利用手持動(dòng)力工具緊固螺紋接頭的方法
【專利摘要】一種通過手持扭矩傳遞動(dòng)力工具將螺紋接頭緊固至預(yù)定的目標(biāo)扭矩水平（TT）的方法，其中緊固扭矩在緊固階段（E）期間經(jīng)由舒適扭矩水平（TS）施加在螺紋接頭上，表明在緊固階段（E）期間的扭矩增長特性（Δt1），在達(dá)到所述目標(biāo)扭矩水平（TT）時(shí)中斷在螺紋接頭上的扭矩施加，以防止螺紋接頭的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平（TT）之后以下降速率經(jīng)由下降斜坡（F）恢復(fù)扭矩施加，其中恢復(fù)的扭矩施加以響應(yīng)所表明的扭矩增長特性（Δt1）的速率下降，以獲得動(dòng)力工具中的在經(jīng)濟(jì)上最有利的扭矩反作用特性。
【專利說明】利用手持動(dòng)力工具緊固螺紋接頭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過手持動(dòng)力工具將螺紋接頭(screw joint)緊固至預(yù)定的目標(biāo)扭矩水平的方法，其中通過在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平以后以下降速率(declining rate)在螺紋接頭上的連續(xù)的扭矩施加來實(shí)質(zhì)上降低操作者的身體勞損。更具體而言，本發(fā)明涉及一種方法，用于使扭矩施加的下降速率適于操作者抵消在動(dòng)力工具中產(chǎn)生的反作用扭矩的能力，而不會(huì)引起不舒適的高肌肉勞損。
【背景技術(shù)】
[0002]螺紋接頭緊固方法包括在美國專利5，216，795中描述的這些特征。
[0003]上述專利中描述的用于螺紋接頭緊固的方法解決了當(dāng)在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平的時(shí)候而動(dòng)力突然切斷時(shí)，操作者通過肌力對(duì)在動(dòng)力工具中的反作用扭矩的正常地突然消失進(jìn)行反應(yīng)的能力中的固有問題。在非常短的緊固過程中(即，在扭矩建立的開始到動(dòng)力切斷的較短時(shí)間間隔之間)，操作者建立抵消肌力(countering muscle force)的能力必然會(huì)延遲，并且由于處理時(shí)間非常短，建立的肌力沒有時(shí)間在緊固完全結(jié)束前達(dá)到最大。在這種情況下，施加于操作者的勞損(strain)僅是輕微的。在慢一些的緊固過程中，其中在螺紋接頭中扭矩建立的開始和目標(biāo)扭矩切斷之間的時(shí)間間隔變長，操作者能夠建立完全的抵消肌力，并且當(dāng)在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平的時(shí)候而動(dòng)力突然切斷時(shí)，反作用扭矩的突然消失太過突然，以至于于操作者不能放松肌肉，這導(dǎo)致了在操作者手臂上不舒適和使人疲勞的反射(jerk)。
[0004]為了避免在如以上提到的專利中描述的緊固過程結(jié)束時(shí)的非常不舒適的反射，建議在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平并且中斷螺紋接頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，繼續(xù)以連續(xù)地下降速率的在螺紋接頭上的扭矩施加，以便持續(xù)減小待由操作者抵消的反作用扭矩，并因此使得操作者可以通過更舒適的方式來抵消反作用扭矩。然而，所描述的方法建議將扭矩的下降設(shè)定為適于具有某種扭矩增長特性的某種螺紋接頭和適于具有某種操作特性的動(dòng)力工具的某個(gè)有利地速率。
[0005]在以上描述的和之前已知的方法中固有的問題是，在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平后扭矩下降速率必須設(shè)定為使反作用扭矩特性適于實(shí)際螺紋接頭的扭矩速率以及適于在緊固期間使用的那個(gè)動(dòng)力工具的操作特性的某個(gè)值。還需要使扭矩下降速率適于操作者處理在動(dòng)力工具中產(chǎn)生的反作用扭矩的能力。當(dāng)在具有不同扭矩速率的螺紋接頭上使用動(dòng)力工具時(shí)，扭矩下降速率必須單獨(dú)地設(shè)定為對(duì)應(yīng)于實(shí)際緊固的螺紋接頭的扭矩速率以及對(duì)應(yīng)于操作者在舒適的反作用扭矩處理上的要求。由于每個(gè)新設(shè)定的扭矩下降速率必須在實(shí)際的螺紋接頭上進(jìn)行測試以檢查是否可滿足操作者，因此這是費(fèi)時(shí)的操作。
[0006]從人類工程學(xué)的角度來看，必要的是在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平后使得用于減少施加的扭矩的扭矩下降速率或者時(shí)間間隔與在舒適水平與目標(biāo)扭矩水平之間的緊固過程的實(shí)際的扭矩增長或者持續(xù)時(shí)間成比例。如果后目標(biāo)扭矩下降(post target torquedeclination)的持續(xù)時(shí)間與緊固扭矩持續(xù)時(shí)間相比非常短，則根本沒有人類工程學(xué)效果，并且操作者將仍然體驗(yàn)施加的扭矩的突然中斷以及在動(dòng)力工具中令人煩躁的反射。當(dāng)緊固非常堅(jiān)硬的螺紋接頭時(shí)，則在舒適水平與目標(biāo)扭矩水平之間具有持續(xù)時(shí)間非常短的緊固間隔，這意味著將根本不需要后目標(biāo)扭矩下降斜坡(ramp)。原因是在緊固期間產(chǎn)生在動(dòng)力工具中的反作用扭矩的非常短的持續(xù)時(shí)間將被動(dòng)力工具自身的慣性吸收，并且操作者將根本不接觸任何反作用扭矩。并且，操作者的肌肉反應(yīng)太慢，以至于不能對(duì)反作用扭矩中如此快速的變化進(jìn)行反應(yīng)。
[0007]如果在達(dá)到目標(biāo)扭矩之后扭矩下降的持續(xù)時(shí)間相對(duì)于緊固間隔的持續(xù)時(shí)間來說太長，則在動(dòng)力切斷時(shí)動(dòng)力工具中將不存在不舒適的反射，這是因?yàn)椴僮髡邔⒂写罅繒r(shí)間來使他的肌肉對(duì)抗力適于下降的反作用扭矩。相反，整個(gè)緊固過程不需要延長，并且將經(jīng)歷的緊固過程是緩慢的和耗時(shí)的并且對(duì)操作者產(chǎn)生精神壓力因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的螺紋接頭緊固方法，其中，當(dāng)具有已知操作特性的動(dòng)力工具施加在具有不同扭矩速率(torque rate)的螺紋接頭上時(shí),在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平后施加在螺紋接頭上的扭矩的下降速率適于在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平前在實(shí)際的緊固過程中表明的個(gè)體螺紋接頭的扭矩增長特性，以便獲得對(duì)操作者具有較低肌肉損傷水平的舒適的反作用扭矩特性。
[0009]本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種改進(jìn)的螺紋接頭緊固方法，其中，當(dāng)具有已知操作特性的動(dòng)力工具施加在具有不同扭矩增長特性的螺紋接頭上時(shí)，在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平后施加在螺紋接頭上的扭矩的下降速率適于在實(shí)際的緊固過程中對(duì)應(yīng)于扭矩舒適水平的點(diǎn)與對(duì)應(yīng)于目標(biāo)扭矩水平的點(diǎn)之間經(jīng)過的所表明的時(shí)間，由此獲得對(duì)操作者具有較低肌肉損傷水平的舒適的反作用扭矩特性。
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步目的和優(yōu)點(diǎn)將從下面的說明書以及權(quán)利要求書中體現(xiàn)出來。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面將參考所附附圖進(jìn)一步具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
[0012]在附圖中
[0013]圖1顯示了說明在對(duì)不同扭矩增長特性的螺紋接頭的螺紋接頭緊固操作期間的扭矩_時(shí)間關(guān)系的圖表。
[0014]圖2顯示了說明根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的緊固過程的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖1中的三個(gè)圖表以簡化的方式顯示了通過使用同一個(gè)手持扭矩傳遞動(dòng)力工具(即，具有如速度、動(dòng)力輸出等已知操作特性的動(dòng)力工具)在三個(gè)不同的螺紋接頭A、B和C中的相對(duì)于時(shí)間的設(shè)置的扭矩。三個(gè)螺紋接頭A、B和C具有不同的扭矩增長特性，在螺紋接頭A中具有最陡的扭矩增長，在螺紋接頭B中具有中等的扭矩增長特性，并且在螺紋接頭C中具有相對(duì)緩慢的扭矩建立。因此，螺紋接頭A為最堅(jiān)硬的螺紋接頭而C為最軟的。每個(gè)曲線圖分別包括從未示出的舒適水平(在該處各自的螺紋接頭被安放)開始延伸直到預(yù)定目標(biāo)扭矩水平Tt的基本上線性的扭矩建立階段Ea、Eb和E。。當(dāng)達(dá)到目標(biāo)扭矩水平Tt時(shí)，動(dòng)力工具的電源被切斷以停止螺紋接頭的旋轉(zhuǎn)并防止螺紋接頭中扭矩的進(jìn)一步增加。
[0016]為了避免在動(dòng)力工具中的反作用扭矩非常突然的中斷以及為了緩解對(duì)在操作者部分上令人疲勞的肌肉抵抗作用的需要，在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平Tt后動(dòng)力工具的電源在ATk處恢復(fù)非常短的未示出的時(shí)間間隔。如通過圖1中的曲線所示出的，恢復(fù)的扭矩Fa_。以下降速率從起始扭矩水平Tk開始施加，并且依據(jù)螺紋接頭的不同扭矩增長，在三個(gè)螺紋接頭A-C中恢復(fù)的扭矩施加FA_。的下降速率在不同的時(shí)間間隔上延伸。扭矩水平Tk (下降的恢復(fù)扭矩從該扭矩水平Tk開始)實(shí)質(zhì)上低于目標(biāo)扭矩水平Ττ，以確保螺紋接頭不發(fā)生進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。如在圖表中所示的，螺紋接頭A是堅(jiān)硬的螺紋接頭，這意味著在相對(duì)短的時(shí)間間隔At1A內(nèi)達(dá)到目標(biāo)扭矩水平Tt，反之，在螺紋接頭B處緊固扭矩建立在較長的時(shí)間間隔At1B內(nèi)發(fā)生，并且在螺紋接頭C處，扭矩建立在更長一些的時(shí)間間隔內(nèi)Λ tlc實(shí)現(xiàn)。
[0017]對(duì)于恢復(fù)的扭矩施加的斜坡的反作用扭矩緩解效果來說重要的是時(shí)間間隔At2A_c (在該時(shí)間間隔內(nèi)恢復(fù)的扭矩作用)與扭矩建立時(shí)間At1A_。有一定的關(guān)系。扭矩增長或扭矩建立時(shí)間既取決于實(shí)際的螺紋接頭的剛度，也取決于扭矩施加的速度(即動(dòng)力工具的旋轉(zhuǎn)速度)。然而，當(dāng)使用同一個(gè)動(dòng)力工具以緊固多個(gè)螺紋接頭時(shí)，螺紋接頭的個(gè)體剛度將確定扭矩建立時(shí)間以及因此將確定待使用的扭矩下降速率。使用的扭矩下降速率應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)于一定的時(shí)間間隔At2A_。，該時(shí)間間隔At2A_。與用于螺紋接頭緊固階段E的時(shí)間間隔At1A_。有關(guān)。
[0018]如通過圖1中的曲線所顯示的，用于在螺紋接頭A上施加下降的后緊固扭矩？4的時(shí)間間隔Λ t2A如同用于該螺紋接頭的緊固階段Ea直到目標(biāo)扭矩水平Tt的時(shí)間間隔Λ t1A一樣短。用于在螺紋接頭B上的后緊固扭矩施加Fb的時(shí)間間隔Λ t2B與用于螺紋接頭B的緊固階段Eb的時(shí)間間隔At1B有關(guān)。因此，用于在螺紋接頭C上的后緊固扭矩施加階段F。的時(shí)間間隔At2。相對(duì)較長并且與用于螺紋接頭C的緊固階段E。的時(shí)間間隔At1。有關(guān)。所以，螺紋接頭的緊固階段Ea_。越長，恢復(fù)的下降扭矩施加Fa_。就越久。
[0019]在圖2中，稍加具體地顯`示了對(duì)于螺紋接頭的扭矩施加曲線，其中緊固過程以來自于螺紋接頭的較低量值(low magnitude)的扭矩響應(yīng)D開始,直到達(dá)到舒適水平Ts。螺紋接頭的實(shí)際緊固或預(yù)拉緊階段E從舒適水平Ts開始，并且線性地發(fā)生直到想要的目標(biāo)扭矩水平Ττ。該緊固階段E具有持續(xù)時(shí)間Atl。在目標(biāo)扭矩水平1\處，動(dòng)力工具的電源被切斷以停止螺紋接頭的旋轉(zhuǎn)。實(shí)際上，就在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平Tt之前切斷動(dòng)力，從而避免不希望有的慣性相關(guān)的扭矩過沖。但是，這并沒有在簡化的圖2中顯示。
[0020]在非常短的時(shí)間間隔(未在圖2中示出)之后，以下降速率恢復(fù)在螺紋接頭上的扭矩施加以形成軟停止斜坡(soft stop ramp)。在螺紋接頭上繼續(xù)的扭矩施加在恰好在目標(biāo)扭矩水平Tt下面的水平Tk處開始，以確保螺紋接頭不發(fā)生進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)。這種軟停止斜坡F具有被選擇為從達(dá)到目標(biāo)扭矩Tt的點(diǎn)開始在時(shí)間間隔△ t2達(dá)到零水平的扭矩下降速率。
[0021]從人體工程學(xué)的觀點(diǎn)來看，重要的是軟停止斜坡F的持續(xù)時(shí)間Λ t2被選擇為與每個(gè)螺紋接頭的緊固階段E的持續(xù)時(shí)間△〖1相匹配。正確選擇的軟停止斜坡F的持續(xù)時(shí)間At2使得動(dòng)力工具的操作者能夠使他的肌肉警報(bào)和肌力適于以舒適的方式(S卩，沒有任何疲勞反射)來抵消動(dòng)力工具中的反作用扭矩。
[0022]為了尋找對(duì)于在任何類型的螺紋接頭上的緊固過程最佳的軟停止斜坡持續(xù)時(shí)間At2，確定螺紋接頭的每單位時(shí)間的扭矩增長特性。對(duì)此的條件為使用的動(dòng)力工具的操作特性(例如旋轉(zhuǎn)速度，以及動(dòng)力輸出)是已知的。實(shí)際的螺紋接頭的扭矩增長特性通過表明在舒適水平扭矩水平Ts與目標(biāo)扭矩水平Tt之間的關(guān)系，以及用于緊固階段E的時(shí)間間隔At1來確定。之后，選擇軟停止的扭矩下降斜坡F的適當(dāng)持續(xù)時(shí)間At2。扭矩下降斜坡F的斜率對(duì)應(yīng)于從扭矩恢復(fù)水平Tk到零的扭矩大小上的差與時(shí)間間隔△ t2之間的關(guān)系。
[0023]扭矩下降斜坡F的適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時(shí)間At2是通過來自于預(yù)緊固測試過程的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果確定的，在預(yù)緊固測試過程中動(dòng)力工具操作者使用相同的動(dòng)力工具已經(jīng)緊固了多個(gè)不同扭矩增長特性的螺紋接頭。由于每單位時(shí)間的扭矩增長取決于動(dòng)力工具的操作速度，因此適當(dāng)?shù)呐ぞ叵陆敌逼鲁掷m(xù)時(shí)間△&密切地取決于動(dòng)力工具的操作特性。選擇被操作者體驗(yàn)為最舒適的扭矩下降斜坡F的持續(xù)時(shí)間At2與緊固階段E的持續(xù)時(shí)間At1之間的關(guān)系，以在生產(chǎn)中用于螺紋接頭的緊固操作。
[0024]建立實(shí)際的扭矩增長或緊固階段持續(xù)時(shí)間At1的可替代方式為表明在緊固階段中兩個(gè)任意選擇的時(shí)間點(diǎn)ta和tb之間扭矩上的差。扭矩大小Ta和Tb(在兩個(gè)點(diǎn)ta和tb之間表明)之間的差為在緊固階段E中對(duì)扭矩增長的測量。
[0025]對(duì)于實(shí)際上緊固的螺紋接頭，計(jì)算恢復(fù)的扭矩施加斜坡F的適當(dāng)?shù)暮竽繕?biāo)下降速率的方法為積分在每單位時(shí)間扭矩差中的差，以使得能夠在緊固階段E與軟停止斜坡F之間進(jìn)行基于能量的比較。緊固階段E與扭矩下降斜坡F的能量含量之間一定的經(jīng)驗(yàn)性確定的關(guān)系被用于建立抵消由操作者產(chǎn)生的肌肉動(dòng)作的適當(dāng)?shù)囊约氨容^不令人疲勞的反作用扭矩。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的方法提供了一種通過自動(dòng)地適應(yīng)在被緊固的螺紋接頭上后目標(biāo)恢復(fù)的扭矩施加的扭矩下降速率來確定適合的且舒適的反作用扭矩特性的方式，而不管實(shí)際緊固的螺紋接頭的扭矩增長特性如何。這意味著恢復(fù)的扭矩施加的下降速率通過實(shí)際緊固的螺紋接頭的扭矩增長的表明 在緊固階段確定，即意味著不需要任何下降速率的預(yù)設(shè)定。
【權(quán)利要求】
1.一種通過手持扭矩傳遞動(dòng)力工具將螺紋接頭緊固至預(yù)定的目標(biāo)扭矩水平(Tt)的方法，包括以下步驟:將緊固扭矩施加至螺紋接頭以經(jīng)由較低的扭矩舒適水平(Ts)達(dá)到目標(biāo)扭矩水平(Tt )，表明在所述舒適水平(Ts)與所述目標(biāo)扭矩水平(Tt )之間的緊固階段(E )期間的至少一個(gè)扭矩增長特性(At1),在達(dá)到所述目標(biāo)扭矩水平(Tt)時(shí)中斷施加在所述螺紋接頭上的緊固扭矩，從而停止所述螺紋接頭的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，以及在達(dá)到所述目標(biāo)扭矩水平(Tt)之后以下降速率經(jīng)由下降斜坡(F)恢復(fù)扭矩施加，其中恢復(fù)的扭矩施加以響應(yīng)于在達(dá)到所述目標(biāo)扭矩水平(Tt)之前的緊固過程中所表明的所述至少一個(gè)扭矩增長特性(At1)的速率下降，從而獲得所述動(dòng)力工具中的人體工學(xué)上有利的扭矩反作用特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)扭矩增長特性(At1)包括在對(duì)應(yīng)于所述舒適水平(Ts)的點(diǎn)與對(duì)應(yīng)于所述目標(biāo)扭矩水平(Tt)的點(diǎn)之間經(jīng)過的時(shí)間，并且恢復(fù)的扭矩施加斜坡(F)的下降速率對(duì)應(yīng)于響應(yīng)于在所述舒適水平的點(diǎn)與所述目標(biāo)扭矩水平的點(diǎn)之間經(jīng)過的所述時(shí)間(At1)的 時(shí)間間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)扭矩增長特性包括在對(duì)應(yīng)于所述舒適水平(Ts)的點(diǎn)與對(duì)應(yīng)于所述目標(biāo)扭矩水平(Tt)的點(diǎn)之間選擇的兩個(gè)或更多的點(diǎn)( 和tb)之間經(jīng)過的時(shí)間，其中所述經(jīng)過的時(shí)間(tb-ta)被在所述數(shù)目的點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)的扭矩差(Tb-Ta)積分，以獲得用于適應(yīng)恢復(fù)的扭矩施加的下降速率的基于能力的參考。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述恢復(fù)的扭矩施加斜坡(F)通過施加比在所述緊固階段(E)期間使用的所述動(dòng)力工具的最大輸出動(dòng)力低逾10%的動(dòng)力工具輸出動(dòng)力而開始。
【文檔編號(hào)】B25B23/14GK103442853SQ201280013434
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月18日
【發(fā)明者】K·亞當(dāng) 申請(qǐng)人:阿特拉斯·科普柯工業(yè)技術(shù)公司