自卸式卡盤扳手的設計

周雯雯　張濤　胡瀟　孔雨凱

摘 要： 針對現行車床卡盤扳手的安全隱患，本文闡述自卸式卡盤扳手的設計過程，此種卡盤扳手能提高工作效率，極大地減少安全隱患，形成良好的經濟和社會效益。

關鍵詞： 原理 結構 安全

工廠車床加工中，最常用的工具就是卡盤扳手和刀架扳手，工人通過卡盤扳手將工件夾緊或者松開。這種扳手是車床加工中使用最頻繁且不可缺少的工具。

實際操作中，卡盤扳手使用完畢后必須立即取下，然后開啟車床按鈕。倘若操作者嚴格按照規定程序操作，就不會發生事故，但難免存在個別操作者，尤其剛開始接觸機床的操作者，往往大意忘記取下扳手，開動車床后結果傷人。

由此，鑒于現有卡盤扳手因未能及時取下而發生大量事故的這一最主要缺點和不足，我們改進、設計了一種能夠自動彈出且實用的卡盤扳手，不僅能減少不必要的安全隱患，同時能提高生產效率。

一、自卸式卡盤扳手的主要原理及整體結構設計

1.主要原理和說明。對于如何實現自動彈出這一關鍵問題，在設計之初，我們受到彈簧圓珠筆的啟發，利用彈簧的彈力實現扳手自動彈出功能。在這次扳手設計中，利用彈簧的復位功能，通過彈簧對工作位置和行程進行控制和調節?？紤]到此次設計的實際結構主要為圓柱形，且圓柱形彈簧應用最為廣泛，制造標準化，結構相對簡單，所以決定使用圓柱形壓縮彈簧。

2.整體結構設計。安全卡盤扳手的主體結是以現有卡盤扳手為大體輪廓，在軸端部裝有圓柱形壓縮彈簧，通過彈簧與軸的相互受力作用，起到使用時自動從卡盤彈出這一作用。軸通過旋蓋于套筒相對固定，套筒起到保護整個扳手主體和彈簧的作用。

扳手主體壁上有3個大小均勻的通孔，使用時插入插桿，插桿兩邊尾端經過滾花處理，起到防滑作用。在不受力的情況下，套筒是伸出的，使用時操作者給軸尾部施加作用力后，同時頂住彈簧，使彈簧被壓縮，插入插桿，使軸的頂部處于最大工作長度狀態。當操作者按住軸，拔出插桿時，軸在彈簧反彈力的作用下，處于自然狀態。

3. 行程設計。為了使產品能夠在彈簧力和操作者施加外力的作用下在一定行程內運動，最終實現拔出插桿后自動彈出的保護功能，需要有限制其行程的零件。我們利用一個軸和套筒上對應的通孔， 這樣軸只能在其自身鍵槽形通孔的范圍內運動。 通孔的長度就是扳手工作時的最大行程，其數值根據扳手整體結構和工作狀態及具體情況設計。

行程在此次改進設計中不作嚴格要求，只要滿足整個設計產品的工作要求即可。具體的工作行程綜合卡盤扳手頭的尺寸、軸的尺寸及工作時的實際情況考慮，設計行程L=40mm。

二、零部件設計

1.插桿設計。插桿是該自卸式卡盤扳手的重要部分，此次改進設計以原先卡盤扳手為雛形，因此插桿是不可少的。扳手的使用者只有通過插桿才可以將施加的力轉換為扳手軸的扭轉，產生扭矩，實現夾具夾緊。

插桿的長度和外形采用現有卡盤扳手的尺寸，材質為45號鋼，足夠滿足使用要求。此次設計對插桿進行了直徑的改進設計，插入部分的直徑稍大于其余直徑，轉動插桿的長度長于插入部分的，但總長度不變。增大力臂，從而增大扭矩，使同樣大的力，達到事半功倍的效果。3個通孔與插桿的結合，更大程度地方便了操作者。同時插桿的尾部進行滾花處理，起到防滑作用。

2.軸、套筒及彈簧的設計。該卡盤扳手的軸主要用來實現扳手的自動彈出功能，當操作者使用完成取出插桿的時候，軸就在彈簧力的作用下與卡盤產生反作用力，這樣扳手就能自動從卡盤中彈出，避免因為扳手滯留卡盤中發生事故。

套筒的作用主要是保護安全卡盤扳手的整體和內部彈簧，套筒只是起到簡單的保護作用，在扳手的使用過程中并不會受很大的力，不會承載扭矩和其他較大的外力。因此，此次改進設計決定采用PVC作為套筒材料。

彈簧的設計是該扳手的一個重點，設計彈簧時，首先根據工作情況和性能選定材料，彈簧的材料主要有優質碳素鋼、合金鋼、不銹鋼和銅合金等。碳素彈簧鋼的價格較低、強度高、性能好，廣泛應用于受靜載荷和有限作用次數變載荷的彈簧，常用的有25～80號鋼；合金鋼強度高、彈性好、耐高溫，適用于尺寸較大或者承受沖擊載荷的彈簧；不銹鋼耐腐蝕、耐高溫，適用于腐蝕性介質中工作的彈簧。此次改進設計中，考慮到彈簧的使用環境是一般常溫環境，既沒有腐蝕性介質，又沒有承受較大的沖擊載荷，所受載荷相對較小，因此采用一般優質碳素鋼即可，選定材料后確定其許用應力。

參考文獻：

[1]周玉豐.機械設計基礎[M].北京：機械工業出版社， 2008：84-332.

[2]王健石.機械通用零部件手冊[M].北京：中國電力出版社， 2008：262-682.