摘 要：自動工具在生產、生活等各個行業(yè)中都具有廣泛的需求與應用，文章介紹一種新型自動工具，該裝置綠色無污染，只需要施加較小的力就能實現(xiàn)持續(xù)的大扭力輸出。

關鍵詞：自動工具；力擴大；位移放大

引言

電動工具是一種常見的工具，如論是在生活還是在工作中，具有廣泛的用途，但電動工具都需要外接額外電源，達到驅動效果，這無疑會受到使用場地，環(huán)境等因素的影響。隨著世界能源的緊張，倡導綠色生活，人們也在不斷研究綠色自動工具。文章介紹一種采用力放大和位移放大原理的綠色自動工具。

1 設計思路

要實現(xiàn)自動的扭力輸出，必須實現(xiàn)把使用人所提供的較小、較短時間的瞬時力轉化成持續(xù)的大扭力輸出，而且這種輸出扭力必須是可調的。要實現(xiàn)這一功能就需要用到力放大裝置使人所提供的力擴大到實際生活與生產所需要用到的力。而要實現(xiàn)持續(xù)的力輸出，就必須使人在施加壓力所提供的瞬時位移擴大到較長的位移變量，再把位移變化轉化成扭力的輸出，這樣就能實現(xiàn)持續(xù)的一段時間的扭力輸出。

2 工作原理

通過杠桿的壓力角，圓角的斜切力或者其他方式放大輸出力，再通過氣缸油壓缸或者柔性鉸鏈位移放大機構來實現(xiàn)位移放大，最后通過改變力傳輸?shù)倪\動方式既直線運動轉換為旋轉運動來實現(xiàn)扭力輸出要求。

2.1 力放大機構

工作原理圖如下：其中圖1為鉸鏈杠桿增力機構，兩側1/2 Fi為輸入力，F(xiàn)0為最終的輸出力，增力系數(shù)：i=1/（tanα·tanβ·tanγ）

由于制造精度等原因，壓力角的取值不可能很少，一般最少壓力角為5度，加上摩擦，其壓力角為6度左右，通常實際為10度左右，此時的i=1/tan10°=5.6，按照圖1的3級串聯(lián)機構力增大系數(shù)為175倍左右。按照人手的握緊力1N計算，F(xiàn)0的輸出力為175N。

其中圖2為鉸鏈-斜鍥的二次增力機構，其工作原理是在滑塊上施加一個作用力Fi，滑塊便推動鉸鏈的上端向下移動。使角α減小，產生一次增力效果，鉸鏈一端的滾輪在鉸桿的作用下向兩側移動，滾輪與斜鍥形成二次增力，同時對輸出工件輸出一個向下的作用力，當外力消失時在復位彈簧的作用下完成復位。

實際工程問題中，彈簧作用力極小，在具體計算時可以忽略不計，當不考慮摩擦力時，其增力系數(shù)：i=1+1/（tanα·tanβ），當α，β為10度時計算得i=33。

額定輸出力的確定：只要通過控制圖1中的壓力角或者圖2中的斜鍥角度變更來改變輸入力的變更來實現(xiàn)最終輸出力的變更。

2.2 位移擴大機構

圖3為內循環(huán)油壓缸機構，當F0為輸入力時，推動推動板，油壓缸的頂桿會頂出。當移除輸出力時，閣板會在復位彈簧的作用下復位。

輸出位移比計算：π（1/2D）2·H=π（1/2d）2·h→h=（D/d）2·H，既當D與d之比為10時，位移擴大系數(shù)為100；既當輸入1cm時，最終能輸出1m的實際長度。輸出速度計算：當輸入速度為V0時，頂桿的輸出速度為Vi，基于空間體積一致，所以V0*π（1/2D）2=Vi*π（1/2d）2 計算得出V0：Vi=（d/D）2，既當D與d之比為10時，速度能增加100倍，滿足輸出時的高速輸出要求。

通過位移放大可以實現(xiàn)增加旋轉輸出的持續(xù)時間。

2.3 改變運動方式

通過滾珠螺桿等結構形式，改變此裝置的運動方式，把上下運動，改變?yōu)樾D運動。

此裝置的工作原理：帶螺旋導軌的頂桿上下運動帶動滾珠在導軌做旋轉運動從而帶動套筒做旋轉運動，而且套筒在旋轉過程中還保持上下位置不變。

3 結束語

此裝置節(jié)能環(huán)保，無需額外設備，有效利用場地，提供可調扭力大小，能滿足超大扭力輸出，適用場所廣泛，滿足戶外施工需要。但在施加外力的過程中，由于壓力角會不斷變小，會造成輸入力的逐漸擴大，要實現(xiàn)穩(wěn)定力輸出還需要增加額外的互補機構來實現(xiàn)。還需要不斷的改善。

參考文獻

[1]吳博達，李軍，楊志剛，等.具有柔性鉸鏈的差式微位移放大機構[J].壓電與聲光，1999，2：17-20+24.

[2]曾為，陳培鋒，李超.基于PSD的微小位移測量研究[J].光學與光電技術，2006，2：54-56.

[3]鄭偉智，辛洪兵.微位移放大機構位移損失分析[J].機械設計，2003，8：25-26.

[4]陳海初，王振華，李滿天，等.兩級位移放大微夾持器的研究[J].壓電與聲光，2005，3：300-302.

[5]鄒翔，李國平，沈杰，等.基于APDL的柔性鉸鏈位移放大機構[J].機電工程，2009，2：70-72.

[6]徐志科，鄢珂，金龍.一種正交型壓電位移放大機構的研究[J].壓電與聲光，2009，2：207-209+212.