螺栓连接是一种普遍可靠的连接方式。其屮高强度螺栓链接广泛使用在大型钢结构建筑中。
由于高强度螺栓的材料和热处理是严格控制和检查的，因此螺栓定力矩切门处的扭剪断裂力矩能够控制在一个比较准确的范围，从而能保证螺栓连接的可靠性。当拧紧力矩过大吋，不能保证螺栓的强度；当拧紧力矩过小吋，又不能保证连接的可靠性。因此这种螺栓连接，在施工屮要求用规定的拧紧力矩锁紧螺母，以保证链接的可靠性。另外，高强度螺栓往往成批使用，并且工作的环境也比较坚苦，如果是用普通扳手进行定力矩拧紧，工人拧紧螺母的过程中会有很多不便，工作效率也会很低。综合以上三点原因，在拧紧高强度螺栓时，我们采用电动扳手代替手从扳手进行拧紧。 电动扳手以220V交流电源为动力进行工作，可以保证每个螺栓的拧紧力都在规定的范围内，同时，采用电动扳手代替手动扳手可以人大提高螺栓拧紧的速度，提高工人的工作效率，改善工人的劳动强度。
在长期的使用中，电动扳手充分发挥了它的设计有点一一体积小、重量轻、操作方便快捷、安全可靠，从而使电动扳手成为施工现场不可缺少、不可替代的专用工具。从总体上看，电动扳手基本上可在设计寿命范围正常工作，无需大修，施工现场也未发生任何由于漏电等原因引起的安全事故，从而得到使用单位的好评。
个别的电动扳手，在使用屮曾发生柔轮筒体底部断裂失效的现象，这一事实验证了柔轮光弹性试验得到的结论一一柔轮工作时的切应力及壳壁内的正应力的最大值均发生在柔轮的根部（并有应力集屮的影响）
，根部是最危险的截面。因此，改善柔轮根部的结构和加工品质是提高强度和使用寿命的关键措施。
多年的生产实践表明，自行研制的电动扳手成功替代了进口产品，为国家节省了大量外汇，也为生产研制单位带來了可观的经济效益。
由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文屮的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。
硅基动态第1章设计任务分析
1.1设计任务
题0：电动扳手设计
参数：(1)电源电压：220V；
(2)输出最大力矩：lOlON.m；
(3)一机多用：能适用于M16、M20、M22.和M24四种螺栓;
(4)每一工作循环时间:3〜5s;
(5)电动扳手体积小，重量轻，操作简便，工作吋靠。
具体要求：(1)通过阅读参考资料，现场调研，了解现有电动扳手的机构、组成及工作情况；了解电动扳手的工作原理并撰写开题报告；
(2)方案设计，根据查阅的资料提出若干解决问题的方案并加以讨论；
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(3)进行电动扳手的总体设计，根据指导老师的要求做必要的计算;
(4)完成电动扳手的总装配图及典型零件图(共四张零号图纸)；
(5)完成文献资料分析报告(含1一一2篇外文翻译)；
(6)撰写设计说明书一份。
1.2设计意义
在大型钢结构建筑屮，广泛使用高强度螺栓链接。这种螺栓连接，在施工中要求用规定的拧紧力矩锁紧螺母，以保证链接的可靠性。
its测试由于高强度螺栓的材料和热处理是严格控制和检查的，因此螺栓定力矩切门处的扭剪断裂力矩能够控制在一个比较准确的范围，从而能保证螺栓连接的可靠性。当拧紧力矩过大时，不能保证螺栓的强度；
气泡包装膜当拧紧力矩过小时，又不能保证连接的可靠性。因此这种螺栓连接，在施工中要求用规定的拧紧力矩锁紧螺母，以保证链接的可靠性。另外，高强度螺栓往往成批使用，并且工作的环境也比较坚苦，如果是用普通扳手进行定力矩拧紧，工人拧紧螺母的过程屮会有很多不便，工作效率也会很低。综合以上三点原因，在拧紧高强度螺栓时, 我们采用电动扳手代替手从扳手进行拧紧。
电动扳手以220V交流电源为动力进行工作，可以保证每个螺栓的拧紧力都在规定的范围内，同吋，采用电动扳手代替手动扳手可以人大提高螺栓拧紧的速度，提高工人的工作效率，改善工人的劳动强度。
第2章方案设计
2.1基本结构的分析与选择
电动扳手与机床、汽车等大型机器比较起来虽然比较小巧简单，但也是一种完整的机器，它应该由动力机、传动机构和工作机构组成。 根据前述设计任务要求，动力机应选用电源为220V的交流电机。
由于电动扳手为人工操作，因此电动机应该体积小、重量轻、绝缘好，以
便于操作，并保证人身安全。大功率高转速防护式串激电机能基本满足这个要求。这种电机在制造中采用滴浸泡转子，电焊整流子等新工艺，外壳采用热同性工程塑料，电枢为接
轴，从而形成双重绝缘结构，使用电安全有保证。
由于电动扳手工作时，需要内外套筒反转，因此要选择一组行星轮系。
渐开线行星齿轮传动按齿轮啮合方式可分为NGW、NW、ZUWGW、NN、WW、NGWN 和N等类型。其中丽、NN、NGWN这三种类型的传动比可达到很大，但是传动效率也会随着传动比的增加而下降，而ZUWGW型行星齿轮传动主耍用于差动装置，因此在电动扳手的设计中除去这四种类型而对其他三种类型进行比较。
动轴轮系的运动简阁如下：
1)NGW 2) NW 3)N
图1 NGW、NW和N型行星轮系简图
水位显示器其中NGW型行星齿轮传动的传动比范围在1. 13^13.7之间，效率可以达到0.97~0.99，它的特点是效
率高，体积小，重量轻，结构简单，制作方便，传动功率范围大，轴向尺寸小，可用于各种工作条件，但单级传动比范围较小。
NW型行星齿轮传动的传动比范围可达到广50，效率也可以达到0. 97~0. 99,
特点是效率高径內尺寸比NGW型小，传动比范围比NGW型大，可用于各种工作条件。但双联行星齿轮制造、安装都很复杂，故|&|^7时不宜采用。
N型行星齿轮传动的传动比范围可达到广100，效率可达到0.8~0.94，特点是传动比范围较大，结构紧凑，体积及重量小，但效率比NGW型低，II内啮合变位后径向力较大，使轴承径向载荷加大，适用于小功率或短期工作的情况。
综合上述分析，在电动扳手的设计屮选择了NGW型行星齿轮传动。
由于所选电机转速特别高，而输出转速还很小，传动比很大，而NGW型行星齿轮传动的传动比不会超过10，因此要选择一•种大降速比的传动方式。
经调查，可以实现大传动比的传动方式有蜗轮蜗杆传动和谐波齿轮。
蜗轮蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的传动副。传动比大，结构紧凑；传动平稳，振动和噪声小；传动效率低，引起发热和温升较高。蜗杆传动用于动力传动时，降速比i可
达到5~80，传力很小，主要用于传递运动时，i可取到500 或更大。并II它用于传递量空间交错轴之间的运动和动力。所以在电动扳手设计中不考虑这种传动方式。
谐波齿轮传动传动比大而丑范围宽；同时参与啮合的齿数多，承载能力大, 体积小，重量轻；传动效率较高，单级效率为65%~90%；传动精度高；冋差小, 易于实现零冋差传动；传动平稳，噪音低。谐波齿轮传动符合电动扳手的设计要求，因此在电动扳手设计屮选用谐波齿轮传动。
综合上述分析，本设计选用谐波齿轮配合NGW型行星轮系传动系统，又由于电机轴不能直接联接谐波齿轮，所以在谐波齿轮传动之前，使用一组定轴轮系。
a) b) c)
图2扳手工作原理示意图1-夹紧头2-定力矩切口3-螺栓部分4-螺母5-垫片6-被紧固体7-内
套筒8-外套筒9-顶杆
电动扳手的工作机构为拧紧螺母的外套筒8和拧断螺栓（在定力矩切门处）的内套筒7，如图2所示。工作吋这两个套筒的力矩相等，方向相反。如果利用这个特点，将传动机构设计成封闭系统，两个相反的力矩就可以在电动扳手内部平衡，操作者不受外力的作用，从而使操作变得轻便、简单。
由于动力机采用了高转速、小转矩的电动机，因此动力机与工作机构（套简）之间就需要采用大传动比传动机构。行星齿轮传动（NGW型单机传动比i=3~12）、渐幵线少齿差齿轮传动（单机传动比i=l（TlOO）、摆线少齿差齿轮传动（单级传动比i=ir87）和活齿少齿差齿轮传动（单级传动比i =20^80）等如果用电动扳手，均需多级串联使用，其结构复杂，力线较长，会引起系统刚度下降、运动链累计误差较大，这是不利的。因此，少齿差齿轮传动，其行星轮的轴线做圆周运动，他们都需要一个运动输出机构，因此结构复杂，这也是不足之处。
谐波齿轮传动通过柔轮的弹性变形，利用了内啮合少齿差传动可获得人速比的原理，将行星轮系的运动输出机构简化为低速构件具有固定的转动轴线，不需要等角速比机构，运动直接输出。因此谐波传动具冇速比大，机构件数量少，体积小重量轻，运转平衡，效
率高，无冲击等优点。电动扳手断续、短时的工作特点恰好克服了柔轮由于变形而易产生疲劳断裂的不足。谐波齿轮传动机构作为动力传递时其输出转矩的大小受柔轮尺寸的限制，故不宜将其设计为电动扳手的最终输出。
综合上述的分析，采用谐波齿轮传动与行星轮系传动串联的设计是一种比较全面地、最大限度地满足电动扳手工艺要求的最佳选择。
2.2总体方案的拟定
从上述分析來看，电动扳手的设计要点集屮在电动机的选择和传动形式的确定。在满足输出力矩（lOlON.m）要求的前提下，尽量使整机体积小，重量轻，运转平稳，安全可靠。据此，初步确定电动扳手机构方案简图如图3所示。电动扳手整机由电动机1、定轴齿轮传动2、谐波齿轮传动3、NGW行星齿轮传动4、
外套简5和内套简6组成。外套筒5用来把住螺母4，内套筒用来把住高强度螺栓尾部的梅花头，如图2所示。图1中的Z,、Z2、Z3是定轴齿轮传动的齿数；Z C^UZ R是谐波传动刚轮和柔轮的齿数；/是谐波发生器；a、g、b和H是NGW
行星齿轮传动的太阳轮、行星轮、内齿轮和转臂。这是一种行星轮系与谐波轮系双差动串联机构方案，其原理可作如下分析：
谐波齿轮传动轮系的自由度F可用下式计算：
/=3X（/?-1）-2/?£-p H
图3电动扳手机构方案简图1-电动机2-定轴齿轮传动3-谐波齿轮传动4-NGW行星齿轮传动
5-外套筒6-内套筒
式中n——平而机构的构件数：
衣架钩p L——机构中的低副数；
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