可弹性扩充倍力扳手的输出扭力的装置与方法与流程

1.本发明涉及一种可弹性扩充倍力扳手的输出扭力的装置与方法，通过连接衬套套接扭力扳手的出力端卡扣机构与特制倍力器的入力端卡扣机构以形成一体式的刚性结构，以使倍力扳手的输出扭力扩增。


背景技术：

2.倍力器(torque multiplier)是一种利用齿轮减速机构制成的扭力放大装置，减速比越大，扭力的放大倍率越大，出力端的转动速度则越慢。倍力器的壳体的出力端设有与壳体一体组成或制成的卡扣设计，借以套接反作用力臂(reaction arm)或可承受锁紧螺栓时产生的反作用力的任何装置。
3.倍力扳手是指以手动扭力扳手、气动或电动马达等动力驱动不同扭矩放大倍率的倍力器(齿轮减速机构)所组成，俗称螺帽扳手(nut runner)或倍力扳手(torque multiplier)。
4.产业界做大扭力的螺栓锁固作业通常使用倍力扳手，其是借着以手动扭力扳手、气动或电动马达驱动大小不同减速比的齿轮减速机构，将锁紧扭力放大。减速比越大，输出的扭力放得越大，输出的转速则越低，工作效率越差。业者大都以同一尺寸规格的工具手柄与气动或电动马达组合，再分别结合不同齿轮减速比的倍力器，以提供一系列大小扭力的倍力扳手。
5.由于，大扭力的螺栓锁固作业通常需分几轮逐渐锁紧，以达到均匀的锁紧扭力。例如，使用一支6,000nm能力的大扭力倍力扳手，减速比可高达2,000:1(也就是输入端每分钟转速6,000转，出力端才转3圈)，用来锁目标扭力5,000nm的螺旋紧固件，第一轮预先锁至1,500nm，第二轮再锁至5,000nm，为降低至第一轮的输出扭力，则需调低该工具的气压或电压，但同时转速也会降得更低，严重影响施工效率，加上6,000nm能力的倍力扳手因齿轮减速机构的减速比高，减速齿轮箱的级数多达4～5级，使得工具重量较重，作业人员握持不易且负荷较大，容易疲累。业者为求改善，通常需多备一支转速较快、较轻且扭力较小(如2,000nm)的倍力扳手做第一轮的锁固作业用。由于此类工具造价普遍高昂，如需视锁紧扭力的大小更换不同能力的工具，对业者而言是不小的负担。
6.请参考图1a至图1c，图1a的反作用力臂10是与倍力器20的壳体201制成一体。图1b的倍力器21的壳体211内含一级减速齿轮机构215，图1b的倍力器22的壳体221内含二级减速齿轮机构225，两者的入力端212、222的尺寸与型式皆制成与所承接的扭力扳手的出力端相符。如图1b及图1c所示，倍力器21、22、23的壳体211、221、231如不与反作用力臂制成一体，则需在紧接着出力端213、223、233制成与壳体211、221、231一体制成或组合成的卡扣机构214、224、234，以套接反作用力臂11。
7.请参考图2a、图2b及图3，如图所示，图2a及图2b是以手动扭力扳手40驱动如图1a及图1c的倍力器20、23与反作用力臂10、11所组成的手动倍力扳手，出力端203、233驱动套筒30以放大的扭力锁紧螺旋紧固件301。同时如图3所示，以反作用力臂10顶紧螺旋紧固件
301的周边的刚性结构101，该刚性结构101的强度需能支撑锁固时的反作用力。
8.请参考图4a及图4b，如图所示，现有的倍力器21、22、23是在壳体211、221、231内分别以一级以上的减速齿轮机构制成不同减速比与扭力放大倍率。图4a的上图为一级减速齿轮机构215的剖面示意图，图4a的下图为二级减速齿轮机构225的剖面示意图，出力端213、223可以卡扣机构214、224套接反作用力臂。图4b的倍力器21为图4a的倍力器21的外观示意图，图4b的倍力器22为图4a的倍力器22的外观示意图。
9.请参考图5a至图5d，其显示气动扭力扳手50分别结合倍力器21、22、23并与反作用力臂11、11’、11”组合成如图5b、图5c及图5d所示的不同扭力大小的气动倍力扳手(或电动倍力扳手)。业者大都以同一组气动扭力扳手50(或电动扭力扳手)搭配不同减速比与扭力放大倍率的倍力器21、22、23再与反作用力臂11、11’、11”组合，以推出一系列涵盖大小扭力能力范围的气动倍力扳手(或电动倍力扳手)，如图5b至图5d所示。另外，倍力器21、22、23搭配的反作用力臂11、11’、11”不同，且倍力器23大于倍力器22，倍力器22大于倍力器21，因此反作用力臂的尺寸、强度及重量为反作用力臂11”大于反作用力臂11’，反作用力臂11’大于反作用力臂11。
10.请参考图6a、图6b及图7，图6a及图6b显示业界现用的扩增扭力的方法。图6a是以手动扭力扳手驱动第一倍力器，再以第一倍力器的出力端驱动第二倍力器，锁紧过程中，需同时分别以第一反作用力臂与第二反作用力臂支撑反作用力。另外，图7显示手动扭力扳手由入力端驱动多级数高减速齿轮比的倍力器。


技术实现要素：

11.本发明提供一种可弹性扩充倍力扳手的输出扭力的装置，其是以连接衬套套接扭力扳手的出力端卡扣机构与特制倍力器的入力端卡扣机构以形成一体式的刚性结构，以使输出扭力扩增。本发明具有极低使用成本的优势与操作的便利性，大大增进了产业上的有效利用。
12.本发明利用连接衬套的入力端卡扣机构套接于扭力扳手的出力端卡扣机构，另一端套接特制倍力器的入力端卡扣机构，所述卡扣机构可为任何具有防止套接的两端产生相对转动的机构且所述卡扣机构的强度足以支撑锁紧过程中产生的负荷。借此，本发明即可使用一支低扭力高转速的扭力扳手，根据需要的锁紧扭力大小，以连接衬套弹性地套接不同扭力放大倍率的特制倍力器，甚至可链接多层堆栈的特制倍力器组合，以达到不同的输出扭力。本发明除了可有效提升施工的效率，减轻作业人员的负荷之外，更能大幅降低工具的购置成本。
13.在实施例中，本发明的特制倍力器是利用齿轮减速机构制成的扭力放大装置，减速比越大，扭力的放大倍率越大，输出的扭力越大，工具出力端的转动速度越慢，主要不同于市售的倍力器的地方是在于特制倍力器的壳体的两端皆需制成与壳体一体组合而成或与壳体制成一体式的卡扣机构。
14.在实施例中，连接衬套的功能等同反作用力臂(reaction arm)，故可称之为反作用力环(reaction ring)，其目的皆是用来支撑锁紧过程中来自螺旋紧固件的反作用力。连接衬套在套接另一特制倍力器时，取代了第一特制倍力器所使用的第一反作用力臂。借卡扣机构使连接衬套与另一特制倍力器的壳体组合成一体。连接衬套可为同轴环状或非同轴
环状的结构，只要使扭力扳手的出力轴可顺利驱动特制倍力器的入力轴，且使倍力扳手与所驱动的特制倍力器的两者的壳体可连接成刚性的一体结构即可。连接衬套的卡扣机构可为同轴的齿栓结构或任何使倍力扳手的出力端与相联结的特制倍力器的两者的壳体连结成一体的刚性结构，且结构强度必需可承受放大后的输出扭力。
15.在实施例中，本发明的特制倍力器与现有的倍力器不同，本发明的特制倍力器需在壳体的两端皆设有与壳体一体组合成或制成一体的卡扣机构。特制倍力器的入力端卡扣机构需制成与连接衬套的出力端卡扣机构的尺寸与型式相符，出力端卡扣机构则制成与所套接的另一连接衬套的入力端卡扣机构的尺寸与型式相同，或制成与反作用力臂的入力端卡扣机构的尺寸与型式相符，或制成与其他装置的入力端卡扣机构的尺寸与型式相符，另一连接衬套、反作用力臂或其他装置用以承受锁紧螺栓时产生的反作用力。
16.在实施例中，本发明的连接衬套(reaction ring)是以可支撑所连接的两壳体的结构强度的金属或非金属材质制成，借以连接扭力扳手的出力端卡扣机构与特制倍力器的入力端卡扣机构，让两者连接成一体，且扭力扳手的出力轴与特制倍力器的入力轴得以顺利传动，使扭力扳手可依需要放大的扭力大小，选择套接不同放大倍率的特制倍力器，以弹性扩增输出扭力。本发明的连接衬套也可依所连接的两壳体的入、出力端的型式，弹性设计连接衬套的机构，使两者不会产生相对运动。
17.在实施例中，本发明也可应用于平行轴的扭力扩增的平行传动机构以驱动另一特制倍力器。扭力扳手的出力端卡扣机构仍需以等同连接衬套功能的组件连接该平行传动机构的入力端卡扣机构，本发明可以同轴式的环状机构进行应用。
18.在实施例中，本发明可以同一连接衬套套接不同放大倍率的特制倍力器，只是各特制倍力器的入力端盖的一端需制成与连接衬套的出力端卡扣机构相符的尺寸及型式。而入力端盖的另一端则依该特制倍力器的壳体的入力端卡扣机构制成相符的尺寸与型式。
19.在实施例中，卡扣机构是设于扭力扳手或特制倍力器的入、出力端、连接衬套的入、出力端以及反作用力臂的刚性机构，且具足够的强度支撑套接后的两对象，以使彼此间不会产生相对转动。卡扣机构可制成任何型式的结构，如齿栓等规则或不规则的形状。
20.在实施例中，本发明的扭力扩充方式可视需要锁紧扭力的大小，以一个或多个连接衬套，套接一个或多个特制倍力器，弹性多层套接堆栈于各式扭力扳手的出力端，以达到扩增扭力的目的。
21.在实施例中，反作用力臂为套接于扭力扳手或特制倍力器的出力端以承受锁紧螺栓时产生的反作用力，反作用力臂通常依螺旋紧固件的周边的形状而制成各种型式。反作用力臂应用于本发明时套接于扭力扳手或特制倍力器的出力端，反作用力臂也可与本发明的连接衬套制成一体。
22.借此，本发明的可弹性扩充倍力扳手的输出扭力的装置通过连接衬套及特制倍力器(特制倍力器的壳体的两端皆设有卡扣机构)，让使用者可通过小扭力的扭力扳手即得以弹性快速、经济有效地组合扩充应用，以达到使用者所需要的更大扭力。
附图说明
23.图1a为现有的倍力器的示意图一；
24.图1b为现有的倍力器的示意图二；
25.图1c为现有的倍力器的示意图三；
26.图2a为现有的手动倍力扳手的组成示意图一；
27.图2b为现有的手动倍力扳手的组成示意图二；
28.图3为现有的手动倍力扳手的应用示意图；
29.图4a为现有的倍力器的齿轮减速装置的结构示意图；
30.图4b为现有的倍力器的外观示意图；
31.图5a为现有的气动倍力扳手的扩增扭力的结构示意图一；
32.图5b为现有的气动倍力扳手的扩增扭力的结构示意图二；
33.图5c为现有的气动倍力扳手的扩增扭力的结构示意图三；
34.图5d为现有的气动倍力扳手的扩增扭力的结构示意图四；
35.图6a为现有的手动倍力扳手的扩充扭力的装置的结构示意图；
36.图6b为现有的手动倍力扳手的应用示意图；
37.图7为现有的手动倍力扳手的扩充扭力的装置的另一结构示意图；
38.图8a为本发明的连接衬套的结构示意图一；
39.图8b为本发明的连接衬套的结构示意图二；
40.图9a为本发明的特制倍力器的壳体与卡扣机构的结构示意图一；
41.图9b为本发明的特制倍力器的壳体与卡扣机构的结构示意图二；
42.图9c为本发明的特制倍力器的壳体与卡扣机构的结构示意图三；
43.图10为手动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的结构示意图；
44.图11a为气动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的分解示意图；
45.图11b为气动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的组合示意图；
46.图12a为气动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的另一结构示意图一；
47.图12b为气动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的另一结构示意图二；
48.图12c为气动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的另一结构示意图三；
49.图13为气动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的分解示意图；
50.图14为气动倍力扳手应用本发明的装置以扩增扭力的另一分解示意图。
51.【符号说明】
52.10 反作用力臂
53.101 刚性结构
54.11 反作用力臂
55.11
’ꢀ
反作用力臂
56.11
”ꢀ
反作用力臂
57.111 入力端卡扣机构
58.20 倍力器
59.201 壳体
60.202 入力端
61.203 出力端
62.21 倍力器
63.211 壳体
64.212 入力端
65.213 出力端
66.214 卡扣机构
67.215 减速齿轮机构
68.22 倍力器
69.221 壳体
70.222 入力端
71.223 出力端
72.224 卡扣机构
73.225 减速齿轮机构
74.23 倍力器
75.231 壳体
76.232 入力端
77.233 出力端
78.234 卡扣机构
79.30 套筒
80.301 螺旋紧固件
81.40 手动扭力扳手
82.401 出力端卡扣机构
83.50 气动扭力扳手
84.501 出力端卡扣机构
85.60 连接衬套
86.601 入力端卡扣机构
87.602 出力端卡扣机构
88.61 连接衬套
89.611 入力端卡扣机构
90.612 出力端卡扣机构
91.70 特制倍力器
92.701 壳体
93.702 入力端卡扣机构
94.703 出力端卡扣机构
95.704 减速齿轮机构
96.70
’ꢀ
特制倍力器
97.701
’ꢀ
壳体
98.702
’ꢀ
入力端卡扣机构
99.703
’ꢀ
出力端卡扣机构
100.704
’ꢀ
减速齿轮机构
101.70
”ꢀ
特制倍力器
102.701
”ꢀ
壳体
103.702
”ꢀ
入力端卡扣机构
104.703
”ꢀ
出力端卡扣机构
105.704
”ꢀ
减速齿轮机构
106.71 特制倍力器
107.711 壳体
108.712 入力端卡扣机构
109.713 出力端卡扣机构
110.72 特制倍力器
111.721 壳体
112.722 入力端卡扣机构
113.723 出力端卡扣机构
114.73 特制倍力器
115.731 壳体
116.732 入力端卡扣机构
117.733 出力端卡扣机构
118.73
’ꢀ
特制倍力器
119.731
’ꢀ
壳体
120.732
’ꢀ
入力端卡扣机构
121.733
’ꢀ
出力端卡扣机构
具体实施方式
122.为充分了解本发明的目的、特征及效果，现通过下述具体的实施例，并配合附图，对本发明做进一步详细说明，说明如下：
123.请参考图8a及图8b，其显示本发明的连接衬套60、61。如图8a所示，连接衬套60的入力端卡扣机构601可制成多边形，或如图8b所示，连接衬套61的入力端卡扣机构611可制成齿栓型结构，如图8a及图8b所示，连接衬套60、61的出力端卡扣机构602、612可制成齿栓型结构。另外，连接衬套60、61也可依所套接的特制倍力器的出力端卡扣机构或入力端卡扣机构的型式与尺寸而制成可刚性接合且不会产生相互转动的组合结构。
124.请参考图9a至图9c，其显示本发明的特制倍力器70、71、72的壳体701、711、721与特制倍力器70、71、72的入力端卡扣机构702、712、722与出力端卡扣机构703、713、723的不同型式的组合。图9a的特制倍力器70的入力端卡扣机构702与出力端卡扣机构703分别与壳体701的两侧的接合端组合，入力端卡扣机构702与出力端卡扣机构703分别与壳体701的两侧的接合端的卡扣机构的尺寸与型式相符，减速齿轮机构(图中未示)组装于壳体701内且位于入力端卡扣机构702与出力端卡扣机构703之间。图9b的特制倍力器71的出力端卡扣机构713与壳体711一体加工而成，组装减速齿轮机构(图中未示)于壳体711后，再以入力端卡扣机构712组合于壳体711。图9c的特制倍力器72的入力端卡扣机构722与壳体721一体加工而成，组装减速齿轮机构(图中未示)于壳体721后，再以出力端卡扣机构723组合于壳体721。
125.请参考图10，其显示本发明的装置应用于手动倍力扳手以扩增扭力的结构。本发
明的装置应用时可使用如图9a至图9c所示的特制倍力器70、71、72的其中之一以套接于如图8a及图8b所示的连接衬套60、61的其中之一。如图10所示，手动扭力扳手40的出力端卡扣机构401的出力轴组接于特制倍力器73的入力端卡扣机构732的入力轴孔，手动扭力扳手40的出力端卡扣机构401的出力轴与特制倍力器73的入力端卡扣机构732的入力轴孔的尺寸与型式相符，特制倍力器73的出力端卡扣机构733套接于连接衬套60的入力端卡扣机构601，特制倍力器73的出力端卡扣机构733与连接衬套60的入力端卡扣机构601的尺寸与型式相符，之后连接衬套60的出力端602套接于如图9a至图9c所示的特制倍力器70、71、72的其中之一，连接衬套60的出力端卡扣机构602与特制倍力器73’的入力端卡扣机构732’的尺寸与型式相符，接着特制倍力器73’的出力端卡扣机构733’套接反作用力臂11即可开始锁固作业，特制倍力器73’的出力端卡扣机构733’与反作用力臂11的入力端卡扣机构111的尺寸与型式相符。另外，本实施例的两个特制倍力器73、73’是直接在壳体731、731’的外缘加工制成入力端卡扣机构732、732’及出力端卡扣机构733、733’。
126.请参考图11a，其显示本发明的装置应用于气动倍力扳手(或电动倍力扳手)以扩增扭力的结构。小扭力高转速的气动扭力扳手50的出力端卡扣机构501套接于连接衬套60的入力端卡扣机构601，连接衬套60可为图8a及图8b所示的连接衬套60、61的其中之一，气动扭力扳手50的出力端卡扣机构501与连接衬套60的入力端卡扣机构601的尺寸与型式相符，之后连接衬套60的出力端卡扣机构602套接于特制倍力器70、70’、70”的入力端卡扣机构702、702’、702”(此实施例的入力端卡扣机构702、702’、702”是同一尺寸与形式且与连接衬套60的出力端卡扣机构602相配合，以便于使用同一尺寸与形式的连接衬套60套接相同的入力端卡扣机构702、702’、702”，其中特制倍力器70、71、72为不同规格)，特制倍力器70、70’、70”可为图9a至图9c所示的特制倍力器70、71、72的其中之一，连接衬套60的出力端卡扣机构602与特制倍力器70、70’、70”的入力端卡扣机构702、702’、702”的尺寸与型式相符。特制倍力器70、70’、70”可制成不同大小减速比与扭力放大倍率的多种规格，且特制倍力器70、70’、70”的出力端卡扣机构703、703’、703”分别搭配大小不同的尺寸与型式的反作用力臂。
127.请参考图11b，其显示气动扭力扳手50、连接衬套60及特制倍力器70”套接反作用力臂11”。
128.如上所述，本发明的扭力扳手40、50、连接衬套60、61及特制倍力器70、70’、70”、71、72、73、73’可组合为一体式的结构。另外，连接衬套60、61可以金属材料或非金属材料制成，且连接衬套60、61的结构强度适于支撑扭力扳手40、50与特制倍力器70、70’、70”、71、72、73、73’。本发明也可提供一种可弹性扩充倍力扳手的输出扭力的方法，该方法通过连接衬套60、61的入力端卡扣机构601、611及出力端卡扣机构602、612分别套接扭力扳手40、50与特制倍力器70、70’、70”、71、72、73、73’以扩增输出扭力，该特制倍力器70、70’、70”、71、72、73、73’具有多种扭力放大倍率。
129.请参考图12a，其显示连接衬套60、特制倍力器70、70’、70”及气动扭力扳手50(或电动扭力扳手)的分解状态，连接衬套60可为图8a及图8b所示的连接衬套60、61的其中之一，特制倍力器70、70’、70”可为图9a至图9c所示的特制倍力器70、71、72的其中之一，特制倍力器70可具有单级减速齿轮机构704使输入扭力可以扩增，特制倍力器70’可具有多级减速齿轮机构704’使输入扭力可以扩增，特制倍力器70”可具有多级减速齿轮机构704”使输
入扭力可以扩增。图12b显示图12a的连接衬套60、特制倍力器70、70’、70”及气动扭力扳手50(或电动扭力扳手)的组合状态，图12c显示连接衬套60、特制倍力器70、70’、70”及气动扭力扳手50(或电动扭力扳手)及反作用力臂11的组合状态。图12a至图12c与图11a及图11b的连接衬套60可为同一规格尺寸与型式，通过规格统一的制作可降低生产与库存的成本，但图12a至图12c与图11a及图11b的连接衬套60也可因应不同的需求做尺寸或卡扣结构的变化。
130.请参考图13，其显示气动倍力扳手(或电动倍力扳手)应用一个以上的连接衬套与一个以上的特制倍力器。借此，利用基本款的气动倍力扳手(或电动倍力扳手)(其具有一个连接衬套与一个特制倍力器)即可经济有效地施行多种大扭力的锁固作业。
131.请参考图14，其显示气动倍力扳手(或电动倍力扳手)透过平行传动机构应用一个以上的连接衬套与一个以上的特制倍力器。借此，气动倍力扳手透过平行传动机构可实施大跨距的扭力传输与扭力扩增，其对于特殊工位的组装作业可有效地发挥作用。
132.本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范围内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所界定的范围为准。