浅析新型变力矩套筒式扳手的构造和运用

摘 要：本文基于运用行星齿轮减速器的变比特性，构造了一种新型变力矩套筒式扳手工具。该工具通过人工外力产生旋转动力，进而可以产生等效力矩或多倍等效力矩的扭矩输出。使用该手动工具可以解决在较小扭力情况下需要较大扭力矩的问题，在生产和生活中具有较强的实用性。

关键词：行星齿轮；减速器；变力矩；工具

套筒扳手它是由多个带六角孔或十二角孔的套筒并配有手柄、连接杆等多种套筒扳手附件组成，特别适用于拧转场地十分狭小或凹陷很深处的螺栓或螺母。

传统套筒扳手，其手柄的转速与套筒的转速相同，在松开（拧紧）螺帽时需要使用扳手提供较大的扭力才能克服螺帽与螺杆之间最初（最后）的静摩擦力，所以要求使用者手部力量较大。为了满足日常生活中不同使用者的使用，需要有一种能够只要较小的扭力就能产生较大扭矩的套筒扳手。同时，生活中存在因扭矩产生过急或扭矩难以控制，造成损伤螺栓或螺母甚至扭断螺杆的现象，需要有一种能够较缓慢产生扭矩或者可控产生扭矩的套筒扳手。

本文构思的手动工具巧妙运用行星齿轮的变比特性，提供了一种新型变力矩套筒式扳手工具，使用该手动工具是解决上述问题的一种有效途径。

1 变力矩套筒式扳手的构造

如图1至图2所示，变力矩套筒式扳手构造包括：基于外力，产生旋转动力的动力输入单元；基于旋转动力，产生等效力矩或多倍等效力矩的扭矩输出单元；用于稳固所述扭矩输出单元的支撑单元。

1.1 动力输入单元

动力输入单元包括手柄1和与手柄垂直固定的扳手延长杆2，扳手延长杆2与扭矩输出单元固定；扳手延长杆2与 手柄 1的几何中心垂直固定；手柄1的形状可为圆形或圆柱形。

1.2 扭矩输出单元

扭矩输出单元包括行星齿轮减速器6和套筒7；行星齿轮减速器6的动力输入端与动力输入单元扳手延长杆2固定；套筒7与行星齿轮减速器6的扭矩输出端固定，行星齿轮减速器6与套筒7的内部连接。

1.3 支撑单元

支撑单元包括滑动机构和支撑机构；滑动机构包括套设在动力输入单元上的滑套3，支撑机构包括传动杆4和支撑杆5；滑套3可沿垂直于动力输入单元的动力输出方向做往复移动；滑套3的往复移动带动传动杆4和支撑杆5做收展运动；滑套3上设有用于锁定支撑机构的外凸于滑套3的锁定槽8；支撑杆5的一端与扭矩输出单元可旋转连接，其另一端悬空，可支撑固定于外部的突出装置上；传动杆4的一端与滑套3可旋转连接，其另一端与支撑杆5的杆体可旋转连接。

2 变力矩套筒式扳手的运用原理及特点

传统套筒扳手，其手柄的转速与套筒的转速相同，在松开（拧紧）螺帽时需要使用者提供较大的扭力才能克服螺帽与螺杆之间最初（最后）的静摩擦力。

作者发现，在手柄与套筒之间嵌入行星齿轮器构件，利用行星齿轮减速器的减速机构来改变手柄与套筒之间的转速，可以达到改变扭矩的作用，从而使得套筒扳手在较小的扭力之下也可以产生较大的扭矩。

如图2所示，当支撑杆被固定并不随手柄转动时，套筒扳手基于外力能够产生多倍等效力矩的扭矩输出（倍数的大小由选用行星齿轮器的参数决定）。

当支撑杆收起并固定在滑套上，由于行星齿轮器的外套与力矩输入端同步，因此输入端与输出端亦同步且旋转角速度相等，输入、输出力矩大小相等。

使用本手動扳手可以取得以下效果：

1）输入小扭矩实现输出大扭矩；

2）相对较慢地获得较大力矩，避免因过急的力矩而损伤被旋转体；

3）可调整或者实现可控旋转力矩。

3 变力矩套筒式扳手的运用实例

如图1至图2所示，一种变力矩套筒式扳手，该扳手包括：基于外力，产生旋转动力的动力输入单元；基于旋转动力，产生等效力矩或多倍等效力矩的扭矩输出单元；用于稳固扭矩输出单元和决定扭矩输出倍数的支撑单元。

为增强适用，支撑机构选用3个构件，形成三角形，增加支撑的稳固性。为适应不同场所的需求，对支撑机构的尺寸可以优化选择。行星齿轮减速器选用通用的行星齿轮减速器即可，选用的行星齿轮减速器的传动比例为1：2，传动比例还可以根据需要具体情况，视能够输入的扭矩大小与需要输出的扭矩大小，而将传动比例确定（下转第133页）（上接第131页）为1：5，1：10，1：20，1：40等等。

使用时先将套筒7套在螺帽上，此时将支撑杆5撑开，支撑杆5卡在一些螺帽周围的突出的固定装置上，使支撑单元不能转动，以致于与之相连接的行星齿轮减速器6的外壳也不能转动。当使用者转动手柄1并带动扳手延长杆2转动时，扳手延长杆2也带动行星齿轮减速器6的输入端同步转动，经过行星齿轮减速器6的减速后将更大的扭力传递给行星齿轮减速器6的输出端并带动套筒7套接的螺帽一起转动。由于行星齿轮减速器6的变速作用，使得其输入端的转速大于输出端的转速，因此其输出端的扭力力矩大于输入端的扭力力矩，此时在用该装置松（紧）螺帽时便得到更大的扭矩。

松螺帽时，当螺帽开始松动后，可将支撑杆5和传动杆4合拢，此时支撑单元的传动杆4和支撑杆5都紧贴在扳手延长杆2外壁，滑套3的外部设有凸出于滑套3的锁定槽8，用于卡箍支撑杆5，所以当将传动杆4和支撑杆5并拢后，支撑杆5的自由端卡固在锁定槽8内，传动杆4也同时被收拢，因而传动杆4和支撑杆5只能与扳手延长杆2同步转动，由于支撑杆5的一端与行星齿轮减速器6的外壳链接，因此此时扳手延长杆2与行星齿轮减速器6的外壳也只能同步转动，由此扳手延长杆2与套筒7也只能同步转动。此时行星齿轮减速器6的输入端与输出端扭矩相同，手柄1的转速与套筒7的转速相同，此时能快速松开螺帽。

4 结语

随着机械制造技术的发展，行星齿轮小型化、精密化的运用已十分普及，这为新型变力矩套筒式扳手工具的制造创造了条件。本文通过对该工具的构造进行分析，并对运用进行举例，希望能促进该类手动工具在生产生活中的广泛运用。

参考文献：

[1] 饶振纲.行星传动机构设计.行星齿轮传动，1980.

作者简介：高嵩，成都铁路中学校，高2014级。