王峰

摘 要 手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置在機(jī)械、船舶、車輛、醫(yī)療等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文基于對該領(lǐng)域涉及轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)的國內(nèi)外專利申請的分析，總結(jié)出該領(lǐng)域的技術(shù)分支和發(fā)展脈絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上對未來研究熱點(diǎn)做了展望，為手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置轉(zhuǎn)矩放大領(lǐng)域的技術(shù)研究提供了參考。

關(guān)鍵詞 緊固裝置 齒輪 轉(zhuǎn)矩 放大

中圖分類號：TH132文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1概述

手動(dòng)齒輪操縱轉(zhuǎn)矩放大緊固裝置主要包括手動(dòng)齒輪操縱轉(zhuǎn)矩放大扳手，其又稱加力扳手或增力扳手，是用于緊固或拆卸螺栓、螺母等緊固件的專用工具，一般主要由手動(dòng)操作手柄、力矩倍增器、反力臂、套筒扳頭等部分組成。使用此類扳手時(shí)，操作人員僅需施加很小的力，即可得到上百倍的轉(zhuǎn)矩輸出，從而完成強(qiáng)力緊固件的拆裝。相較于電動(dòng)扳手和液壓扳手，手動(dòng)齒輪操縱轉(zhuǎn)矩放大扳手具有體積小、便于攜帶、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械、船舶、車輛、醫(yī)療等領(lǐng)域。

2技術(shù)發(fā)展分析

2.1主要技術(shù)分支

手動(dòng)齒輪操縱轉(zhuǎn)矩放大緊固裝置中的轉(zhuǎn)矩放大是借助力矩倍增器實(shí)現(xiàn)的，力矩倍增器中設(shè)置有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)比一般小于1，從而達(dá)到減速增力的效果，圍繞著手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)的改進(jìn)主要是針對齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，其大致包括：傳動(dòng)結(jié)構(gòu)具體類型的選擇、放大級數(shù)的設(shè)定、不同類型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的組合、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中離合結(jié)構(gòu)的設(shè)置以及傳動(dòng)比的調(diào)節(jié)等幾個(gè)方面。

2.2技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)的發(fā)展自20世紀(jì)初開始已歷經(jīng)百年，通過對相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠暾埖拈喿x分析，可將其發(fā)展脈絡(luò)簡單梳理如下。

1917年，第一支具有轉(zhuǎn)矩放大功能的手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置被首次以專利申請的形式提出，其采用單級蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，不僅實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩放大，還利用了蝸輪蝸桿的自鎖特性實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的單向傳遞;在此基礎(chǔ)上，1960年又提出了三級蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)矩放大倍率。

傳統(tǒng)的直齒外齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于采用外嚙合的傳動(dòng)方式，因此對徑向空間要求較高，對此，1931年提出了采用齒輪齒圈傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)，將外嚙合改為內(nèi)嚙合，徑向尺寸大為減小;行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為在此基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)形式，于1949年被首次提出;此后還發(fā)展了多級的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);1954年提出了可逆向傳動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過逆向傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的放大，可用于扭矩要求較低的場合，提高了工作效率;然而上述過程是通過將輸入端與輸出端對調(diào)實(shí)現(xiàn)的，操作并不便捷，對此，1958年提出了能夠自動(dòng)切換傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)，提高了操作便利性;此外，具有離合功能的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)于1974年被首次用于手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置中，用戶通過外部按鈕，選擇是否鎖死行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而在轉(zhuǎn)矩放大和不放大兩種模式間切換;1983年，能夠在單、雙級之間切換的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)被用于該領(lǐng)域中，通過撥動(dòng)開關(guān)，用戶可以選擇單級或雙級轉(zhuǎn)矩放大。

離合功能在直齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中同樣得到應(yīng)用，并于1969年被首次提出;此外，為了獲得不同的轉(zhuǎn)矩放大倍率，于1990年和1993年分別提出了具有兩個(gè)輸入端的和具有兩個(gè)輸出端的雙級直齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過傳力路線的改變調(diào)整傳動(dòng)比。

采用錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)于1972年被提出，1979年發(fā)展出雙級錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，此類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有靈活調(diào)節(jié)扭矩輸出角度的優(yōu)點(diǎn)，因此針對操作空間狹小且無法直接傳力的場合較為適用。

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的遠(yuǎn)距離傳遞，1974年，配合有齒形帶的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于該領(lǐng)域中，此類緊固裝置特別適用于諸如輸電桿塔等需要遠(yuǎn)程操作的場合。

1973年，諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的應(yīng)用被首次提出，諧波齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)主要由波發(fā)生器、柔性齒輪、剛性齒輪三部分組成，其具有結(jié)構(gòu)簡單、零件少、體積小、傳動(dòng)比范圍大等特點(diǎn);相應(yīng)的具有離合功能的諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)于1990年被提出。

近年來還提出了許多新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如型楔減速增力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、活齒減速增力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪銷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，此外，不同類型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還常常被相互組合以期同時(shí)獲得不同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

2.3研究熱點(diǎn)展望

雖然圍繞手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)的研究已歷經(jīng)百年，但仍有進(jìn)一步深入的空間。如傳動(dòng)比的控制優(yōu)化，目前大多數(shù)傳動(dòng)比可調(diào)的手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置都選擇通過手動(dòng)的方式來調(diào)節(jié)傳動(dòng)比，這類似于手動(dòng)擋汽車，操作上始終不及自動(dòng)擋方便，那么是否能夠設(shè)計(jì)出“自動(dòng)擋”的手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置呢？答案是肯定的，也確有研發(fā)人員提出過這樣的設(shè)計(jì)理念，但技術(shù)尚未成熟，如何令“自動(dòng)擋”的手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置成為一種技術(shù)成熟的產(chǎn)品得以推廣，值得相關(guān)研發(fā)人員深入研究。

3結(jié)語

本文通過系統(tǒng)的梳理手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置轉(zhuǎn)矩放大領(lǐng)域的技術(shù)分支和發(fā)展脈絡(luò)，發(fā)現(xiàn)圍繞手動(dòng)齒輪操縱緊固裝置轉(zhuǎn)矩放大技術(shù)的改進(jìn)是多維的、復(fù)合的，雖然該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了長達(dá)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，但仍有值得改進(jìn)的地方，在今后的研發(fā)中，科研工作者不妨從傳動(dòng)比控制優(yōu)化等方面進(jìn)行深入研究。

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