货运列车中多处都采用螺纹联接,而采用定力矩扳手拧紧螺栓时,由于作业空间狭小,普通定力矩扳手没有足够的回转空间而给使用带来不便,因此设计一款适用于狭小空间的货车用高效定力矩螺栓套筒拧紧装置是十分必要的。本文采用定力矩螺栓套筒和电动扳手相结合,能够对狭小空间处的螺栓施加给定力矩。本文设计出两种不同的机械结构,通过模型实验的方法对两种方案的可行性作出对比,最终选择了方案二,即通过弹簧、圆柱滚子及凹槽结构控制卸载力矩,通过行星轮系增大卸载力矩,并通过调节螺杆调节卸载力矩。针对该方案本文给出了NGW型和NW型两个设计方案,使用MATLAB R2018a软件对两种方案进行结构尺寸优化设计,并对比了优化后的尺寸和参数,采用了NGW型方案。利用ABAQUS2019软件对行星轮架结构进行拓扑优化,使行星轮架体积减小了33.1%。应用ABAQUS2019软件对定力矩螺栓套筒进行了静力学分析,最大等效应力为333.5MPa,发生在行星轮的轮齿上;最大应变为6.97×10^-4,发生在行星轮的轮齿上。显式动力学分析中,卸载过程的最大等效应力为119.0MPa,发生在内齿轮圈凹槽侧棱处,内齿轮圈最大周向位移为12.223mm,最大角速度为251.033rad/s,圆柱滚子最大径向位移大小为3.52mm,最大径向速度大小为2273.84mm/s;空转过程的最大等效应力为196.5MPa,发生在圆柱滚子上,圆柱滚子最大径向位移大小为0.66mm,最大径向速度大小为1099.67mm/s。分析结果表明各零件的等效应力均小于材料的许用应力,证明定力矩螺栓套筒强度可靠,位移、速度和角速度分析也符合各零件的设计要求,表明本文设计的定力矩螺栓套筒能够正常运作。本文提出的设计方案为定力矩螺栓拧紧装置的设计提供了新的思路,采用的设计方法为螺栓及其他紧固件拧紧装置的优化设计提供了一些理论依据。