淺析新型變力矩套筒式扳手的構造和運用

摘 要：本文基于運用行星齒輪減速器的變比特性，構造了一種新型變力矩套筒式扳手工具。該工具通過人工外力產生旋轉動力，進而可以產生等效力矩或多倍等效力矩的扭矩輸出。使用該手動工具可以解決在較小扭力情況下需要較大扭力矩的問題，在生產和生活中具有較強的實用性。

關鍵詞：行星齒輪；減速器；變力矩；工具

套筒扳手它是由多個帶六角孔或十二角孔的套筒并配有手柄、連接桿等多種套筒扳手附件組成，特別適用于擰轉場地十分狹小或凹陷很深處的螺栓或螺母。

傳統套筒扳手，其手柄的轉速與套筒的轉速相同，在松開（擰緊）螺帽時需要使用扳手提供較大的扭力才能克服螺帽與螺桿之間最初（最后）的靜摩擦力，所以要求使用者手部力量較大。為了滿足日常生活中不同使用者的使用，需要有一種能夠只要較小的扭力就能產生較大扭矩的套筒扳手。同時，生活中存在因扭矩產生過急或扭矩難以控制，造成損傷螺栓或螺母甚至扭斷螺桿的現象，需要有一種能夠較緩慢產生扭矩或者可控產生扭矩的套筒扳手。

本文構思的手動工具巧妙運用行星齒輪的變比特性，提供了一種新型變力矩套筒式扳手工具，使用該手動工具是解決上述問題的一種有效途徑。

1 變力矩套筒式扳手的構造

如圖1至圖2所示，變力矩套筒式扳手構造包括：基于外力，產生旋轉動力的動力輸入單元；基于旋轉動力，產生等效力矩或多倍等效力矩的扭矩輸出單元；用于穩固所述扭矩輸出單元的支撐單元。

1.1 動力輸入單元

動力輸入單元包括手柄1和與手柄垂直固定的扳手延長桿2，扳手延長桿2與扭矩輸出單元固定；扳手延長桿2與 手柄 1的幾何中心垂直固定；手柄1的形狀可為圓形或圓柱形。

1.2 扭矩輸出單元

扭矩輸出單元包括行星齒輪減速器6和套筒7；行星齒輪減速器6的動力輸入端與動力輸入單元扳手延長桿2固定；套筒7與行星齒輪減速器6的扭矩輸出端固定，行星齒輪減速器6與套筒7的內部連接。

1.3 支撐單元

支撐單元包括滑動機構和支撐機構；滑動機構包括套設在動力輸入單元上的滑套3，支撐機構包括傳動桿4和支撐桿5；滑套3可沿垂直于動力輸入單元的動力輸出方向做往復移動；滑套3的往復移動帶動傳動桿4和支撐桿5做收展運動；滑套3上設有用于鎖定支撐機構的外凸于滑套3的鎖定槽8；支撐桿5的一端與扭矩輸出單元可旋轉連接，其另一端懸空，可支撐固定于外部的突出裝置上；傳動桿4的一端與滑套3可旋轉連接，其另一端與支撐桿5的桿體可旋轉連接。

2 變力矩套筒式扳手的運用原理及特點

傳統套筒扳手，其手柄的轉速與套筒的轉速相同，在松開（擰緊）螺帽時需要使用者提供較大的扭力才能克服螺帽與螺桿之間最初（最后）的靜摩擦力。

作者發現，在手柄與套筒之間嵌入行星齒輪器構件，利用行星齒輪減速器的減速機構來改變手柄與套筒之間的轉速，可以達到改變扭矩的作用，從而使得套筒扳手在較小的扭力之下也可以產生較大的扭矩。

如圖2所示，當支撐桿被固定并不隨手柄轉動時，套筒扳手基于外力能夠產生多倍等效力矩的扭矩輸出（倍數的大小由選用行星齒輪器的參數決定）。

當支撐桿收起并固定在滑套上，由于行星齒輪器的外套與力矩輸入端同步，因此輸入端與輸出端亦同步且旋轉角速度相等，輸入、輸出力矩大小相等。

使用本手動扳手可以取得以下效果：

1）輸入小扭矩實現輸出大扭矩；

2）相對較慢地獲得較大力矩，避免因過急的力矩而損傷被旋轉體；

3）可調整或者實現可控旋轉力矩。

3 變力矩套筒式扳手的運用實例

如圖1至圖2所示，一種變力矩套筒式扳手，該扳手包括：基于外力，產生旋轉動力的動力輸入單元；基于旋轉動力，產生等效力矩或多倍等效力矩的扭矩輸出單元；用于穩固扭矩輸出單元和決定扭矩輸出倍數的支撐單元。

為增強適用，支撐機構選用3個構件，形成三角形，增加支撐的穩固性。為適應不同場所的需求，對支撐機構的尺寸可以優化選擇。行星齒輪減速器選用通用的行星齒輪減速器即可，選用的行星齒輪減速器的傳動比例為1：2，傳動比例還可以根據需要具體情況，視能夠輸入的扭矩大小與需要輸出的扭矩大小，而將傳動比例確定（下轉第133頁）（上接第131頁）為1：5，1：10，1：20，1：40等等。

使用時先將套筒7套在螺帽上，此時將支撐桿5撐開，支撐桿5卡在一些螺帽周圍的突出的固定裝置上，使支撐單元不能轉動，以致于與之相連接的行星齒輪減速器6的外殼也不能轉動。當使用者轉動手柄1并帶動扳手延長桿2轉動時，扳手延長桿2也帶動行星齒輪減速器6的輸入端同步轉動，經過行星齒輪減速器6的減速后將更大的扭力傳遞給行星齒輪減速器6的輸出端并帶動套筒7套接的螺帽一起轉動。由于行星齒輪減速器6的變速作用，使得其輸入端的轉速大于輸出端的轉速，因此其輸出端的扭力力矩大于輸入端的扭力力矩，此時在用該裝置松（緊）螺帽時便得到更大的扭矩。

松螺帽時，當螺帽開始松動后，可將支撐桿5和傳動桿4合攏，此時支撐單元的傳動桿4和支撐桿5都緊貼在扳手延長桿2外壁，滑套3的外部設有凸出于滑套3的鎖定槽8，用于卡箍支撐桿5，所以當將傳動桿4和支撐桿5并攏后，支撐桿5的自由端卡固在鎖定槽8內，傳動桿4也同時被收攏，因而傳動桿4和支撐桿5只能與扳手延長桿2同步轉動，由于支撐桿5的一端與行星齒輪減速器6的外殼鏈接，因此此時扳手延長桿2與行星齒輪減速器6的外殼也只能同步轉動，由此扳手延長桿2與套筒7也只能同步轉動。此時行星齒輪減速器6的輸入端與輸出端扭矩相同，手柄1的轉速與套筒7的轉速相同，此時能快速松開螺帽。

4 結語

隨著機械制造技術的發展，行星齒輪小型化、精密化的運用已十分普及，這為新型變力矩套筒式扳手工具的制造創造了條件。本文通過對該工具的構造進行分析，并對運用進行舉例，希望能促進該類手動工具在生產生活中的廣泛運用。

參考文獻：

[1] 饒振綱.行星傳動機構設計.行星齒輪傳動，1980.

作者簡介：高嵩，成都鐵路中學校，高2014級。