
另外，常規的旋轉工具通常帶有用于可根據使用者的要求而調節輸出力矩的機構。其中的一種工具是用氣動馬達內的背壓來調節力矩輸出。隨著馬達內背壓的升高，馬達的輸出力矩就降低。但由于這種設計是將最大流量的壓縮空氣輸入到工具中進行驅動，但實際使用的卻是在最大功率以下，所以效率不佳。在較低的扭距設定條件下，大部分空氣都旁通過馬達來提高馬達的背壓，從而這部分空氣沒有對工具作任何功。因而，需要有這樣一種工具其通過減少壓縮空氣用量而能更高效地對力矩進行調節。此外，馬達背壓降低的工具由于完成同樣的工作只需要很少的壓縮空氣，因而將具有更高的工作效率。
通常，氣動馬達具有一個轉子，該轉子帶有多個葉片，壓縮空氣就作用在這些葉片上，從而推動轉子轉動。在由相鄰葉片圍成的隔室中容納了壓縮空氣團。普通的旋轉工具一般在氣動馬達上只設置一個排氣口，用于將壓縮空氣從馬達中排出。當每個隔室經過該排氣口時，在該隔室中的大部分空氣就從該排氣口流出到馬達之外。在隔室經過排氣口之后仍留在隔室中的那些空氣就被俘獲在該隔室中了。隔室的體積會隨著其接近馬達工作循環的止點而變小，由于轉子在繼續轉動，所以隔室必然要對隔室中的空氣進行壓縮。對隔室的空氣進行壓縮(即背壓的產生)會降低旋轉轉子的轉速。背壓降低了馬達的效率，因而，希望有一種能降低背壓損失的氣動旋轉工具。
發明內容
在本發明的幾個目的和特征之中，可以注意到本發明提供了一種氣動旋轉工具，該旋轉工具的重量和成本由于采用了一個主要是用塑料制成的外殼而降低；本發明還提供了一種具有一個塑料外殼的工具，該工具可防止其內部部件在碰撞時出現不對正的情況；還提供了一種工具，使用者能很舒適地抓持該工具；提供了一種具有塑料外殼的工具，在該工具中，沒有用緊固件來固定各個部件；提供了一種氣動旋轉工具，使用者可按照四個不連續的檔級調節該工具的力矩；提供了一種氣動旋轉工具，該工具對進入其內部的壓縮空氣進行節流調節，從而通過減少進入到工具中的空氣量，來高效地控制馬達的力矩輸出；并提供了一種氣動旋轉工具，其降低了馬達內部的背壓，提高了馬達的效率。
總體上來講，本發明的氣動旋轉工具包括一個外殼，該外殼支撐著一個繞其自身軸線轉動的輸出軸。輸出軸從外殼中伸出，用于向物體傳遞扭矩。在外殼中布置了一個氣動馬達，其與輸出軸連接，用于驅動輸出軸使其轉動。由外殼支撐著的一個進氣口被設置來用于連接向一個壓縮空氣源。從該進氣口延伸出一條通向馬達的氣道，用于向馬達輸送壓縮空氣，由此來向馬達提供動力。由外殼支撐著的一個排氣口將空氣從馬達中排出到工具外殼之外。所說氣動馬達包括一個圓筒狀的支撐套，其具有一個第一開口端和一個第二開口端，有一個轉子可在該支撐套中轉動，該轉子上具有多個葉片，當轉子轉動時，這些葉片從轉子上徑向向外伸出，在第一開口端上連接了一個第一端帽，在第二開口端上連接了一個第二端帽。第一、第二端帽被制成與支撐套分開的單獨件，它們與支撐套接合，用于當工具在使用中受到外力作用時，將支撐套支持在外殼中，防止其相對于外殼發生偏斜。
在本發明的另一個方面，一個氣動旋轉工具總體上包括上文描述的一個外殼、一根輸出軸、一個氣動馬達、一個進氣口、空氣流道以及一個排氣口。另外，該工具還包括一個由外殼支撐著的扭矩選擇器，其設置在某一部位，用于調節流過空氣流道的氣流量。
在本發明的又一個方面，一個轉葉式氣動馬達包括一個圓筒形的馬達殼體、一個轉子、一個第一排氣口以及一個第二排氣口。轉子可轉動地安裝在馬達殼體中，其具有多個葉片，這些葉片從轉子徑向向外伸出，當轉子轉動起來時它們接觸到馬達殼體的內側。在轉動方向上最前方的葉片是前導葉片，緊隨該葉片之后的是后葉片。在馬達內部，相鄰的各對葉片之間圍成了多個容積腔，這些容積腔用于當轉子轉動而使葉片經過一個進氣口前方時容納壓縮空氣。壓縮空氣推動著前導葉片，使得轉子發生轉動。可對由每一對相鄰葉片圍成的容積腔根據它們在馬達殼體中的位置而進行分類，從而當馬達轉動時，每個容積腔要經過一個作功階段、一個排氣階段以及一個復原階段。設置一個與外殼相連接的排氣口，用于實現主排氣和輔助排氣兩次排氣，由此來防止在排氣階段和復原階段中有背壓作用在轉動葉片上。
在本發明的又一個方面，一種氣動旋轉工具包括一個外殼、一根輸出軸、一個氣動馬達以及由外殼支撐著的一個進氣口。設置進氣口是用來連接向一個壓縮空氣源，用于向馬達輸送壓縮空氣，從而向馬達提供動力，進而驅動輸出軸。進氣口還包括一個進氣筒，空氣從該進氣筒通過。外殼是圍繞該進氣筒的外部成型的，并將進氣筒保持在外殼中。
在本發明的另一方面，一種氣動旋轉工具包括一個外殼和一個把手。把手從外殼向下延伸出，以便于使用者牢固地抓持和把握該工具。把手的外層上還具有一層柔軟的材料，用于為使用者的手提供一層襯墊并緩解手的壓感，同時還增大了把手與使用者之間的摩擦。
在本發明最后的一個方面，提供了一種組裝氣動旋轉工具的方法，其包括如下的步驟將一個第一端帽與一個支撐套的一端相接合；將一個轉子和多個葉片布置在支撐套中；將一個第二端帽與支撐套的另一端相接合，從而第一和第二端帽、轉子、以及葉片就共同組成了一個氣動馬達，該氣動馬達被插入到一個外殼中。將一個穆勒機構(Maurer Mechanism)罩殼安裝到外殼中，在外殼上座裝一個端蓋，且用多個螺栓穿過端蓋和外殼。將這些螺栓旋入到穆勒結構罩殼中，其中，螺栓將端蓋拉向外殼，并將外殼拉向穆勒機構罩殼，從而在外殼的內部，氣動馬達的端蓋與支撐套就被壓緊了，以將端蓋完全座壓在支撐套上，這樣，馬達、外殼和端蓋的共同作用就將氣動馬達保持在工具中的正確對正位置上。
本發明其它的目的和特征有一部分是顯見的，有一部分在下文中指出。
圖1是一個側視圖，表示了根據本發明的氣動旋轉工具； 圖2是一個圖1的工具的后視圖；[16]圖3是一個沿圖2中3-3線所在平面所作的工具剖面圖；[17]圖3A是一個圖3中的工具的局部放大剖面圖，圖中表示出了工具的把手；[18]圖3B是一個進氣筒的側視圖；[19]圖3C是一個沿圖3B中3C-3C線所在平面所作的進氣筒的剖面圖；[20]圖4是一個局部后視圖，圖中工具的端蓋被拆卸掉，以展示工具的內部結構以及空氣的流動情況；[21]圖5是一個閥體的后視圖；[22]圖6是一個沿圖5中6-6線所在平面所作的閥體剖面圖；[23]圖7是一個閥件的前視圖；[24]圖8是一個圖7的閥件的右側視圖；[25]圖9是一個帶設定在1檔的扭矩選擇器的端蓋的后視圖；[26]圖10是一個圖9的端蓋和部分扭矩選擇器的前視圖；[27]圖11是一個帶設定在2檔的扭矩選擇器的端蓋的后視圖；[28]圖12是一個圖11的端蓋和部分扭矩選擇器的前視圖；[29]圖13是一個帶設定在3檔的扭矩選擇器的端蓋的后視圖；[30]圖14是一個圖13的端蓋和部分扭矩選擇器的前視圖；[31]圖15是一個帶設定在4檔的扭矩選擇器的端蓋的后視圖；[32]圖16是一個圖15的端蓋和部分扭矩選擇器的前視圖；[33]圖17是一個沿圖1中17-17線所在的平面所作的工具的局部剖面示意圖；[34]圖18是一個工具的支撐套的端視圖；[35]圖19是一個沿圖18中19-19線所在平面所作的支撐套的剖面圖；[36]圖20是一個通流套的前視圖；[37]圖21是一個沿圖20中21-21線所在平面所作的通流套的剖面圖；[38]圖22是一個第一端帽的后視圖；[39]圖23是一個沿圖22中的23-23線所在平面所作的第一端帽的剖面圖； 圖24是一個第一端帽的前視圖；[41]圖25是一個第二端帽的后視圖；[42]圖26是一個沿圖25中26-26線所在平面所作的第二端帽的剖視圖；[43]圖27是一個沿圖28中27-27線所在平面所作的支撐套和通流套的剖視圖；以及[44]圖28是一個沿圖27中28-28線所在平面所作的支撐套和通流套的剖視圖。
在附圖中幾個視圖出現的對應部件都用對應的標注符來指代。
具體實施例方式參見附圖-尤其是參見圖1，根據本發明的一個氣動旋轉工具總體上用數字標號51指代。該工具包括一個外殼53、一個位于外殼前方的穆勒機構罩殼55、一根輸出軸57以及一個安裝在外殼53后面的端蓋59。由于外殼和罩殼的界面基本上是均勻過渡的，所以罩殼55可被看作是外殼53的一部分，這樣，當觀察工具51時，看到的是連續的外觀輪廓。輸出軸57從穆勒機構殼的前端63中伸出。穆勒機構罩殼55的后端65與外殼53接合。工具51還包括一個把手71，其從外殼53向下伸出，使得使用者可牢固地抓握住工具。把手71上另外還具有一個由橡膠等柔軟材料制成的外層73，用于為使用者的手提供一層襯墊物，并減弱對手掌的壓感，同時還增大了把手與使用者之間的摩擦力，使得工具51易于把握。從把手51的前方延伸出一個用于啟動工具的扳機75，另外，工具51還包括一個用于向工具輸送壓縮空氣的進氣口81。如在工程領域中經常見到的那樣，該進氣口81安裝在把手71的下部，并承接了一根空氣軟管(圖中未示出)。
下面參見圖2，工具51還另外包括一個用于選擇輸出軸57轉動方向的轉向選擇閥83，其安裝在外殼53的后方。該轉向選擇閥83可在外殼53和端蓋59中轉動，用于變換壓縮空氣在工具51中的流動方向，以此來控制輸出軸57的轉動方向。在端蓋59上安裝了一個扭矩選擇器85，其可在端蓋中轉動，并通過對壓縮空氣的流動進行節流來控制工具51的扭矩。在所示的實施例中，該扭矩選擇器85具有四個不連續的檔位，對應于四級扭矩設定。下文中還將對轉向選擇閥83和扭矩選擇器85的功能作進一步的詳細描述。
另外，在把手71的下部、緊鄰進氣口81安裝了一個排氣口91(見圖3)。該排氣口包括多個小孔93，用于當空氣從工具51中排出時，使排出空氣分散，并引導排出空氣遠離使用者，同時防止異物進入到排氣口中。
下面轉而介紹工具51的內部工作情況，圖3中表示了工具的側面剖視結構。氣流經過工具51的路徑總體上用線A表示。按照線A的通路，壓縮空氣首先是從進氣口81進入到工具51中。進氣口81包括一個配件81a、一個轉環連接器81b以及一個進氣筒82(見圖3到3C)，空氣從這些部件中流過。塑料外殼53是用模塑方法制成的，在該制造方法中，可流動狀態的塑料包圍并貼合著進氣筒82的外部。進氣筒包括幾個環槽82a，在形成外殼53時，塑料材料就會流入到這些環槽82a中。當塑料硬化時，環槽82a中的材料就會形成一些突出體82b，環槽中的這些突出體與進氣筒82接合，從而將進氣口81緊固在外殼中。外殼53自身就足以把進氣筒82封裝起來，所以無須設置任何的緊固裝置來將進氣筒保持在外殼中。用于包圍著進氣筒82形成外殼53的優選模注成型工藝為注塑成型方法，該方法在相關領域中是公知常識，且下文將進一步地詳細介紹。
配件81a通過扣環81c安裝著旋轉連接器81b，用于使旋轉連接器81b可繞進氣口81的軸線轉動。在本發明的范圍內，也可以考慮采用扣環81c之外的其它安裝方法，例如采用球體和鎖鍵的方法。在配件81a和旋轉連接器81b之間設置了一個O型密封圈81d，用于防止進入到進氣口中的壓縮空氣泄漏出去。扣環81c和O型圈81d并不妨礙旋轉連接器81b在配件81a上的轉動。配件81a的上端帶有螺紋牙，進氣筒82下端的內側也制有螺紋牙。配件81a旋入到進氣筒82的下端中，直到配件上的一個凸緣81e抵接到進氣筒的下端為止。在配件81a和進氣筒82之間設置了另一個O型密封圈81f，從而就使得氣流經進氣筒流向工具的工作部件。設計了一個六邊形的鍵槽82d，在該鍵槽中可插入一個六棱的鍵(圖中該鍵的一部分標注為82e)，用于相對于進氣筒82轉動配件81a，這樣就使配件與內螺紋82c接合，從而將配件完全地旋入到進氣筒中。鍵槽82d和鍵82e也可以被制成任意邊數的形狀(例如為三角形、方形、五邊形等)，只要其能將作用力從鍵傳遞到配件81a即可。
另外，優選用橡膠制成的柔軟材質層73是在注塑成型過程后疊敷成型(overmolded)于把手71上的。該優選的疊敷過程在把手71上直接形成外層73，將外層熔合到把手表面上，并為使用者提供了更為牢固的握持表面。該疊敷工藝基本上需要采用一個略大于把手71的模具，從而在把手和模具之間的空間內接納可流動的橡膠材料，這些橡膠材料硫化后就形成了把手的外層73。由于橡膠外層是直接熔合到把手71上的，所以外層是密貼附在把手上，而不再需要其它的固定裝置。該密貼安裝有助于使外層73在工具51的使用過程中緊壓著把手71，從而使用者就可以緊緊地握住工具，而不會在把手和外層之間產生移動。
空氣在經過進氣口81之后通過一個斜閥95(見圖3)，可通過拉動扳機75來開啟該閥。該斜閥95在相關領域中是公知的，所以在本文中將不對其詳細結構和工作過程進行討論。然后，空氣流過進氣口81的其余部分，直到其穿過轉向選擇閥83(見圖3和圖4)為止。轉向選擇閥83包括兩個部件一個固定著的閥體101(見圖4、5和6)和一個可在該閥體中轉動的閥件103(見圖7和圖8)。閥體101是圓筒形的，其具有一個第一開口端105，以便于空氣進入到該轉向選擇閥83中。閥件103引導氣流通過閥體101，并使氣流從一個第一側端口107或從一個第二側端口109流出。閥件103具有一個可隨該閥件轉動的內板115，其用于定向壓縮空氣。下面參見圖4，圖中表示的是第一位置，在該狀態下，內板115將空氣引導向第一側端口107，從而將空氣引到一個第一流道117中，該流道將空氣輸送向一個氣動馬達，以向馬達提供動力，進而在正轉方向上驅動輸出軸57，圖中氣動馬達總體上用數字標號119標注(見圖17，下文將對該馬達進行介紹)。而在第二位置上時(圖4中的陰影部分所示)，內板115將空氣引流向第二側端口109，使空氣流到一個輔助流道121中，該流道也向馬達119輸送空氣，從而向馬達輸送動力，使輸出軸57在反轉方向上轉動。閥體101還另外包括一個上端口127，該上端口可使一股輔助氣流穿過閥83，該輔助氣流是與被導向第一流道117或輔助流道121的氣流同時產生。關于此輔助氣流的詳細情況將在下文進行描述。
氣動旋轉工具51是多種旋轉工具中的某一種，例如是公知的動力套筒板手。在穆勒機構外殼55中容納的一個穆勒機構(見圖3)，其可將氣動馬達119的高速轉動動能轉換為作用在輸出軸上的不連續的大力矩。由于高扭矩的沖擊持續時間有限，同時將比可能連續作用的高扭矩要大的力矩傳遞到輸出軸57上。對于需要高扭矩的應用場合，例如需要很高的扭矩定額來擰緊或旋松一個緊固件的場合，沖擊型的工具是很有用的。
空氣在經過轉向選擇閥83之后，通過一個空氣通路流向馬達119。該空氣通路可被設計成各種不同的形式，下面就對此內容作詳細描述。首先，空氣是經此通路上的第一或輔助流道117、121流向氣動馬達119。從第一流道117流過的空氣通過一個扭矩選擇器85(見圖4)。如上文討論的那樣，該扭矩選擇器85對壓縮空氣進行控制，使得使用者可精確地設定工具51的輸出扭矩。端蓋59安裝在外殼53的后面(見圖3)。在端蓋59上制出了四個螺栓孔133，用于接納將端蓋59和穆勒機構罩殼55連接到外殼53上的四個螺栓135(見圖3和圖10)。螺栓從端蓋59上的螺栓孔133中穿入，并穿過外殼53中制出的縱長螺栓道137而旋入到穆勒機構罩殼55中的螺紋孔(圖中未示出)中，從而將工具的這些部件夾緊在一起(見圖2、4和圖9)。扭矩選擇器85可在端蓋59上的四個不連續設定檔位間轉動。圖9和圖10表示了第一設定檔的情況，在此情況中，從第一流道117流入的氣流被限制為從一個固定節流小孔143通過。該固定節流孔143的截面積小于第一流道的橫截面，從而對通過第一流道的空氣進行節流。由于在第一設定檔時，第一流道只能通過最少量的空氣，所以該檔位對應于最小的扭矩輸出。從后面來觀察該扭矩選擇器85，圖中扭矩選擇器上箭頭指示器145指向1檔設定位置。
再轉向圖11和圖12，箭頭指示器145指向2檔設定位置，在此情況中，扭矩選擇器85的一個第一端口151對正了第一流道117的一個下面部分153，且扭矩選擇器上一個更大的第二端口155與第一流道的上面部分157對齊。在這樣的結構中，部分空氣就繞過固定節流孔143而通向第一流道117的上部157。更具體來講，這部分空氣是經第一流道117的下部153、第一端口151、一個選擇器通道163、第二端口155而最終流到第一流道的上部157中。與此同時，就像在第一設定檔位時的情形，空氣仍舊還從固定節流孔143流過。因而，從第一流道117流到氣動馬達119中的空氣總量為從扭矩選擇器85流過的空氣與從固定節流孔143流過的空氣的和。與固定節流孔143類似，第一端口151也對通過第一流道117的空氣量進行控制，從而對工具的功率進行節流調節。
參見圖13和圖14。圖中箭頭指示器指向一個3檔設定位置，在該狀態下，扭矩選擇器85的第二端口155與第一流道117的下面部分153正對，而扭矩選擇器85上一個更大的第三端口165則與第一流道的上面部分157對齊。同樣，第一流道117中總的空氣流量為從扭矩選擇器85流過的空氣與從固定節流孔143流過的空氣的和。采用該選擇檔位，就由第二端口155和固定節流孔143的大小控制了流過第一流道117的空氣量，從而對工具的功率進行節流控制。
在最后的位置上(見圖15和圖16)，箭頭指示器指向一個4檔設定位置，在此情形中，扭矩選擇器85的第三端口165正對第一流道117的下部153，且扭矩選擇器上一個與第三端口同樣大小的第四端口167正對向第一流道的上部。通過第一流道117的空氣總量為通過扭矩選擇器85的空氣與通過固定節流孔143的空氣的和，在該選擇檔位上，第三端口165和固定節流孔143的尺寸大小控制了通過第一流道117的空氣量，從而將工具在正轉方向上的功率控制成所允許的最大扭矩。在不偏離本發明范圍的前提下，也可以考慮在扭矩選擇器85上制出少一些或多一些的端口。
壓縮空氣在經過第一流道117和扭矩選擇器85之后就進入到了氣動馬達119(見圖17)中。如圖3和圖17所清楚表示的那樣，氣動馬達119包括一個圓筒形的支撐套171、一個通流套173、一帶有多個葉片177的轉子175、一個第一端帽179以及一個第二端帽181。支撐套171具有一個第一開口端189和一個第二開口端191，從而使通流套173安裝在支撐套中(見圖27和圖28)。第一端帽179封堵在第一開口端189上，第二端帽181封堵在第二開口端191上。第一、第二端帽179、181被制成與支撐套171和通流套173分開的部件。將端帽179、181與套件171、173分開制造是很經濟的。這樣的設計與現有技術的設計形成了鮮明的對比，在現有的設計中，采用了杯狀的馬達殼體，該外殼將一個端帽和套體合并成了一個單件。對于現有設計，由于制造一個一端封閉的圓筒體以及對圓筒體內部進行機加工的成本要高于制造兩端開口圓筒體并進行機加工的成本，所以現有設計的制造成本要高于本發明。
在本發明中，端帽179、181與支撐套171和通流套179接合，并支撐著這兩個套體，從而當工具51在使用過程中受到外力作用時，使這兩個套體不會相對于外殼53產生偏斜。三個分離的凸肩連接部共同作用而剛性地連接著氣動馬達119、穆勒機構罩殼55以及外殼53(見圖3)。第一端帽179具有一個前外凸肩193，其與穆勒機構罩殼55上的一個后內凸肩195相接合。凸肩193、195之間的接合關系對穆勒機構罩殼55和第一端帽179進行了定向，從而使得它們沿圓筒體的軸線方向對齊。另外，凸肩195的長度有助于將第一端帽179支撐在穆勒機構罩殼55中，從而防止了當工具受到大的沖擊作用時(例如掉落在地上)這兩個部件相互錯位。第一端帽179后部上還制有一個外凸肩201，該凸肩可與支撐套171接合。通流套173的前后尺寸要比支撐套171的尺寸要短，從而，通流套173的前面203就被設計成與第一端帽179的后面205平面地貼合。支撐套171向前延伸超過該表面，并與第一端帽179的后外凸肩201相接合。該凸肩201將第一端帽179與支撐套171和通流套173軸向對齊，并防止了該第一端帽與兩套體之間產生錯位。最后，類似于第一端帽179的前外凸肩201，第二端帽181帶有一個用于同支撐套171接合的前外凸肩211。從端蓋59伸向穆勒機構罩殼55的四個螺栓135壓緊了工具51的各個內部部件，并將端帽179、181緊固地座壓在支撐套171上。端蓋59、外殼53、支撐套171、通流套173、端帽179和181以及穆勒機構罩殼55的相互配合就形成一個封口的圓筒體，其具有可觀的剛度和強度。多個互鎖的凸肩聯接頭以及由螺栓135產生的壓緊力防止了氣動馬達119相對于外殼53產生偏斜。氣動馬達119很好地卡裝在外殼53中，防止了其相對于輸出軸57產生偏斜。
轉子175可在通流套173中轉動(見圖3和圖17)。轉子175是一個整體的圓柱結構，且從轉子的后端延伸出一支撐軸213，從其前端延伸出一花鍵軸215。花鍵軸215具有一花鍵部分221和一光滑部分223。光滑部分223裝配到一個第一滾珠軸承225中，該軸承安裝在第一端帽179中，而花鍵部分221則延伸到第一端帽之外而與穆勒機構131接合。花鍵軸215的花鍵部分221裝配到穆勒機構131的一個開槽孔227中，其中的穆勒機構131安裝在穆勒機構罩殼55(見圖3)中。穆勒機構131將轉子的高速轉動動能轉變為作用在輸出軸57上的不連續的大沖擊力矩。這就使得在使用者把持住該工具51時工具可向輸出軸57輸送不連續的大沖擊力作用。對于本領域技術人員來講，穆勒機構131是公知的，因而在本發明不對這些細節進行介紹。支撐軸213裝配到一第二滾珠軸承233中，該軸承安裝在第二端帽181(見圖3)中。花鍵軸215和支撐軸213基本上沿轉子175的圓柱軸線B延伸，且兩套軸承225、233使得轉子可在通流套173中自由轉動。轉子的軸線B相對于通流套173的中心軸線是偏心的，轉子上具有多條縱向的溝槽235，葉片177(見圖17)就安裝在這些溝槽235中。葉片177是由輕質材料制成的，且松動地安裝在溝槽235中，從而端帽179、181以及通流套173就限制了葉片177在氣動馬達119中沿工具縱向方向的移動。當轉子175轉動時，葉片177從轉子中徑向向外伸出，而接觸到通流套173的內壁面。各對相鄰的葉片177在馬達119中圍成了多個容積腔237，這些容積腔237用于隨著轉子175的轉動而容納壓縮空氣。每個容積腔237都是由一個前導葉片117和一個后葉片圍成的，當轉子175轉動時，前導葉片引領著相鄰的后葉片。隨著容積腔237到達一個進口245處，壓縮空氣就推動著前導葉片177，使得轉子175轉動。
隨著空氣流過氣動馬達119，轉子175發生轉動，使得容積腔237經過三個階段一個作功階段、一個排氣階段以及一個復原階段(見圖17)。空氣從扭矩選擇器85進入到進氣總管247中。然后該壓縮空氣被從進氣總管247上制出的進口245噴出，從而使空氣進入到轉子175和通流套173之間的容積腔237中。此時就開始了作功階段。隨著壓縮空氣推頂著前導葉片177，作用在葉片上的作用力就使得轉子175在箭頭F所示的方向上轉動。隨著空氣體積在容積腔中的膨脹，轉子175持續轉動，從而增大了葉片177之間的空間體積。葉片在它們的溝槽235中繼續向外伸出，保持著葉片和通流套173之間的密封。
在作功階段的終了，隨著容積腔237的容積增大到了最大值，前導葉片177滑過通流套173和支撐套171中的一組初期排氣端口251(見圖17、21、27和28)，這些端口251標志著從作功階段過渡到了排氣階段，它們使得膨脹中的空氣從氣動馬達119內部排放到位于氣動馬達與外殼53間隙空間252中的一個低壓區內。如下文將要討論的那樣，離開端口251后的空氣就從工具51中排出去了。在排氣階段的早期部分，容積腔237的體積要大于工作循環中其它任何時候的體積，是膨脹到最大體積的情況，之后，隨著容積腔經過馬達119的底部，其容積就會逐漸變小了。在后葉片177經過了初期排氣端口251，在后葉片前方的一些空氣就留在了氣動馬達119中。隨著轉子175的繼續轉動，容積腔237的容積減小，使得容積腔中的氣壓升高。對這部分空氣進行壓縮會在馬達119中產生背壓，從而消耗了轉子175的能量，減慢了轉子的轉動速度。為了解決在馬達119中形成背壓的問題，在排氣行程的末段設置了一個后期排氣端口253，該端口使得剩余的空氣從氣動馬達119逃逸到一個排氣總管255中。這些排出的空氣全部都按照下文描述的路徑流出到工具51之外。通過該后期排氣端口253就標志著過渡到了馬達119的第三個工作階段-復原階段，容積腔237的體積在該階段時是最小的。該階段將空氣葉片177返回到了作功階段開始時的位置，從而使馬達119可重復其工作循環。
隨著轉子175的轉動，葉片177就在它們的溝槽235中遵照通流套173的形狀不斷地移進、伸出(見圖17)。轉子175轉動產生的離心力會將葉片177隨其轉動而徑向向外甩出，但是，在轉子轉速足以將葉片推出之前，葉片初始時可能并不易在徑向上向外伸出。如氣動馬達119中缺乏所需的潤滑劑會進一步加劇這一問題。如果葉片沒有從它們的溝槽137中伸出，空氣就會只是從氣動馬達119流過而直接流向初期排氣端口，而不會象所希望的那樣推動轉子轉動。為抵消此不利效應，第一端帽179(見圖25和圖26)以及第二端帽181(見圖22到圖24)上都設置有一個葉片進氣槽261。進氣總管247中的部分壓縮空氣會從氣動馬達119兩端上的這兩個葉片進氣槽261流過。在槽161中，這些空氣從后面推頂著葉片177，以將它們從溝槽235中頂出，從而流過馬達119的空氣就對向外伸出的葉片施加壓力了。葉片進氣槽261向每一個經過作功階段死點的葉片177輸送空氣。一旦葉片177接近其從溝槽235中延伸出的最大長度時，進氣槽261就被斷掉了。在葉片177開始向轉子175的軸線發生縮回后，葉片后面的空氣就必須要排放出去，因而就在第一端帽179和第二端帽181上制有葉片放氣槽263。這就使得葉片177后面的空氣可經該放氣槽進入到排氣總管255中，然后，這些空氣就與那些從后期排氣端口253排出的空氣一道從相同的路徑流到馬達119外部。
返回來討論從初期排氣端口251排出的空氣，這些空氣隨后流過外殼53上的一對小孔(圖中未示出)，這對小孔通向把手71中的排氣口91(見圖3)。從后期排氣端口253或兩個葉片放氣槽263中之一排出、并進入到排氣總管255中的空氣是通過一條不同的路徑(見圖4)從工具51中排出的。該通路是這樣的空氣經輔助流道121返回到轉向選擇閥83，選擇閥將空氣引到兩條對稱的溢流通道269中，此溢流道通向支撐套171與第一端帽179和外殼53之間的間隙空間252(見圖4)。然后，剩余的這些排氣就從這些空間252流向所說的那對小孔，從而象其它排氣一樣，從排氣口91排出。
在反轉工作時，除了空氣要繞流過扭矩選擇器85之外，工具51的工作過程基本相同。空氣也是通過同樣的進氣口81進入到工具51中的。轉向選擇閥83將空氣引向輔助流道121，在輔助流道中，空氣向上穿過工具51，直到其到達排氣總管255為止。然后，空氣從后期排氣端口253進入到氣動馬達119中，在氣動馬達中空氣作用在葉片177的另一面上，這樣就在相反的方向上向轉子175施加了作用力。初期排氣端口251的工作情況基本上與正轉時的情況相同。葉片進氣槽261和葉片放氣槽263的工作情況也如上文所述，只是它們中空氣的流動方向相反而已。
通常，氣動旋轉工具幾乎全部是用鋼材等高強度金屬制成的。這些工具除正常使用外，還要承受由于掉落或撞擊時不連續沖擊產生的大應力和大載荷。盡管鋼材等金屬能提高足夠的強度，當全金屬結構一個顯著的缺點是重量大、原材料成本高。在本發明的設計中，通過用輕質而廉價的塑料來制造工具的外殼53而消除了如上的問題。另外，支撐套和端帽179、181的設計形式也解決了對氣動馬達的杯形部件進行機加工需要高成本的問題。在現有技術中，制造這樣的部件是一個很大的障礙。本發明采用了一種簡單的設計用套體171和端帽179、181進行組合，這樣的設計可承受使用過程中的沖擊載荷，且各個部件也不需要像在現有技術中那樣要進行精機加工。此外，套體171和端帽179、181的組合設計由于采用了四個螺栓135、并使各個部件間的凸肩相接合，還能防止在工具51中出現偏斜。
本發明還涉及一種組裝本發明氣動旋轉工具51的方法。按照如下的方法，工具51能容易地組裝起來。下述的方法適合于工具51以及該工具的各個部件。氣動馬達119是這樣進行組裝的將第一端帽179的后外凸肩201與支撐套171的端部相接合。然后將轉子175座裝在支撐套171中，從而使花鍵軸215從第一端帽179中穿出。之后，在長度方向上將多個葉片177插入到轉子175的溝槽235中，使它們可隨轉子在套體中轉動，這樣就完成了氣動馬達119的組裝。之后再將組裝完成的氣動馬達119插入到外殼53中。
然后，將穆勒機構131插入到穆勒機構罩殼55中，從而使得穆勒機構的輸出軸57從罩殼中伸出。然后將穆勒機構罩殼55與外殼53相接合，以將穆勒機構131連接到氣動馬達119的花鍵軸215上。之后，穆勒機構131就可與氣動馬達119的轉子連接在一起轉動了。而后將端蓋59合在外殼53的后部，這樣就將氣動馬達119封裝在了工具外殼中了。
為了能將穆勒機構罩殼55、外殼53以及端蓋59固定在一起、并確保氣動馬達119在外殼中保持正確的姿態定向，在端蓋和外殼中穿入了多個螺栓135。如上所述，這些螺栓135旋入到穆勒機構罩殼55中，從而將端蓋59拉向外殼53，且將外殼拉向穆勒機構罩殼。這些螺栓壓緊了工具51，并將外殼53中氣動馬達119的端帽179、181和支撐套171壓緊。從而使端帽完全座壓在支撐套上，這樣，馬達、外殼和端蓋的共同作用就將氣動馬達在工具中保持在正確的對正位置上。上述的方法是優選的，但在本發明的范圍內，也可以考慮將這些步驟的次序作一些調整。
該方法最好還包括另一個步驟，在該步驟中，通過向一個模具中注入流動態的塑料來形成外殼53。可流動的塑料進入到模具中，并包圍了工具51的進氣口，這樣就制出了一個工具外殼53，在外殼中有一個進氣筒以相嵌配合的形式安裝著。如上所述，進氣筒81使得空氣源進入到工具51中，以便于被氣動馬達119所利用。在本發明的范圍內，也可以考慮采用其它的方法包圍著進氣筒81形成一個塑料外殼。制造外殼的方法最好在模注成型了外殼之后還設置一個步驟在外殼53上構成把手71的那部分上疊敷一層柔軟材料來形成一個外層73。
從上文的描述，可以看出本發明的幾個目的得以實現，并獲得了有利的技術效果。
在對本發明或優選實施例的描述中，在介紹各個元件時采用了“一個”、“這個”、“所說”等詞語，這些詞語是指有一個或多個此元件。詞語“包括”、“包含”、“具有”是指要包納在內，并意味還可以有所列出元件之外的其它元件。
由于在不偏離本發明范圍的情況下，可對上述的實施例作多種形式的變化，因而上文描述中的、以及附圖中表示的所有內容都應當只被看作是例示性的，而非限制性的。
權利要求
1.一種組裝氣動旋轉工具的方法，其包括步驟將一個第一端帽與一個支撐套的一端相接合；將一個轉子和多個葉片布置在所述支撐套中；將一個第二端帽與所述支撐套的另一端相接合，從而第一和第二端帽、轉子、以及葉片就共同組成了一個氣動馬達；將所述氣動馬達插入到一個外殼中；將穆勒機構罩殼接合到外殼上，用以使所述穆勒機構與所述氣動馬達相接合；在所述外殼上座裝一個端蓋；用多個螺栓穿過端蓋和外殼；以及將所述螺栓旋入到所述穆勒結構罩殼中，其特征在于，所述螺栓將所述端蓋拉向所述外殼，并將所述外殼拉向所述穆勒機構罩殼，從而，所述氣動馬達的端帽與所述支撐套就被壓緊在所述外殼的內部，以使所述端帽完全座壓在所述支撐套上，這樣，所述馬達、外殼和端蓋的共同作用就將氣動馬達保持在工具中的正確對正位置上。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括用流動態的塑料在進氣筒上模塑成所述外殼，其中，可流動的塑料包圍并貼合著所述進氣筒的外部，用于允許源空氣進入到工具中。
全文摘要
本發明公開了一種氣動旋轉工具，其具有一個基本上是用塑料制成的外殼，從而能顯著地減小該工具的重量和造價。氣動馬達被制成經濟性很好的組件，同時還保證了在外殼受到沖擊作用而產生偏斜時，馬達具有較大的結構穩定性。該工具包括一個扭矩選擇器，其控制進入到氣動馬達中的壓縮空氣的量，由此控制了馬達的輸出扭矩。使用者可在一組設定檔位之間調節扭矩選擇器，其中的設定檔位對應于幾個不連續的扭矩值。工具還包括一個初期排氣端口和一個后期排氣端口，從而氣動馬達內的背壓就不會減慢馬達的轉速或減小工具的功率。
文檔編號B25F5/00GK1810441SQ200610005848
公開日2006年8月2日 申請日期2001年1月26日 優先權日2000年1月27日
發明者泉澤修, 山本國廣 申請人:S.P.空氣株式會社