一種拐臂式限力扭矩扳手設計

1.說明

本文介紹計算說明一種扭矩工具（0.95N·m限力型扳手）的設計方法，該扳手主要用于有嚴格預緊要求且扭矩值微小的裝配生產過程中，例如電纜細牙螺紋聯接、電器內部線路板固定、轉動噪音有較高要求的微型電機類緊固固定等。主要優點是：扳手頭部的專業形狀設計，以適用于小的作業空間操作；扳手結構原理設計，為最高扭矩輸出提供保障， 有效防止過載；扳用彈性單元材料設計為精度提供了典基。

2.執行標準

GB/T15729-2008 手用扭力扳手通用技術條件。

GB/T4390-2008 扳手開口和扳手孔 常用公差。

3.性能參數及結構簡介

（1）扳手標準設定值：0.95N·m（2）扳手測量精度：±5%（3）重復性精度：±5%

4.主要結構、強度設計

4.1力學數據計算

①扳手起始接觸點C時，產生的扭矩最大。扳手頭部承受載體的作用力及力矩：

FN1= F手 Tw=F手×137.76/1000N·m

②以扳手運動起始平衡狀態分析：

F手=Tw/137.76/1000N

FN3與O點支承力FN2相對于K點轉動力矩平衡：

MFN3=MFN2+Tw

MFN3=F彈簧/cos38°×45.84/1000

=F彈簧tg38°×45.84/1000

MFN2=FN2′×37.26/1000

FN2′=（ F彈簧tg38°×45.84/1000-F手137.76/1000）÷37.26/1000 ①

同理，依力平衡可知：

FN1+FN2=FN3sin38°=F彈簧tg38°

FN2′=F彈簧tg38°-F手 ②

①②聯立，解得：

F手=F彈簧tg38°×5.15/100.22

Tw=F手137.76/1000=F彈簧tg38°×8.58×137.76/100.5/1000

=9.189F彈簧/1000N·m

③若要Tw=0.95N·m

則：F彈簧=0.95/9.189/1000N·m=104N

F手=0.95/137.76/1000=6.9N<75N （人最小單臂力）

4.2彈簧選型及校核

依據扳手桿內孔?8.5，工作預壓載荷104N，選取：標準碳素鋼絲彈簧，彈簧鋼絲直徑?1.4，中徑D=?6.9，

工作需用極限載荷：104+3.2K=124N

依據GB/T2089-2009相對計算彈簧允許最大載荷：

114×（7/6.9）3=119N

調整彈簧材料為油淬火回火鋼絲，剪切應力提高20%以上，則彈簧允許最大載荷：

119×120%=142.8>124N

所以彈簧滿足要求。

4.3轉銷強度設計與校核

轉銷采用黃銅：[τ]=220N/mm2

τ=FN2/S=（F彈簧tg38°-FN1）/S

=（F彈簧tg38°- F手）/S=74.4/7.07=10.5N/mm2<[τ]

所以轉銷滿足強度滿足要求。

注：Tw-扳手頭所受扭矩，K-彈簧的剛度系數，F-手人手施加作用力，FN-鋼珠作用于扳手頭的力，FN-′FN的反作用力，F1′、F2′-FN′的分力，θ、ψ-扳手工作角度，F-彈簧彈簧受壓縮的力，FN1-扳手頭扭轉力，FN2-轉銷作用于扳手頭的力，FN2′-FN2的分力，FN3-鋼珠作用于扳手頭的力，MFN2、MFN3-轉矩，[τ]-材料的許用切應力，τ-轉銷的切應力。

5.耐用度設計

5.1運動關節耐用度設計

滾動零件采用GB/T308-2002國標軋制鋼珠，表面精糙度0.08以上，硬度HRC≥45，耐磨性優良。扳手頭尾部運動圓弧表面粗糙度1.6以上，要求采用45#鋼材經淬火處理HRC40-44，具有較好的耐磨性及綜合強度。這兩種材料及熱處理的選用，將活動關節的磨損程度降至較低水平，為扳手運動符耐用度提供有力保障。

5.2彈簧耐用度選材設計

用碳素彈簧鋼絲繞制的彈簧一般壽命為104次至105，本產品為軍用品，所以采用具有更高疲勞性能的油淬火合金彈簧鋼絲，常規壽命達105以上。該常彈簧鋼絲具有較好的溫度穩定性及極佳的抗疲勞性能，更因穩定的彈性系數在扭矩工具中及精密閥體中廣泛應用，從而使產品耐用性得到充分保障。

5.3提高耐用度的調節補償設計方案

彈簧尾端設計調節螺紋，調節補償量充足，若機構磨損后，調節補償機構，仍能保障正常工作扭矩及工作狀態。