極小空間用螺紋扳手創(chuàng)新設(shè)計(jì)*

沈辰霏，李永生，王小剛

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

建筑施工設(shè)備具有穩(wěn)定性和流動(dòng)性相交替的特點(diǎn)，在建筑施工項(xiàng)目過(guò)程中，特定的設(shè)備在項(xiàng)目實(shí)施期間必須保持良好的連接性能、保證穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)項(xiàng)目施工結(jié)束后，建筑施工設(shè)備將會(huì)隨著項(xiàng)目的轉(zhuǎn)移而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的拆卸、打包，到新的工作場(chǎng)景之后再進(jìn)行組裝、調(diào)試、運(yùn)行。因此，在建筑施工設(shè)備中大量存在可拆卸的連接方式，其中最為主要的方式為螺紋連接，能夠較好地運(yùn)用三角螺紋的自鎖性能，滿足在固定施工期間的穩(wěn)定性要求，根據(jù)可拆卸的基本特征，滿足在建筑施工設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)過(guò)程中的交替性需求，因此螺紋連接在建筑施工設(shè)備中大量存在和使用。

現(xiàn)有建筑施工設(shè)備螺紋連接的主要操作方式有電動(dòng)扳手、氣動(dòng)扳手和手動(dòng)扳手。在扳手的使用過(guò)程中，可以通過(guò)手動(dòng)的方式靈活地快速調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)電動(dòng)和氣動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)。二者在完成預(yù)緊之后，都需要將扳手取出，以便設(shè)備良好地工作。

1 現(xiàn)有工具存在的問(wèn)題

現(xiàn)有扳手對(duì)于螺紋連接的配合對(duì)象有特殊的要求，比如普通的手動(dòng)扳手或者外六方扳手對(duì)于螺紋的連接操作，一般僅適用于六角螺帽，而對(duì)于特殊的四邊形螺帽甚至三角形螺帽，則無(wú)法形成有效的配合。

現(xiàn)有扳手功能比較固定，對(duì)于外六方和內(nèi)六方一般都有對(duì)應(yīng)的扳手，兩者不具有通用性，特別是手動(dòng)扳手在換向過(guò)程中需要調(diào)節(jié)其支撐點(diǎn)以保護(hù)扳手的工作性能，從而增加了工作負(fù)擔(dān)。

現(xiàn)有扳手對(duì)于操作空間要求較高，氣動(dòng)扳手、電動(dòng)扳手的外在形狀較大，不利于在有限的操作空間內(nèi)進(jìn)行大范圍的操作，特別是對(duì)于建筑施工設(shè)備的極小空間 （或稱為狹小空間、極限空間）無(wú)法進(jìn)行有效的連接，從而難以實(shí)現(xiàn)有效的工作； 手動(dòng)扳手需要有較大的手動(dòng)操作空間以利于進(jìn)行有效的操作，對(duì)于建筑施工設(shè)備的局部操作空間難以形成有效的工作面。

現(xiàn)有扳手不具有自鎖性能，當(dāng)擰緊之后現(xiàn)有扳手必須與旋轉(zhuǎn)對(duì)象脫離，無(wú)法形成有效的止動(dòng)效果，僅靠三角螺紋的自鎖性能達(dá)到連接的目的。在建筑設(shè)備沖擊載荷的作用下，對(duì)于螺紋的防松動(dòng)提出了更高的要求，尤其是在震動(dòng)、顛簸等運(yùn)行狀態(tài)下，需要增加螺紋的自鎖性能。

2 極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路

針對(duì)以上建筑施工設(shè)備的使用工況以及現(xiàn)有設(shè)備的主要特征而進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用的創(chuàng)新思路是“針對(duì)不足，整合特征，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，綜合性能”。針對(duì)現(xiàn)有扳手進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)每一類扳手都有其個(gè)性化的特征，有優(yōu)點(diǎn)也有不足。當(dāng)手動(dòng)扳手演化到氣動(dòng)扳手或者電動(dòng)扳手的時(shí)候減少了人力的操作，但是對(duì)于氣動(dòng)扳手的氣源有一定的需求，對(duì)于電動(dòng)扳手的電池動(dòng)力有較高的要求，當(dāng)氣壓不足或者電池電量不足的時(shí)候，難以維持較持久的工作狀態(tài)，因此結(jié)合人力的持續(xù)性與氣動(dòng)扳手和電動(dòng)扳手的狹小結(jié)構(gòu)而開展特征的整合。

外六旁扳手和內(nèi)兩旁扳手，二者具有適用范圍廣的特征，在結(jié)構(gòu)上有其公共的相近的操作部分，在連接處有其個(gè)性化的特征，結(jié)合其公共的結(jié)構(gòu)部分，綜合分析其使用范圍的性能特征，進(jìn)行兩者之間的創(chuàng)新融合，從而提高設(shè)備的適用范圍，減少重復(fù)的制作。

3 極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)創(chuàng)新思路，結(jié)合現(xiàn)有的工具特征，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出具有良好自鎖性能、能夠?qū)崿F(xiàn)快速換向、綜合多種功能的便攜性扳手，極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。適用于狹窄空間的自鎖式扳手，包括蝸桿軸、蝸輪套筒和殼體，蝸桿軸周向表面設(shè)置有螺紋，蝸輪套筒設(shè)置在蝸桿軸的旁側(cè)，且蝸輪套筒周向設(shè)置有與所述螺紋相配合使用的齒紋，蝸輪套筒旋轉(zhuǎn)設(shè)置在所述殼體內(nèi)，蝸桿軸貫穿殼體設(shè)置，且蝸桿軸的一端設(shè)置有六角扳手，蝸桿軸的另一端設(shè)置有手柄。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，能有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的安裝不便以及安裝不順手導(dǎo)致的連接松動(dòng)不緊密的問(wèn)題。

圖1 極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)施方式

具體實(shí)施包括蝸桿軸、蝸輪套筒和殼體，蝸桿軸周向表面設(shè)置有螺紋，蝸輪套筒設(shè)置在蝸桿軸的旁側(cè)，且蝸輪套筒周向設(shè)置有與螺紋相配合使用的齒紋，蝸輪套筒旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)，蝸桿軸貫穿殼體設(shè)置，且蝸桿軸的一端設(shè)置有六角扳手，蝸桿軸的另一端設(shè)置有手柄。本創(chuàng)新設(shè)計(jì)運(yùn)用蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有單向傳遞的原理，達(dá)到自鎖的目的，可以有效防止驅(qū)動(dòng)過(guò)程中由于負(fù)載急變而松動(dòng)的現(xiàn)象。

殼體上設(shè)置有供蝸桿軸穿過(guò)的通孔，蝸桿軸可旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)。本實(shí)施例中殼體為長(zhǎng)方體形，一方面為適用蝸桿軸和蝸輪套筒的形狀； 另一方面，由于多數(shù)箱體都呈方形，因此長(zhǎng)方體形的殼體便于判斷作用位置是否垂直，避免螺母或螺栓錯(cuò)位的現(xiàn)象發(fā)生。

手柄與蝸桿軸相接的一端為內(nèi)六角扳手，蝸桿軸與手柄相接的一端設(shè)置有對(duì)定孔，手柄通過(guò)內(nèi)六角扳手以及對(duì)定孔與蝸桿軸相接，這里采用六方連接的方式，便于拆裝和攜帶，并且能夠保證結(jié)合的穩(wěn)定性，保證操作穩(wěn)定進(jìn)行。

手柄呈 “Z” 形，可改變施力方向，并且手柄的握端為搖把，將本該在箱體內(nèi)作用的力移到箱體外側(cè)，保證操作空間，提高操作效率。

4 極小空間用螺紋扳手的基本工作過(guò)程

狹窄空間的自鎖式扳手包括蝸桿軸、蝸輪套筒和殼體，蝸桿軸周向表面設(shè)置有螺紋，蝸輪套筒設(shè)置在蝸桿軸的旁側(cè)、且蝸輪套筒周向設(shè)置有與螺紋相配合使用的齒紋，蝸輪套筒旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)，蝸桿軸貫穿殼體設(shè)置，且蝸桿軸的一端設(shè)置有六角扳手，蝸桿軸的另一端設(shè)置有手柄。

殼體上設(shè)置有供蝸桿軸穿過(guò)的通孔，蝸桿軸可旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)。手柄與蝸桿軸相接的一端為內(nèi)六角扳手，蝸桿軸與手柄相接的一端設(shè)置有對(duì)定孔，手柄通過(guò)內(nèi)六角扳手及對(duì)定孔與蝸桿軸相接。

手柄呈 “Z” 形，將蝸桿軸和蝸輪套筒結(jié)合在一起，并且利用蝸桿軸的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)螺母或螺栓部的旋緊和旋松，并且在蝸桿軸的一端設(shè)置手柄，通過(guò)內(nèi)六角扳手和對(duì)定孔形成的六方連接方式，便于快速拆裝和攜帶，通過(guò)對(duì)手柄的旋轉(zhuǎn)，從而改變施力方向和施力方法。本創(chuàng)新設(shè)計(jì)適用于狹窄空間的自鎖式扳手，運(yùn)用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，具有單向傳遞的性能，能起到自鎖的作用，且還可以防止驅(qū)動(dòng)過(guò)程中負(fù)載急變而松動(dòng)。

5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)特征

5.1 自鎖性

運(yùn)用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，具有單向傳遞的性能，起到自鎖的作用，防止驅(qū)動(dòng)過(guò)程中負(fù)載急變而松動(dòng)。特別是通過(guò)大的傳動(dòng)比，能夠起到較強(qiáng)的增力作用，從而能夠在運(yùn)行過(guò)程中達(dá)到平穩(wěn)連續(xù)的運(yùn)行。在建筑施工設(shè)備機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中，可以將本裝置與連接對(duì)象一同輻射在轉(zhuǎn)運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)，從而起到良好的保護(hù)作用，防止螺紋出現(xiàn)松動(dòng)情況，特別是防止在建筑施工設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)多種裝卸場(chǎng)合出現(xiàn)松動(dòng)情況，從而起到在運(yùn)輸過(guò)程中防止松動(dòng)的作用。

5.2 換向性

通過(guò)手柄的回轉(zhuǎn)方向變換，改變蝸桿軸轉(zhuǎn)向，從而驅(qū)使蝸輪套筒的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。電動(dòng)扳手和氣動(dòng)扳手通過(guò)馬達(dá)的選項(xiàng)改變其扭轉(zhuǎn)方向，而手動(dòng)扳手則需要轉(zhuǎn)換其工作方式，從而改變旋轉(zhuǎn)方向，本工裝在創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)回轉(zhuǎn)方向直接改變其旋轉(zhuǎn)方向，換向簡(jiǎn)潔流暢。

5.3 便攜性

手柄與蝸桿軸采用六方連接，快速拆裝，便于攜帶。工裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)將外在的扳手驅(qū)動(dòng)部分和內(nèi)部連接部分采用活動(dòng)連接的方式，并且能夠在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速拆裝，以保證攜帶的方便。

5.4 多功能

蝸輪套筒內(nèi)部通過(guò)增加衫套，實(shí)現(xiàn)多規(guī)格手柄前端為內(nèi)六角扳手將手柄一端圓銷穿過(guò)蝸桿軸一端對(duì)定孔，實(shí)現(xiàn)另端的內(nèi)六方（外六方）扳手。在套筒扳手的設(shè)置上，采用12 邊形的方式，能夠適用于6 邊螺母、四方螺母以及特殊結(jié)構(gòu)的三角螺母進(jìn)行有效配合。取下?lián)u柄，則形成內(nèi)六方扳手。圖2為搖柄內(nèi)六方擴(kuò)展應(yīng)用示意圖。通過(guò)連續(xù)回轉(zhuǎn)的方式，將扳手傳統(tǒng)的角度范圍擺動(dòng)轉(zhuǎn)化為連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而提高效率，并通過(guò)延長(zhǎng)搖柄的長(zhǎng)度，減少了勞動(dòng)的強(qiáng)度。

5.5 小空間

本工裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)相對(duì)于普通的扳手而言，能夠在極小空間深入之后，在外部進(jìn)行回轉(zhuǎn)傳遞轉(zhuǎn)矩，并且將水平方向上的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為豎直方向上的回轉(zhuǎn)，從而起到空間垂直傳遞運(yùn)動(dòng)的效果，能夠在極小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大力矩、改變傳動(dòng)方式，從而提高其工作范圍和適用空間。圖3 為極小空間內(nèi)的使用示意圖，顯示了其工作狀況。

圖2 搖柄內(nèi)六方擴(kuò)展應(yīng)用示意圖

圖3 極小空間內(nèi)的使用示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)建筑施工設(shè)備螺紋可拆卸連接的穩(wěn)定性和流動(dòng)性的分析，結(jié)合現(xiàn)在常用的扳手工具進(jìn)行比較，開展了綜合性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本創(chuàng)新設(shè)計(jì)能夠適用于極小空間內(nèi)，具有自鎖性能好、用途廣泛、適用對(duì)象多的綜合特點(diǎn)。通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)所制作的使用模型，在實(shí)踐中極大地提高了生產(chǎn)效率，擴(kuò)展了使用范圍，縮短了安裝維護(hù)周期，從而推動(dòng)了建筑施工設(shè)備的使用和維護(hù)。