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1.说明
本文分析并计算说明一种最新扭矩工具（280N·m预制式扳手） 的设计方法，该扳手精度较高、外形美观、结构紧凑、使用方便可靠，制造成本低，在汽车及航空领域有广范应用空间，可大量替代目前市场上应用的各种预制式扳手。
2.执行标准
GB/T15729-2008 手用扭力扳手通用技术条件。
3.性能参数及结构简介
3.1扳手设计参数及精度指标
（1）扳手标准设定值：280N·m；（2）扳手测量精度±3%；（3）重复性精度±3%。
3.2产品原理及优点
该实用新型机械预制扭矩扳手具有以下特征：
（1）外形套筒采扁式钢管结构，其余零件藏于钢管之内，结构紧凑，性能可靠。
（2）采用螺纹结构间接给弹簧加载，并设计过渡加载机构，使微小加载实现可控，并通过设计消除了常规直接给弹簧加载时引起的重复性误差较大现象。
（3）特殊螺纹锁紧设计，方便实用，且加工简单。避免了常规外围螺纹锁紧时外表造成的表面孔、螺纹外露缺陷。
（4）特殊的加载方式设计，当需重新预制扭矩时，直接采用标准内六方拐棍扳手从扳手后部调制，不需打开原有装置。
（5）该机械预制扭矩扳手工作时为双报警模式。
（6）扳手头与扳手采用销结合与面结合双限位方式。
4.主要结构、强度设计
力学数据计算。
①以扳手为静态分析，以头部轴线O-O′转轴，手作用力矩与外力矩平衡，那么就有：
F×444.5/1000=200N·m F=450N
以扳手整体固态分析，外部作用于扳手头部除200N·m力矩外，同时还有F′=450N
②以扳手头和打滑杆为研究对象。
由于连接板属二力平衡，根据平衡条件，这二力大小相等，方向相反，由此可知连接板给打滑杆作用力大小设F0，方向沿连接板轴线，它进行分解为F1和F2。
当手作用于扳手套筒时，套筒有以前端销1′为轴转动趋势。
或以打滑杆分析，前端受外反时针扭矩，后端受连接板力F0作用。
可知前端销作用力打滑杆的力F2′方向向上，所以就有平衡条件：
F1′= F1 F2′+ F′= F2 F2′= F2- F′= F0 cosθ-450
T外+F2′×70×10-3=F2×295/1000
200+（F0 cosθ-450）×70×10-3=F0cos46.47°×295×10-3
F0=1087.34N
打滑杆压弹簧的力F4′=F1=F0sin46.47°=788.1N
③弹簧的工作行程为1.77mm，预计K值范围在50左右，所以
弹簧工作应力应为F= 788.1+1.77×50=876.6N
弹簧的极限应力：Fmin=876.6/0.8=1098.75N
弹簧中径：钢管23，所以计算弹簧钢丝?4.3（参考日本东芝）
弹簧中径D=23-0.3×2（间隙）-4.3=18
④弹簧设计。
[τ]：根据性能及经验取油淬火硅铬弹簧钢丝Ⅱ类
（1）钢丝直径d d=4，K=1.4，C=18/4
d=1.6×876.6×18/4）/760×10-6=4.31mm取4.3mm
校核：d=4.3K=1.37，C=18/4.3
d=1.6×876.6×18/4.3）/760×10-6=4.11mm取4.1mm
校核：d=4.2K=1.38，C=18/4.2
d=1.6×876.6×18/4.2）/760×10-6=4.17mm取4.2mm
d取4.2时，符合③中对间隙的要求.
（2）弹簧中径D：22.7-0.3×2-4.2=17.9，取18
（3）弹簧估算弹性刚度j取50N/mm，那么可计算出λ2
λ2=876.6/50=17.532，取λ2=18mm
（4）匝数n：n=Gλ2d/8F2C3=80×109×18/1000×4.2/1000/（8×876.6×﹙18/4.2﹚3）=10.95取n=11
支撑匝数n2=2匝（端部并紧，磨平，支撑圈数两端为1圈）
总匝数：n1=n+n2=11+2=13匝
（5）弹簧自由高度H0：
间隙δ=18/11+0.1×4.2=2.056mm节距P=δ+d=2.056+4.2=6.256mm
总高H0=nδ+（n1-0.5）d=11×2.056+（13-0.5）×4.2=75mm
依经验公式：H0=nP+1.5d=11×6.256+1.5×4.2=75
（6）弹簧刚度j：
j=876.6/18=48.7N/mm，取 j=49
（7）螺旋角α：
α=arttanP/πD2= arttan 6.256/（3.14×18）=6.32°
（8）弹簧极限载荷：
实际Flim=48.7×11×2.056=1101.4N
允许Flim=1.38×3.14×（4.2×10-3）2/（8×18/4.2）×τlim（1.25[τ]）
=2117.9>1101.4
（9）稳定性。
b=H0/D2=75/18=4.167<5.3 ，套筒对弹簧外有一定导向稳定作用。
本文分析并计算说明一种最新扭矩工具（280N·m预制式扳手） 的设计方法，该扳手精度较高、外形美观、结构紧凑、使用方便可靠，制造成本低，在汽车及航空领域有广范应用空间，可大量替代目前市场上应用的各种预制式扳手。
2.执行标准
GB/T15729-2008 手用扭力扳手通用技术条件。
3.性能参数及结构简介
3.1扳手设计参数及精度指标
（1）扳手标准设定值：280N·m；（2）扳手测量精度±3%；（3）重复性精度±3%。
3.2产品原理及优点
该实用新型机械预制扭矩扳手具有以下特征：
（1）外形套筒采扁式钢管结构，其余零件藏于钢管之内，结构紧凑，性能可靠。
（2）采用螺纹结构间接给弹簧加载，并设计过渡加载机构，使微小加载实现可控，并通过设计消除了常规直接给弹簧加载时引起的重复性误差较大现象。
（3）特殊螺纹锁紧设计，方便实用，且加工简单。避免了常规外围螺纹锁紧时外表造成的表面孔、螺纹外露缺陷。
（4）特殊的加载方式设计，当需重新预制扭矩时，直接采用标准内六方拐棍扳手从扳手后部调制，不需打开原有装置。
（5）该机械预制扭矩扳手工作时为双报警模式。
（6）扳手头与扳手采用销结合与面结合双限位方式。
4.主要结构、强度设计
力学数据计算。
①以扳手为静态分析，以头部轴线O-O′转轴，手作用力矩与外力矩平衡，那么就有：
F×444.5/1000=200N·m F=450N
以扳手整体固态分析，外部作用于扳手头部除200N·m力矩外，同时还有F′=450N
②以扳手头和打滑杆为研究对象。
由于连接板属二力平衡，根据平衡条件，这二力大小相等，方向相反，由此可知连接板给打滑杆作用力大小设F0，方向沿连接板轴线，它进行分解为F1和F2。
当手作用于扳手套筒时，套筒有以前端销1′为轴转动趋势。
或以打滑杆分析，前端受外反时针扭矩，后端受连接板力F0作用。
可知前端销作用力打滑杆的力F2′方向向上，所以就有平衡条件：
F1′= F1 F2′+ F′= F2 F2′= F2- F′= F0 cosθ-450
T外+F2′×70×10-3=F2×295/1000
200+（F0 cosθ-450）×70×10-3=F0cos46.47°×295×10-3
F0=1087.34N
打滑杆压弹簧的力F4′=F1=F0sin46.47°=788.1N
③弹簧的工作行程为1.77mm，预计K值范围在50左右，所以
弹簧工作应力应为F= 788.1+1.77×50=876.6N
弹簧的极限应力：Fmin=876.6/0.8=1098.75N
弹簧中径：钢管23，所以计算弹簧钢丝?4.3（参考日本东芝）
弹簧中径D=23-0.3×2（间隙）-4.3=18
④弹簧设计。
[τ]：根据性能及经验取油淬火硅铬弹簧钢丝Ⅱ类
（1）钢丝直径d d=4，K=1.4，C=18/4
d=1.6×876.6×18/4）/760×10-6=4.31mm取4.3mm
校核：d=4.3K=1.37，C=18/4.3
d=1.6×876.6×18/4.3）/760×10-6=4.11mm取4.1mm
校核：d=4.2K=1.38，C=18/4.2
d=1.6×876.6×18/4.2）/760×10-6=4.17mm取4.2mm
d取4.2时，符合③中对间隙的要求.
（2）弹簧中径D：22.7-0.3×2-4.2=17.9，取18
（3）弹簧估算弹性刚度j取50N/mm，那么可计算出λ2
λ2=876.6/50=17.532，取λ2=18mm
（4）匝数n：n=Gλ2d/8F2C3=80×109×18/1000×4.2/1000/（8×876.6×﹙18/4.2﹚3）=10.95取n=11
支撑匝数n2=2匝（端部并紧，磨平，支撑圈数两端为1圈）
总匝数：n1=n+n2=11+2=13匝
（5）弹簧自由高度H0：
间隙δ=18/11+0.1×4.2=2.056mm节距P=δ+d=2.056+4.2=6.256mm
总高H0=nδ+（n1-0.5）d=11×2.056+（13-0.5）×4.2=75mm
依经验公式：H0=nP+1.5d=11×6.256+1.5×4.2=75
（6）弹簧刚度j：
j=876.6/18=48.7N/mm，取 j=49
（7）螺旋角α：
α=arttanP/πD2= arttan 6.256/（3.14×18）=6.32°
（8）弹簧极限载荷：
实际Flim=48.7×11×2.056=1101.4N
允许Flim=1.38×3.14×（4.2×10-3）2/（8×18/4.2）×τlim（1.25[τ]）
=2117.9>1101.4
（9）稳定性。
b=H0/D2=75/18=4.167<5.3 ，套筒对弹簧外有一定导向稳定作用。