一種可用于狹小操作空間的快回式活動(dòng)扳手

田曉凡，譚 超，黃超杰，李一萌

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

0 引 言

活動(dòng)扳手的開口寬度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，是用來緊固和起松不同規(guī)格的螺母和螺栓的一種常用工具，在裝配機(jī)床或備件及交通運(yùn)輸、農(nóng)用機(jī)械維修等裝配領(lǐng)域中有著十分廣泛的基礎(chǔ)需求和應(yīng)用。對(duì)于傳統(tǒng)的活動(dòng)扳手，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)扳手手柄時(shí)，扳手頭與螺紋緊固件之間的幾何約束使兩者一起轉(zhuǎn)動(dòng)。由于操作空間的限制及扳手轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)開口尺寸的固定，往往在轉(zhuǎn)過一定的角度后需將扳手卸下，然后再重新套到螺紋緊固件上，再次擰動(dòng)。故普通活動(dòng)扳手在使用時(shí)較繁瑣，且難以在操作空間狹小的場(chǎng)合應(yīng)用。

基于以上問題，為了能在狹小操作空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)擰緊操作，本文提出了一種快回式便捷活動(dòng)扳手，對(duì)扳手頭部及扳手頭與手柄的連接處進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)行了快回式扳手的設(shè)計(jì)，最后通過機(jī)械加工的方法制作出扳手樣機(jī)并進(jìn)行了螺紋緊固件的裝配實(shí)驗(yàn)。快回式活動(dòng)扳手能夠短時(shí)間內(nèi)歸位，省時(shí)省力，提高工作效率，并能適用于更多的場(chǎng)合。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 扳手頭部設(shè)計(jì)

普通活動(dòng)扳手頭的結(jié)構(gòu)主要由活動(dòng)扳唇、固定扳唇、蝸輪、軸銷和手柄組成，轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪，就可調(diào)節(jié)扳口的大小，以實(shí)現(xiàn)擰動(dòng)不同尺寸螺紋緊固件的功能?？旎厥桨馐譃榱藢?shí)現(xiàn)連續(xù)擰動(dòng)操作，將固定板唇拆分為兩個(gè)零件，包括與活動(dòng)扳唇相對(duì)的扳手頭1 和與手柄相連接的扳手頭2（如圖1），扳手頭1 和扳手頭2 通過回轉(zhuǎn)銷連接，故扳手頭2 可繞回轉(zhuǎn)銷的軸旋轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)銷上繞有扭力彈簧，扭力彈簧是一種產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力的螺旋彈簧，用來承受扭轉(zhuǎn)變形。

活動(dòng)扳唇上有蝸輪結(jié)構(gòu)，此蝸輪結(jié)構(gòu)與安裝在軸銷上的蝸桿相連接，軸銷與扳手頭1 通過螺紋連接。軸銷上除安裝蝸桿外，還安裝有推力彈簧和方擋片。方擋片的一端靠在蝸輪上，另一端不僅與扳手頭2 相接觸，還靠著推力彈簧，而推力彈簧另一端緊靠在扳手頭1 的內(nèi)側(cè)壁上，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 快回式活動(dòng)扳手的結(jié)構(gòu)組成

圖2 蝸輪與蝸桿連接結(jié)構(gòu)（已隱藏扳手頭2）

當(dāng)采用此扳手來擰動(dòng)螺紋緊固件時(shí)，在扳手手柄處施加順時(shí)針的力矩時(shí)，扳手整體順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，擰緊螺紋緊固件。在此過程中，活動(dòng)扳唇不會(huì)與扳手其他部分發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這是由于扳手頭2 與方擋片相接觸，方擋片阻礙蝸輪和蝸桿的運(yùn)動(dòng)，故而開口不會(huì)變大，也就是說，擰緊螺紋緊固件時(shí)，此扳手相當(dāng)于普通活動(dòng)扳手。

使用扳手將螺紋緊固件轉(zhuǎn)過一定角度后，需將扳手回位，也就是扳手頭1 與螺紋緊固件的接觸面由1 變?yōu)?，活動(dòng)扳唇與螺紋緊固件的接觸面由3變?yōu)?，見圖3。在扳手手柄處施加逆時(shí)針的力矩，扳手手柄帶動(dòng)扳手頭2 轉(zhuǎn)動(dòng)，由于扳手頭2 與扳手頭1 通過回轉(zhuǎn)銷連接，故而扳手頭1 保持在原位置，但由于回轉(zhuǎn)銷上扭力彈簧的存在，會(huì)使扳手頭1 有逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。由于扳手頭1 與扳手頭2 發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，方擋片不再與扳手頭2 接觸，則方擋片可動(dòng)。扳手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，螺紋緊固件對(duì)活動(dòng)扳唇有推力作用，活動(dòng)扳唇上的蝸輪將力傳遞給蝸桿，進(jìn)而傳遞給方擋片，方擋片會(huì)向外運(yùn)動(dòng)，所以蝸輪和蝸桿也能向外運(yùn)動(dòng)，扳手的開口變大，則扳手頭部不需抬起，就能逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，回到原位，實(shí)現(xiàn)快回功能。

圖3 活動(dòng)扳手與螺紋緊固件的接觸情況

1.2 扳手手柄設(shè)計(jì)

扳手頭2 與手柄通過銷釘相連接，扳手頭2 底端的鋸齒狀結(jié)構(gòu)，與短銷接觸，短銷與長銷通過曲面接觸，長銷的端面與手柄中的彈簧接觸，具體結(jié)構(gòu)見圖4。采用此結(jié)構(gòu)，可使手柄繞銷釘旋轉(zhuǎn)一定角度，使扳手能在狹小操作空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)擰緊操作。

一般情況下，扳手頭2 與手柄不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但按動(dòng)長銷時(shí)，長銷向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，彈簧受壓，短銷與長銷的接觸位置改變，由曲面變?yōu)槠矫?，則短銷會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，不與扳手頭2 的底端接觸。然后將手柄繞銷釘旋轉(zhuǎn)一定角度，撤銷施加在長銷上的力，彈簧恢復(fù)原狀態(tài)，會(huì)對(duì)長銷施加向外的推力，使長銷回到原位置，短銷與長銷的接觸面變成原來的曲面，短銷重新與扳手頭2 的底端接觸，只是接觸的齒面有所改變。通過此操作，就可使手柄繞銷釘旋轉(zhuǎn)。

1.3 活動(dòng)按鈕設(shè)計(jì)

在扳手頭2 的中部有一個(gè)卯槽結(jié)構(gòu)。銷和小方銷可分別從扳手頭2 的兩側(cè)安裝在卯槽結(jié)構(gòu)中，并裝配在一起，組成活動(dòng)按鈕?；顒?dòng)按鈕的擋位有兩個(gè)（圖5），按鈕位于擋位1 時(shí)，此按鈕不起作用；按鈕位于擋位2 時(shí)，當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)扳手時(shí)，此活動(dòng)扳手的扳手頭1 與扳手頭2 不會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這是由于按鈕阻礙了固定扳唇繞回轉(zhuǎn)銷轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說，此按鈕起切換模式的作用，按鈕在擋位1 處，此扳手是快回式活動(dòng)扳手；按鈕在擋位2 處，此扳手是普通活動(dòng)扳手。

圖4 扳手頭2 與手柄連接處的具體結(jié)構(gòu)

圖5 活動(dòng)按鈕的擋位

2 活動(dòng)扳手的加工

2.1 加工方法

活動(dòng)扳手的各個(gè)零件都可以通過機(jī)械加工和金屬線切割的方法得到，其中扳手頭1 直接制作較為繁瑣。故購置了一個(gè)普通的活動(dòng)扳手，將其固定扳口再次加工后作為扳手頭1。扳手在機(jī)械加工之前需進(jìn)行定位和夾緊，由于普通扳手的手柄用不到，故在手柄的前部和后部分別鉆一個(gè)孔（圖6），用以裝夾。并將手柄上下表面銑削加工成平行的，保持其相互平行，以減小定位誤差。

為了安裝扳手，我們制作出一個(gè)專用夾具（圖7）。先對(duì)夾具的上下表面進(jìn)行銑削加工，保持其相互平行，以減小加工誤差。然后在其上表面鉆兩個(gè)孔，兩孔之間的距離與手柄上兩孔之間的距離相等。將手柄安裝在夾具上，以固定板口上兩條垂直輪廓線的延長線的交點(diǎn)作為機(jī)床加工原點(diǎn),對(duì)板口的正反表面進(jìn)行數(shù)控銑加工。

圖6 活動(dòng)扳手坯料

圖7 夾具

2.2 樣機(jī)試驗(yàn)

運(yùn)用數(shù)控加工和金屬線切割的方法加工快回式活動(dòng)扳手樣機(jī)。

在快回式活動(dòng)扳手的手柄上施加順時(shí)針力，如圖8 所示，扳手頭1 和扳手頭2 不會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，快回式活動(dòng)扳手的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)活動(dòng)扳手一樣，快回式活動(dòng)扳手帶動(dòng)螺紋緊固件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行回程操作時(shí)，扳手頭2 和扳手頭1 發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)扳唇會(huì)稍微向外側(cè)移動(dòng)，快回式活動(dòng)扳手在開口處張開（圖9），在回程角度增大到一定程度時(shí)，會(huì)聽到“咔”的響聲，扳手頭1 和活動(dòng)扳唇迅速回位。

圖8 順時(shí)針擰緊操作

圖9 逆時(shí)針回程操作

3 結(jié) 語

該快回式活動(dòng)扳手針對(duì)操作人員在擰動(dòng)螺紋緊固件時(shí)，需反復(fù)抬起和放正扳手的問題展開研究，為提高工作效率而設(shè)計(jì)。該扳手實(shí)現(xiàn)了快速回程功能，無需抬起，就能連續(xù)擰動(dòng)螺紋緊固件，省時(shí)省力。同時(shí)，生產(chǎn)工具的改進(jìn)和創(chuàng)新，也在促進(jìn)著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。