Резонансное устройство для создания вращательного момента, основанное на действии колеблющейся массы

1 Область техники Изобретение относится к механическим устройствам и, более детально, к ручным, основанным на инерции, устройствам для создания вращательного момента. Уровень техники В настоящее время устройства с низкой реакцией обычно представляют собой устройства, которые ускоряют вращательную инерционную массу, отклоняя ее на относительно большой угол перемещения. Это ускорение осуществляется при помощи двигателя с выходным вращательным моментом, который относительно слаб по сравнению с выходным вращательным моментом устройства. Когда инерционная масса ускоряется, она накапливает кинетическую энергию. После того, как инерционная масса отклонилась на значительный угол (например, 180 градусов или больше), средства для сцепления соединяют вращающуюся инерционную массу с обрабатываемой деталью. Последующее отрицательное ускорение инерционной массы позволяет в результате получить выходной вращательный момент, который относительно высок по сравнению с тем, который подводится ускоряющим двигателем (см. фиг. 3). Этот высокий выходной вращательный момент не действует на пользователя, поскольку реакция обеспечивается вращательным моментом,связанным с отрицательным ускорением маховика или инерционной массы. Как правило, предусмотрены два типа средств для сцепления инерционной массы и обрабатываемой детали. Преобладающий способ состоит в использовании механической муфты. К сожалению, быстрое сцепление и разъединение муфты приводит к шуму и высоким напряжениям, развивающимся в ударной переходной зоне сцепления, что приводит к износу и деформации частей, что, в свою очередь,снижает эффективность и ограничивает ресурс муфты. Второй способ сцепления использует гидравлическую запорную муфту. Хотя он более бесшумен в действии, чем существующие механические муфты, издержки в изготовлении и возможные потери рабочих жидкостей ограничивают его применение. Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является патент Японии JP-A04030974, который описывает приводное устройство с винтом для передачи усилия, в котором ток высокой частоты используется в соединении с колеблющимся телом, в результате производится мелкая вибрация, которая передается через резьбу к винту. Вибрация оказывает действие на винт, и он затягивается надлежащим образом, улучшая действие приспособления для завинчивания винтов. В то время как вибрационное действие колеблющегося тела может помочь при воздействии приспособления для завинчивания винтов, колебательная сила 2 мала и недостаточна для того, чтобы преодолеть трение, требуемое ручными устройствами для создания вращательного момента на основе инерции. Описанные выше примеры иллюстрируют известные существующие ограничения в существующих в настоящее время устройствах и способах. Таким образом, очевидно, что было бы выгодно создать альтернативу, направленную на преодоление одного или больше сформулированных выше ограничений. Настоящее изобретение представляет собой подходящую альтернативу. Сущность изобретения В одном аспекте настоящее изобретение достигнуто созданием резонансного устройства для создания вращательного момента, основанного на действии колеблющейся массы, содержащего вращающуюся (способную к вращению) резонансную колеблющуюся (или способную к колебаниям) массу; средства для осуществления колебаний массы; средства типа пружины, соединяющие колеблющуюся массу с вращающейся, удерживаемой трением обрабатываемой деталью; средства для осуществления смещения вращения колеблющейся массы в затягивающем направлении вращения на достаточную величину, только в комбинации с силой, произведенной колеблющейся массой в том же самом, затягивающем направлении вращения; и сила, произведенная колеблющейся массой в противоположном направлении вращения минус смещение вращения, является недостаточной, чтобы осуществить вращение обрабатываемой детали в противоположном направлении вращения. Таким образом, резонансное устройство для создания вращательного момента, основанное на действии колеблющейся массы для использования со способной к вращению, удерживаемой трением обрабатываемой деталью, согласно изобретению, включает: вращательно-резонансную, способную к вращательным колебаниям массу; средства для осуществления резонансного колебания данной массы; пружину, соединяющую упомянутую массу со способной к вращению, удерживаемой трением обрабатываемой деталью, причем пружина допускает относительное вращение между массой и деталью; средства для создания усилия, достаточного для смещения массы в затягивающем направлении только в комбинации с усилием, прикладываемым колеблющейся массой в том же самом направлении, и достаточного, чтобы предотвратить вращение обрабатываемой детали в направлении, противоположном направлению вращения. Данное устройство для осуществления вращательного момента может включать ручной затягивающий крутящий инструмент. 3 Пружина предпочтительно представляет собой пружину кручения. В данном резонансном устройстве средства для осуществления смещения вращения могут быть выполнены с возможностью приложения вращательного момента в направлении вращения, составляющего приблизительно от 10 до 20 процентов от окончательного выходного вращательного момента. В данном резонансном устройстве положение способной к колебаниям массы может определяться при помощи кодировщика положения. При этом кодировщик положения может быть выполнен в виде оптического кодировщика положения. Предшествующий и другие аспекты станут очевидными из следующего детального описания изобретения, сопровождаeмого чертежами. Перечень фигур чертежей Фиг. 1 - поперечный разрез резонансного устройства для создания вращательного момента, основанного на действии колеблющийся массы согласно настоящему изобретению; фиг. 2 - график, показывающий приложение вращательного момента к фиксатору через некоторый период для устройства динамического воздействия, основанного на ускорении массы согласно уровню техники; и фиг. 3 - график, показывающий прикладываемый вращательный момент к фиксатору через некоторый период для резонансного устройства, основанного на действии колеблющейся массы системы согласно настоящему изобретению. Детальное описание изобретения На фиг. 1 показано резонансное устройство для создания вращательного момента, основанное на действии колеблющейся массы, согласно настоящему изобретению, обозначенное цифрой 1. Гнездо типа цангового патрона или средств зажима 5 плотно сцеплено с головкой фиксатора (не показано), который нужно зажать. Гнездо типа цангового патрона 5 присоединено к пружине кручения 3, которая в свою очередь присоединена к ротору маховика,имеющему форму чаши, или к колеблющейся массе 4. Ротор маховика 4 колеблется и вращается относительно внутреннего статора 20 некоторым образом, который будет описан ниже. Постоянный магнит 9 размещен внутри выреза 2 в пределах внутреннего диаметра ротора маховика 4. Кольцо защитного экрана и магнитопровод возврата 8 окружают ротор маховика 4 и выполнены из магнитопроводящего материала типа стали. Кольцо защитного экрана 8 в свою очередь заключено в кожух 15, который образует внешний корпус устройства. Предусмотрена прикрепленная к кожуху 15 ручка 11 для удержания устройства. Собачка 14 активирует устройство, а прямой и обратный выключатель 13 выбирает направление вращения или направле 001939 4 ние затягивания (обычно по часовой стрелке) или направление откручивания (обычно против часовой стрелки), что определяется оператором. Как показано на фиг. 1, ротор маховика 4,пружина кручения 3, и цанговый патрон 5 приспособлены под подшипники для вращения внутри кожуха 15 посредством подшипника 16,и внутри продолжения статора 20 посредством подшипников 17 и 18, которые окружают цанговый патрон 19. Передний оптический кодировщик 7 предусмотрен для того, чтобы контролировать вращение цангового патрона, а оптический кодировщик 10, размещенный на маховике, предусмотрен для определения движения и положения ротора маховика 4. При затягивании резьбового фиксатора,маховик приводят во вращение изначально как обычный двигатель, посредством возбуждения электромагнитных катушек 6 и реакции на действие постоянных магнитов 9, чтобы выполнить реверсивную часть цикла закрепления. Как только фиксатор достигает выходного предела маховика, который приводится во вращение как обычный двигатель, вращение гнезда типа цангового патрона 5 прекращается, что считывается передним оптическим кодировщиком 7. Положение ротора маховика 4 считывается оптическим кодировщиком положения 10. Как изображено на фиг. 3, после считывания состояния остановленного цангового патрона, соответствующая электрическая схема начинает колебать маховик, прикладывая реверсивные энергетические импульсы к электромагнитным катушкам 6, побуждающие маховик колебаться с резонансной частотой (или около нее) пружинной системы с инерционной массой. Маховик непрерывно смещается в направлении затягивания, поскольку пульсирующие колебания продолжают наращивать и накапливать энергию колебаний в противоположных направлениях в пружине кручения 3. При этом устанавливается состояние, в котором энергия колебаний плюс энергия приведенного во вращение двигателя складываются при приложении затягивающего вращательного момента к фиксатору (если направление колебаний совпадает с направлением движения маховика) и вычитаются при применении реверсивного колебания, такого, что затягивающий вращательный момент превышает ослабляющий момент в размере, приблизительно равном двум вращательным моментам при смещении. Поскольку запасенная энергия в каждом реверсивном импульсе увеличивается из-за резонансного или близкого к резонансному состояния пружинной системы масс, достигается момент, когда приложенная сумма вращательных моментов осуществляет затягивание фиксатора без соответствующего ослабления на обратном колебании. Было найдено, что требуется вращательный момент, составляющий приблизительно от 10 до 20 процентов от конечного 5 выходного момента устройства, чтобы предотвратить обратное колебание фиксатора из-за откручивания. Этой величине вращательного момента противодействует оператор. Используя принцип колебания массы согласно настоящему изобретению, можно достичь значений выходных вращательных моментов, многократно превышающих вращательные моменты реакции оператора. Другой аспект состоит в том что, когда вращательный момент в пружине кручения превышает вращательный момент обрабатываемой детали, сопротивляющейся движению фиксатора, фиксатор должен быть подвергнут действию ускорения из-за разности между вращательными моментами. В процессе этого некоторая энергия будет удалена из системы колеблющейся массы. Двигатель должен вернуть эту энергию и добавить еще при повторном колебании, что позволит колебаниям продолжить рост. Когда желаемый вращательный момент фиксатора будет достигнут, двигатель прекратит возбуждение маховика. Оптические кодировщики 7 и 10 обеспечивают обратную связь управления устройством. Чтобы предотвратить откручивание фиксатора,вращательный момент возбуждения должен быть приложен на максимуме смещения или приводного вращательного момента двигателя. Этот вращательный момент смещения должен быть частью вращательного момента, требуемого для зажатия фиксатора. В дополнение к обсужденному выше варианту выполнения возможны другие многочисленные варианты выполнения. В некоторых случаях колеблющаяся масса может быть присоединена к обрабатываемой детали, как в настоящем варианте выполнения. В других вариантах выполнения могут быть использованы устройства для сцепления, служащие для того,чтобы сместить прикладываемый к обрабатываемой детали вращательный момент после того, как в колеблющейся массе был накоплен некоторый уровень кинетической энергии. Общая концепция всех вариантов выполнения состоит в том, что энергия, которую нужно использовать для вращательного момента обрабатываемой детали, создается посредством колебаний пружинной системы масс при резонансной частоте или около нее. Преимуществом устройства, основанного на этой концепции, является его небольшой вес. Используемые в настоящее время устройства нуждаются в достаточно широком сочетании двигатель/инерция, чтобы развить достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть уровень вращательного момента обрабатываемой детали при ускорении при ограниченном угле перемещения. В настоящем изобретении может быть достигнута большая амплитуда вращательного момента при применении возбуждения в течение более длительного времени без увеличения величины двигателя или инерции. 6 Настоящее изобретение обладает низкой реакцией и низкой вибрацией. Частоты возбуждения могут быть, в общем случае, высокими относительно частоты подачи вращательного момента используемых в настоящее время устройств. Эти более высокие частоты более легко уменьшаемы, чем частоты, связанные с повторным "обращением маховика" используемых в настоящее время устройств (см. фиг. 2). В подходах, базирующихся на колебаниях массы, в которые используют узкие полосы частот возбуждения, подходы к уменьшению звука и вибрации более легки в осуществлении по сравнению с осуществлением их при широкополосных режимах используемых в настоящее время импульсных устройств. Кроме того, могут быть устранены ударные поверхности, что уменьшает шум и износ. Устройства согласно настоящему изобретению более легки в управлении и демонстрируют большую точность вращательного момента. Устройство согласно данному варианту выполнения подает вращательный момент обрабатываемой детали менее продолжительными,более частыми импульсами вращательного момента. Менее продолжительные импульсы позволяют осуществлять более тонкий контроль над прикладываемым вращательным моментом,и меньше зависят от жесткости обрабатываемой детали, то есть, скорости соединения, чем используемые в настоящее время устройства с низкой реакцией. Кроме того, настоящая концепция хорошо представляет себя в осуществляемых при помощи электроники вариантах выполнения, которые обеспечивают усиленный контроль со стороны пользователя другими способами, например, посредством быстродействия. Рамки настоящего изобретения не ограничиваются приведенным вариантом выполнения,а ограничены только формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Резонансное устройство для создания вращательного момента, основанное на действии колеблющейся массы для использования со способной к вращению, удерживаемой трением обрабатываемой деталью, включающее вращательно-резонансную, способную к вращательным колебаниям массу (4); средства для осуществления резонансного колебания данной массы; пружину (3), соединяющую упомянутую массу со способной к вращению, удерживаемой трением обрабатываемой деталью, причем пружина допускает относительное вращение между массой и деталью; средства для создания усилия, достаточного для смещения массы в затягивающем направлении только в комбинации с усилием, прикладываемым колеблющейся массой в том же са 7 мом направлении, и достаточного, чтобы предотвратить вращение обрабатываемой детали в направлении, противоположном направлению вращения. 2. Резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что данное устройство для осуществления вращательного момента (1) включает ручной крутящий затягивающий инструмент. 3. Резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что пружина (3) представляет собой пружину кручения. 4. Резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что средства для осуществления смещения вращения выполнены с возможностью приложения вращательного момента в направлении вращения, составляющего приблизительно от 10 до 20% от окончательного выходного вращательного момента. 5. Резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что положение способной к колебаниям массы (4) определяется при помощи кодировщика положения (10). 6. Резонансное устройство по п.5, отличающееся тем, что кодировщик положения (10) выполнен в виде оптического кодировщика положения.