手動齒輪操縱緊固裝置轉矩放大技術概述

王峰

摘 要 手動齒輪操縱緊固裝置在機械、船舶、車輛、醫療等領域都有著廣泛的應用。本文基于對該領域涉及轉矩放大技術的國內外專利申請的分析，總結出該領域的技術分支和發展脈絡，并在此基礎上對未來研究熱點做了展望，為手動齒輪操縱緊固裝置轉矩放大領域的技術研究提供了參考。

關鍵詞 緊固裝置 齒輪 轉矩 放大

中圖分類號：TH132文獻標識碼：A

1概述

手動齒輪操縱轉矩放大緊固裝置主要包括手動齒輪操縱轉矩放大扳手，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，操作人員僅需施加很小的力，即可得到上百倍的轉矩輸出，從而完成強力緊固件的拆裝。相較于電動扳手和液壓扳手，手動齒輪操縱轉矩放大扳手具有體積小、便于攜帶、操作方便等優點，因此廣泛應用于機械、船舶、車輛、醫療等領域。

2技術發展分析

2.1主要技術分支

手動齒輪操縱轉矩放大緊固裝置中的轉矩放大是借助力矩倍增器實現的，力矩倍增器中設置有齒輪傳動機構，其傳動比一般小于1，從而達到減速增力的效果，圍繞著手動齒輪操縱緊固裝置轉矩放大技術的改進主要是針對齒輪傳動結構的改進，其大致包括：傳動結構具體類型的選擇、放大級數的設定、不同類型傳動機構的組合、傳動結構中離合結構的設置以及傳動比的調節等幾個方面。

2.2技術發展脈絡

手動齒輪操縱緊固裝置轉矩放大技術的發展自20世紀初開始已歷經百年，通過對相關領域專利申請的閱讀分析，可將其發展脈絡簡單梳理如下。

1917年，第一支具有轉矩放大功能的手動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結構，不僅實現了轉矩放大，還利用了蝸輪蝸桿的自鎖特性實現了轉矩的單向傳遞;在此基礎上，1960年又提出了三級蝸輪蝸桿傳動機構，進一步提高了轉矩放大倍率。

傳統的直齒外齒輪傳動機構由于采用外嚙合的傳動方式，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的轉矩放大技術，將外嚙合改為內嚙合，徑向尺寸大為減小;行星齒輪傳動機構作為在此基礎上的一種改進形式，于1949年被首次提出;此后還發展了多級的行星齒輪傳動機構;1954年提出了可逆向傳動的行星齒輪傳動機構，通過逆向傳動，實現了轉速的放大，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實現的，操作并不便捷，對此，1958年提出了能夠自動切換傳動比的轉矩放大技術，提高了操作便利性;此外，具有離合功能的行星齒輪傳動機構于1974年被首次用于手動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機構，從而在轉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機構被用于該領域中，通過撥動開關，用戶可以選擇單級或雙級轉矩放大。

離合功能在直齒輪傳動機構中同樣得到應用，并于1969年被首次提出;此外，為了獲得不同的轉矩放大倍率，于1990年和1993年分別提出了具有兩個輸入端的和具有兩個輸出端的雙級直齒輪傳動機構，通過傳力路線的改變調整傳動比。

采用錐齒輪傳動機構的轉矩放大技術于1972年被提出，1979年發展出雙級錐齒輪傳動機構，此類傳動機構具有靈活調節扭矩輸出角度的優點，因此針對操作空間狹小且無法直接傳力的場合較為適用。

為了實現轉矩的遠距離傳遞，1974年，配合有齒形帶的齒輪傳動機構應用于該領域中，此類緊固裝置特別適用于諸如輸電桿塔等需要遠程操作的場合。

1973年，諧波齒輪傳動機構在該領域的應用被首次提出，諧波齒輪傳動系統主要由波發生器、柔性齒輪、剛性齒輪三部分組成，其具有結構簡單、零件少、體積小、傳動比范圍大等特點;相應的具有離合功能的諧波齒輪傳動機構于1990年被提出。

近年來還提出了許多新型的傳動機構，如型楔減速增力傳動機構、活齒減速增力傳動機構、齒輪銷軸傳動機構等，此外，不同類型的傳動機構還常常被相互組合以期同時獲得不同傳動機構的優點。

2.3研究熱點展望

雖然圍繞手動齒輪操縱緊固裝置轉矩放大技術的研究已歷經百年，但仍有進一步深入的空間。如傳動比的控制優化，目前大多數傳動比可調的手動齒輪操縱緊固裝置都選擇通過手動的方式來調節傳動比，這類似于手動擋汽車，操作上始終不及自動擋方便，那么是否能夠設計出“自動擋”的手動齒輪操縱緊固裝置呢？答案是肯定的，也確有研發人員提出過這樣的設計理念，但技術尚未成熟，如何令“自動擋”的手動齒輪操縱緊固裝置成為一種技術成熟的產品得以推廣，值得相關研發人員深入研究。

3結語

本文通過系統的梳理手動齒輪操縱緊固裝置轉矩放大領域的技術分支和發展脈絡，發現圍繞手動齒輪操縱緊固裝置轉矩放大技術的改進是多維的、復合的，雖然該項技術已經經歷了長達一個世紀的發展，但仍有值得改進的地方，在今后的研發中，科研工作者不妨從傳動比控制優化等方面進行深入研究。

參考文獻

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