一種新型進(jìn)口扳手的分析及研究

1.說明

本文分析并計(jì)算說明一種最新扭矩工具（280N·m預(yù)制式扳手） 的設(shè)計(jì)方法，該扳手精度較高、外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便可靠，制造成本低，在汽車及航空領(lǐng)域有廣范應(yīng)用空間，可大量替代目前市場(chǎng)上應(yīng)用的各種預(yù)制式扳手。

2.執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB/T15729-2008 手用扭力扳手通用技術(shù)條件。

3.性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)簡介

3.1扳手設(shè)計(jì)參數(shù)及精度指標(biāo)

（1）扳手標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值：280N·m；（2）扳手測(cè)量精度±3%；（3）重復(fù)性精度±3%。

3.2產(chǎn)品原理及優(yōu)點(diǎn)

該實(shí)用新型機(jī)械預(yù)制扭矩扳手具有以下特征：

（1）外形套筒采扁式鋼管結(jié)構(gòu)，其余零件藏于鋼管之內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠。

（2）采用螺紋結(jié)構(gòu)間接給彈簧加載，并設(shè)計(jì)過渡加載機(jī)構(gòu)，使微小加載實(shí)現(xiàn)可控，并通過設(shè)計(jì)消除了常規(guī)直接給彈簧加載時(shí)引起的重復(fù)性誤差較大現(xiàn)象。

（3）特殊螺紋鎖緊設(shè)計(jì)，方便實(shí)用，且加工簡單。避免了常規(guī)外圍螺紋鎖緊時(shí)外表造成的表面孔、螺紋外露缺陷。

（4）特殊的加載方式設(shè)計(jì)，當(dāng)需重新預(yù)制扭矩時(shí)，直接采用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)六方拐棍扳手從扳手后部調(diào)制，不需打開原有裝置。

（5）該機(jī)械預(yù)制扭矩扳手工作時(shí)為雙報(bào)警模式。

（6）扳手頭與扳手采用銷結(jié)合與面結(jié)合雙限位方式。

4.主要結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)

力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算。

①以扳手為靜態(tài)分析，以頭部軸線O-O′轉(zhuǎn)軸，手作用力矩與外力矩平衡，那么就有：

F×444.5/1000=200N·m F=450N

以扳手整體固態(tài)分析，外部作用于扳手頭部除200N·m力矩外，同時(shí)還有F′=450N

②以扳手頭和打滑桿為研究對(duì)象。

由于連接板屬二力平衡，根據(jù)平衡條件，這二力大小相等，方向相反，由此可知連接板給打滑桿作用力大小設(shè)F0，方向沿連接板軸線，它進(jìn)行分解為F1和F2。

當(dāng)手作用于扳手套筒時(shí)，套筒有以前端銷1′為軸轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)。

或以打滑桿分析，前端受外反時(shí)針扭矩，后端受連接板力F0作用。

可知前端銷作用力打滑桿的力F2′方向向上，所以就有平衡條件：

F1′= F1 F2′+ F′= F2 F2′= F2- F′= F0 cosθ-450

T外+F2′×70×10-3=F2×295/1000

200+（F0 cosθ-450）×70×10-3=F0cos46.47°×295×10-3

F0=1087.34N

打滑桿壓彈簧的力F4′=F1=F0sin46.47°=788.1N

③彈簧的工作行程為1.77mm，預(yù)計(jì)K值范圍在50左右，所以

彈簧工作應(yīng)力應(yīng)為F= 788.1+1.77×50=876.6N

彈簧的極限應(yīng)力：Fmin=876.6/0.8=1098.75N

彈簧中徑：鋼管23，所以計(jì)算彈簧鋼絲?4.3（參考日本東芝）

彈簧中徑D=23-0.3×2（間隙）-4.3=18

④彈簧設(shè)計(jì)。

[τ]：根據(jù)性能及經(jīng)驗(yàn)取油淬火硅鉻彈簧鋼絲Ⅱ類

（1）鋼絲直徑d d=4，K=1.4，C=18/4

d=1.6×876.6×18/4）/760×10-6=4.31mm取4.3mm

校核：d=4.3K=1.37，C=18/4.3

d=1.6×876.6×18/4.3）/760×10-6=4.11mm取4.1mm

校核：d=4.2K=1.38，C=18/4.2

d=1.6×876.6×18/4.2）/760×10-6=4.17mm取4.2mm

d取4.2時(shí)，符合③中對(duì)間隙的要求.

（2）彈簧中徑D：22.7-0.3×2-4.2=17.9，取18

（3）彈簧估算彈性剛度j取50N/mm，那么可計(jì)算出λ2

λ2=876.6/50=17.532，取λ2=18mm

（4）匝數(shù)n：n=Gλ2d/8F2C3=80×109×18/1000×4.2/1000/（8×876.6×﹙18/4.2﹚3）=10.95取n=11

支撐匝數(shù)n2=2匝（端部并緊，磨平，支撐圈數(shù)兩端為1圈）

總匝數(shù)：n1=n+n2=11+2=13匝

（5）彈簧自由高度H0：

間隙δ=18/11+0.1×4.2=2.056mm節(jié)距P=δ+d=2.056+4.2=6.256mm

總高H0=nδ+（n1-0.5）d=11×2.056+（13-0.5）×4.2=75mm

依經(jīng)驗(yàn)公式：H0=nP+1.5d=11×6.256+1.5×4.2=75

（6）彈簧剛度j：

j=876.6/18=48.7N/mm，取 j=49

（7）螺旋角α：

α=arttanP/πD2= arttan 6.256/（3.14×18）=6.32°

（8）彈簧極限載荷：

實(shí)際Flim=48.7×11×2.056=1101.4N

允許Flim=1.38×3.14×（4.2×10-3）2/（8×18/4.2）×τlim（1.25[τ]）

=2117.9>1101.4

（9）穩(wěn)定性。

b=H0/D2=75/18=4.167<5.3 ，套筒對(duì)彈簧外有一定導(dǎo)向穩(wěn)定作用。