手动齿轮操纵紧固装置转矩放大技术概述

王峰

摘 要 手動齿轮操纵紧固装置在机械、船舶、车辆、医疗等领域都有着广泛的应用。本文基于对该领域涉及转矩放大技术的国内外专利申请的分析，总结出该领域的技术分支和发展脉络，并在此基础上对未来研究热点做了展望，为手动齿轮操纵紧固装置转矩放大领域的技术研究提供了参考。

关键词 紧固装置 齿轮 转矩 放大

中图分类号：TH132文献标识码：A

1概述

手动齿轮操纵转矩放大紧固装置主要包括手动齿轮操纵转矩放大扳手，其又称加力扳手或增力扳手，是用于紧固或拆卸螺栓、螺母等紧固件的专用工具，一般主要由手动操作手柄、力矩倍增器、反力臂、套筒扳头等部分组成。使用此类扳手时，操作人员仅需施加很小的力，即可得到上百倍的转矩输出，从而完成强力紧固件的拆装。相较于电动扳手和液压扳手，手动齿轮操纵转矩放大扳手具有体积小、便于携带、操作方便等优点，因此广泛应用于机械、船舶、车辆、医疗等领域。

2技术发展分析

2.1主要技术分支

手动齿轮操纵转矩放大紧固装置中的转矩放大是借助力矩倍增器实现的，力矩倍增器中设置有齿轮传动机构，其传动比一般小于1，从而达到减速增力的效果，围绕着手动齿轮操纵紧固装置转矩放大技术的改进主要是针对齿轮传动结构的改进，其大致包括：传动结构具体类型的选择、放大级数的设定、不同类型传动机构的组合、传动结构中离合结构的设置以及传动比的调节等几个方面。

2.2技术发展脉络

手动齿轮操纵紧固装置转矩放大技术的发展自20世纪初开始已历经百年，通过对相关领域专利申请的阅读分析，可将其发展脉络简单梳理如下。

1917年，第一支具有转矩放大功能的手动齿轮操纵紧固装置被首次以专利申请的形式提出，其采用单级蜗轮蜗杆传动结构，不仅实现了转矩放大，还利用了蜗轮蜗杆的自锁特性实现了转矩的单向传递;在此基础上，1960年又提出了三级蜗轮蜗杆传动机构，进一步提高了转矩放大倍率。

传统的直齿外齿轮传动机构由于采用外啮合的传动方式，因此对径向空间要求较高，对此，1931年提出了采用齿轮齿圈传动的转矩放大技术，将外啮合改为内啮合，径向尺寸大为减小;行星齿轮传动机构作为在此基础上的一种改进形式，于1949年被首次提出;此后还发展了多级的行星齿轮传动机构;1954年提出了可逆向传动的行星齿轮传动机构，通过逆向传动，实现了转速的放大，可用于扭矩要求较低的场合，提高了工作效率;然而上述过程是通过将输入端与输出端对调实现的，操作并不便捷，对此，1958年提出了能够自动切换传动比的转矩放大技术，提高了操作便利性;此外，具有离合功能的行星齿轮传动机构于1974年被首次用于手动齿轮操纵紧固装置中，用户通过外部按钮，选择是否锁死行星齿轮传动机构，从而在转矩放大和不放大两种模式间切换;1983年，能够在单、双级之间切换的行星齿轮传动机构被用于该领域中，通过拨动开关，用户可以选择单级或双级转矩放大。

离合功能在直齿轮传动机构中同样得到应用，并于1969年被首次提出;此外，为了获得不同的转矩放大倍率，于1990年和1993年分别提出了具有两个输入端的和具有两个输出端的双级直齿轮传动机构，通过传力路线的改变调整传动比。

采用锥齿轮传动机构的转矩放大技术于1972年被提出，1979年发展出双级锥齿轮传动机构，此类传动机构具有灵活调节扭矩输出角度的优点，因此针对操作空间狭小且无法直接传力的场合较为适用。

为了实现转矩的远距离传递，1974年，配合有齿形带的齿轮传动机构应用于该领域中，此类紧固装置特别适用于诸如输电杆塔等需要远程操作的场合。

1973年，谐波齿轮传动机构在该领域的应用被首次提出，谐波齿轮传动系统主要由波发生器、柔性齿轮、刚性齿轮三部分组成，其具有结构简单、零件少、体积小、传动比范围大等特点;相应的具有离合功能的谐波齿轮传动机构于1990年被提出。

近年来还提出了许多新型的传动机构，如型楔减速增力传动机构、活齿减速增力传动机构、齿轮销轴传动机构等，此外，不同类型的传动机构还常常被相互组合以期同时获得不同传动机构的优点。

2.3研究热点展望

虽然围绕手动齿轮操纵紧固装置转矩放大技术的研究已历经百年，但仍有进一步深入的空间。如传动比的控制优化，目前大多数传动比可调的手动齿轮操纵紧固装置都选择通过手动的方式来调节传动比，这类似于手动挡汽车，操作上始终不及自动挡方便，那么是否能够设计出“自动挡”的手动齿轮操纵紧固装置呢？答案是肯定的，也确有研发人员提出过这样的设计理念，但技术尚未成熟，如何令“自动挡”的手动齿轮操纵紧固装置成为一种技术成熟的产品得以推广，值得相关研发人员深入研究。

3结语

本文通过系统的梳理手动齿轮操纵紧固装置转矩放大领域的技术分支和发展脉络，发现围绕手动齿轮操纵紧固装置转矩放大技术的改进是多维的、复合的，虽然该项技术已经经历了长达一个世纪的发展，但仍有值得改进的地方，在今后的研发中，科研工作者不妨从传动比控制优化等方面进行深入研究。

参考文献

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