周桂洪
摘 要：为了解决恒定阈值的传统扭矩限制器对不同重量的开合模块适应性差的弊端，提出了一种通过调节相对转动摩擦力的大小，从而实现扭力转矩可调节的新型扭矩限制器设计方案。该方案不仅能有效地克服传统扭矩限制器的上述弊端，拓展扭矩限制器在OA产品的应用，缩短了研发设计人员对扭矩限制器进行选型测试时消耗的时间、提高产品中开合功能模块的开发效率，而且因其结构简单、组装便利、性能可靠，也能有效地实现扭矩限制器的低成本化应用。
关键词：限制器;转矩限制器;扭矩限制器;转轴限制器;摩擦力矩限制器
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）03-0170-03
Abstract：In order to solve the problem that the traditional torque limiter with constant threshold value has poor adaptability to different weights of the opening and closing module，this paper proposes a new torque limiter design scheme that can adjust the torque of the relative rotation by adjusting the relative rotational friction force. This solution not only can effectively overcome the above drawbacks of the traditional torque limiter，expands the application of the torque limiter in OA （office automation） products，shortens the time spent by the R&D designer on the selection test of the torque limiter，and improves the product opening. The development efficiency of the functional module，and because of its simple structure，convenient assembly，and reliable performance，can effectively realize the low-cost application of the torque limiter.
Keywords：limiter;torque limiter;torque converter;rotary shaft limiter;friction torque limiter
0 引 言
扭矩限制器即转矩限制器，属于一种机械过载保护装置[1]。扭矩限制器的过载保护原理在于当其所承受的负载低于其预设定的阈值，负载能被有效地支撑，而当其所承受的负载大于其预设定的阈值，能以打滑形式限制传动系统所传动的扭力，进行负载保护[2]。
当前具备开合功能模块的OA（办公自动化）产品，广泛地应用了扭矩限制器，利用扭矩限制器所承受的负载低于其预设定的阈值时，能有效地支撑负载的特性，提升产品开合模块的开合安全性及用户体验效果。即开合模块在扭矩限制器作用下，能被轻便打开及关闭，且在整个开合有效过程中的任意角度均能停住，避免掉落伤人。然而，目前市面上扭矩限制器的设定阈值均为恒定，对不同重量的开合模块的适应性差，导致研发设计人员在产品开发前期需重复耗费大量的时间，为不同重量的开合模块进行扭矩限制器的匹配计算、选型及测试，结果使得研发成本增加及研发周期延长。
为了解决上述问题及避免研发时间、成本的增加，本文提出了一种可变转矩的扭矩限制器设计方案，并详述了其具体的工作原理及技术效果。
1 传统扭矩限制器在OA产品中应用简介及其弊端分析
1.1 传统扭矩限制器应用实例简介
如图1所示，该产品为一款在OA产品开合模块常使用的传统扭矩限制器，其设定阈值为1.0 N的。该款扭矩限制器主要由塑料外壳、扭力弹簧及单向轴承等元器件组成，其具体应用实例如下。
（1）如图2所示，传统扭矩限制器的应用模型。
转轴的一端与OA产品的开合模块（即负载）刚性连接，另一端与扭矩限制器的轴孔配合，而扭矩限制器固定于机架上（即静止参照物）;OA产品的开合模块通过转轴在扭矩限制器的转动，实现开合模块绕机架的相对旋转运动。
（2）如图3所示，OA产品利用了扭矩限制器在外加负载（即Mg，为开合模块的重力矩）少于其设定的阈值时（即Mg<1.0 N），负载能被扭矩限制器有效支撑的特性，实现负载在开合过程中的任意角度均能与机架保持相对静止状态，即实现开合模块在打开过程中的任意角度位置能停住，不会出现模块自动关闭跌落伤人的现象。
（3）如图4所示，OA产品利用了扭矩限制器在外加负载大于其设定的阈值时（即Mf+Mg>1.0 N），负载与扭矩限制器就会以打滑形式相对摩擦旋转的特性，实现开合模块的安全闭合动作。
1.2 传统扭矩限制器弊端分析
从上述传统扭矩限制器在OA产品中的应用简述中可见，虽然传统扭矩限制器能有效地解决开合模块在打开或闭合过程中的存在安全隐患，如瞬间跌落伤人或损坏其他相配合的模块，提升了用户体验效果，但由于其设定的阈值均为恒定值，且通常情况下随着阈值的大小的改变，其外形尺寸也会相应地变大或缩小，从而导致传统扭矩限制器存在对不同重量的开合模块通用性差、空间结构兼容性差的弊端。这些弊端也会导致OA产品在开发过程中需耗费人力物力对其进行选型及测试，极大地提高了研发成本。
2 可变转矩扭矩限制器的设计方案及其技术原理
2.1 可变转矩扭矩限制器的设计方案概述
基于上述传统扭矩限制器的应用原理及缺陷分析，本文提出了一种转矩可调节的扭矩限制器设计方案。该新型扭矩限制器设计方案能实现在同一外型规格情况下，设定的阈值在一定范围内可调节，从而能有效地扩大其对不同重量开合模块的适应性及空间应用的结构兼容性，大大地减少产品研发选型及前期测试验证的工作量，实现人力研发成本的节省。
可变转矩扭矩限制器设计方案产品图如图5所示。
可变转矩扭矩限制器的技术方案结构爆炸图如图6所示。
爆炸图中构成元件及其功能描述如下：
元件1：内六角螺钉，用于调整扭矩限制器的弹片与内圈之间的抱紧程度，达到调整两者之间的摩擦力矩，从而实现阈值设定值的调节，使其能适应不同外力负载场合的应用;
元件2：扭矩限制器外圈，用于连接开合模块，相对于机架而言，为转动元件;
元件3：弹片，与元件2保持一致的运动属性（即元件3为转动元件），可通过元件1调整与元件5间的松紧程度，提供可变的工作摩擦扭力;
元件4：单向轴承，用于联接固定轴（于机架而言相对静止，即静止元件），设定开启方向，实现打开省力，提升用户体验感;
元件5：扭矩限制器内圈，与单向轴承刚性连接，保持一致的运动属性（即于机架而言相对静止），并与弹片摩擦接触，提供工作扭力。
2.2 可变转矩扭矩限制器的技术原理
（1）如图7所示，扭矩限制器内圈的限位特征与单向轴承固位特征连成一个“刚体1”，两者的运动特性是保持一致的。
（2）如图8所示，扭矩限制器外圈凸缘与弹片的凸缘特征相配合，构成“刚体2”，保持一致的运动特性（即，扭矩限制器外圈转动的时候，弹片跟着扭矩限制器外圈一起转动，扭矩限制器外圈静止的时候，弹片与其一起保持静止状态）。
（3）如图9所示，“刚体2”与“刚体1”通过弹片与扭矩限制器内圈之间的摩擦产生相对的旋转运动关联，并可通过内六角螺钉调节弹片与扭矩限制器内圈之间的松紧程度来改变两者之间的摩擦力大小，实现相应摩擦力矩的阈值设定调整，从而适应对不同重量负载的有效支撑。
2.3 可变转矩扭矩限制器的应用模型及实例
（1）图10为新型扭力传感器的应用模型，在该模型中，扭矩限制器的“刚体1”与轴联接，轴被固定于机架上，负载（即OA的开合模块）与“刚体2”刚性联接。
（2）如图11（a），负载沿单向轴承设定的方向打开，只要调整新型扭矩限制器的“刚体1”与“刚体2”之间的摩擦力矩M1-2，使M1-2大于负载力矩Mg，则负载并能在打开过程中的任意角度实现自由停止。
（a）打开过程
（b）闭合过程
（3）如图11（b），负载在外力F作用下，会产生力矩Mf，当（Mf+Mg）>M1-2，则“刚体2”与“刚体1”之间就会产生相关的摩擦旋转，使负载关闭。在此关闭过程中的任意角度，外力F一旦失效，由于Mg
3 可变转矩扭矩限制器的技术效果
可变转矩扭矩限制器相比传统扭矩限制器技术效果明显，主要体现于以下三点：
（1）结构设计方案简单，成本低。
（2）同一尺寸规格的扭矩限制器，能实现扭矩阈值的动态调节，扩大适应范围。
（3）一定程度上解决了产品研发过程中，对不同负载模块需重复选型及测试验证的问题，有利于节省相应的产品研发成本，缩短开发周期。
4 结 论
本文主要对传统扭矩限制器在OA产品中的应用进行了介绍及缺陷分析，并以解决该缺陷为出发点，提出了一种可变转矩扭矩限制器的技术方案及其应用案例。应用该技术方案的新型扭矩限制器不仅能简单有效地解决传统扭矩限制器对不同负载适应性差的缺点，而且具备结构简单、成本低廉等技术效益，将在OA等办公产品的开合模块设计中具有广泛的市场前景。
参考文献：
[1] 任晓力.一种新型扭矩限制器的设计 [J].煤矿机电，2015（3）：28-30.
[2] 金毅.浅谈摩擦限矩离合器的应用 [J].煤，2007（8）：47-48.
