图$ " #型棘爪受力分析
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棘爪共受"个力： 一是作用线通过棘轮中心 3$ 的径向力， 表示； 二是与扭力作用圆相切的切向力， 用符号-8 表 用符号! 示； 三是与 、 用 -8 两力的合力大小相等方向相反的支反力， ! 这三个力的矢量和等于零， 它们的数值关系是： 符号 -6 表示。
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林孟霞， 等： 1 =型内齿棘轮扳手的设计计算
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基本公式
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棘轮扳手是工具行业的重要产品之一， 但目前在国内外并 没有可查取的计算方法， 各生产厂家都是用实验法或模拟法进 行设计， 工作效率低而不经济。 内齿棘轮扳手的结构有许多种， 主要是因棘爪的形状不同 而异。最常见的有： （ ） 多齿棘爪， 棘爪与榫头之间的承载面为 # 一小圆柱面。此类扳手代称 ! 其棘爪称 ! 0 型扳手， 0 型棘爪； （ ） 多齿棘爪， 棘爪与榫头之间的承载为一平面。此类扳手称 $ “! ” 型扳手， 其棘爪代称 ! " " 型棘爪。以下介绍 ! " 型扳手设 计计算的基本思路。
! " 型内齿棘轮扳手的设计计算
林孟霞#， 路俊秀$， 王树人#
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（ 天津大学 机械工程学院， 天津 & ； 河北电机股份有限公司， 河北 石家庄 ’ ） # % ’ ’ ’ ( $ $ % ) ’ ’ $ #
摘要： 在棘轮扳手的计算机方法中引入了模数的概念， 并且建立了 ! "型内齿棘轮扳手各几何参数与模数之间的数 学关系， 为棘轮扳手的设计计算提供了基本方法。 关键词： 棘轮； 棘爪； 棘轮扳手； 模数 中图分类号： * + # # $ % , 文献标识码： 文章编号： （ ） # ’ ’ # . $ & ) , $ ’ ’ , ’ $ . ’ ’ / ’ . ’ &
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（ ） 内齿棘轮的基本形状和有关符号的几何意义见图$ ； (
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内齿棘轮基本形状
（ ） 内齿棘轮扳手有以下几个专用术语需要加以说明： 1 — — 为了简化受力分析， 假设各棘爪齿 ! 集中力作用点 — 上分散的受力集中到棘爪的某一点上， 该点称为集中力作用 点， 用符号 * 表示。 — —* 点所在的以棘轮中心为圆心的圆称 " 扭力作用圆 — 为扭力作用圆， 其半径用 ’! 表示。 — —* 点指向棘轮中心的 # 集中力作用点的齿面压力角 — 径向力* 与齿面之间的夹角称为集中力作用点的齿面压力角， 4 用符号! * 表示。
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# 典型结构及工作原理
。按图#右侧图所示， 左棘爪 ! "型扳手的典型结构见图# 在右侧柄 上的内齿棘轮相啮合。手柄 顺时针旋转， 带动 $ # # 促使榫头也作顺时针旋转。 棘爪 $ 压向榫头 , 上的承压面 !， 这时， 扳手可对外输出扭矩， 手柄逆时针旋转， 棘轮齿将棘爪齿 从棘轮槽中推出。随着手柄的继续旋转， 棘爪齿在桃形弹簧 & 的拉力作用下进入后侧的棘轮槽。手柄再顺时针旋转， 扳手又 可对外输出扭矩。若转动换向手柄 1 ， 则换向拨销 2 拉动桃形 弹簧， 从而将棘爪拉向左侧与棘轮相啮合。这时与以上相反， 手柄逆时针旋转， 扳手可对外输出扭矩再顺时针旋转， 扳手又 可对外输出扭矩。若转动换向手柄 1 ， 则换向拨销 2 拉动桃形 弹簧， 从而将棘爪拉向左侧与棘轮相啮合。这时与以上相反， 手柄逆时针旋转， 扳手可对外输出扭矩。
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棘爪的受力分析 为便于分析， 将各棘爪齿的受力等效地集中到棘爪各受力
万方数据 齿面的对称中心 （图’ ） 。 图’中 3 *- 与棘爪齿面的交点- 上
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； 修订日期： ! 收稿日期： $ ’ ’ & . ’ & . $ , $ ’ ’ & . ’ 1 . # 2
万方数据 作者简介： 林孟霞 （ ， 女， 天津人， 工程师， 主要研究方向： 机械设计和计算机辅助设计。 # 2 / ( .）
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图! " #型爪与棘轮的啮合关系
。 对于棘轮尺寸和输出扭矩确定的扳手来说 -8 是定数， 降低! 降低 由式 （ ） 可知， 增大# $ , !就可以降低棘齿齿面的正压力。 有"个途径： 一是减小 " 这与 " " 7， 7 越多越好的原则相违背， 7 不能随意减小； 二是增加棘轮齿数 "， 在扳手外形尺寸不超过标 由式 （ ） 可知， 减小 4 准规定时这是可行的； 三是减小角度! $ 0 &。
值可以减小! 于是在强度允许的前提下， 应尽可能的使 ! 值 !。 为最小。 这就是选择榫头承压面中心高的原则。 开始计算时可 取" ， 反之取大数。 待模数计算之后， 如不 # " 少时取小数， ! #" 合适再行调整， 重新计算模数。 $ $ $ 校核换向条件 棘爪能够顺利换向的充分必要条件是： 当棘爪对称中心线 与榫头承压面垂直时， 棘爪两承压面的交线 % （平面图上为点） 到榫头承压面的距离& 应等于或大于图$中的线段 ’ ( 的长度 即： )，
棘轮的齿数"、 棘爪的齿数" 7 和榫头承压面中心高是在计 算前给定的。 它们分别按以下原则选择： （ ） 棘轮齿数的选择。 $ 扳手能够实现的最小摆角就越小， 但在模 棘轮齿数"越多， 数一定的情况下， 扳手的外形尺寸就越大， 所以一般不希望"值 会导致棘爪不能换向， 为便于拉刀的分 太大， 但当 " 值过小时， 度， 以提高棘轮的分度精度， 一般常选择能够除尽 " . & ) 的整数， 如% ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， & % ’ % + " & " % " . ’ & ’ + ’ , + & . & / %等。 （ ） 棘爪齿数的选择。 % 棘爪的齿数" 扳手的承载能力越大。 或者说， 扳手的 7 越多， 输出扭矩一定， 每个爪齿所承受的负荷就越小。 所以 " 7 越多， 但由于棘爪换向空间的限制， 也不能选得太大， 一 " 7 越多越好。 般可选 " ／ ／ " $$ "。 . + 7 %$ （ ） 榫头承压面中心高的选择。 " 榫头承压面中心高是指棘轮中心到榫头承压面 1 （图 ’ ） 的垂直距离， 用符号 4 表示。 根据式 （ ） 可知， 增大 # $ . - 值可以