一種快速旋轉(zhuǎn)自動棘輪螺絲刀的設(shè)計(jì)

董沈斌 吳正泉 沈佳曦 張健平 浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院 浙江 紹興 312088

引言

螺絲刀是一種用于螺釘（栓）加固拆卸的機(jī)械設(shè)備。隨著社會生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化程度不斷地提高，螺絲刀已廣泛地運(yùn)用于冶金、建筑等諸多行業(yè)的機(jī)器設(shè)備制造加工和檢測維修的過程當(dāng)中，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作，特別是對于一些耐壓、承重等關(guān)鍵部位，其部件之間的聯(lián)接的緊密可靠與否，將直接影響到設(shè)備整體的安全運(yùn)行。螺絲刀的設(shè)計(jì)要求既要滿足螺釘（栓）緊固的要求，還要考慮操作人員操控的便捷性。

一、市場分析

對市場上現(xiàn)有的兩種維修工具（套筒扳手和一體式螺絲刀）調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)：1）套筒扳手操作不便，容易與周邊其他部件發(fā)生碰觸導(dǎo)致施加力度小，且緊固性差，拆卸效率低，在拆裝較深箱體螺絲時(shí)尤為突出；2）一體式螺絲刀在使用過程中，操作繁瑣，當(dāng)手握螺絲刀旋轉(zhuǎn)180°后，使用者需另一只手握緊螺絲刀下部，當(dāng)調(diào)整手的位置后，方可繼續(xù)作業(yè)，且當(dāng)需要作業(yè)的螺絲的力矩較大時(shí)，使用者必須用力壓緊螺絲刀，容易導(dǎo)致手心局部受力過大，引發(fā)操作危險(xiǎn)。

針對市場上現(xiàn)有的機(jī)械維修工具提出技術(shù)創(chuàng)新，依托紹興市2016年度大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了一種快速旋轉(zhuǎn)自動棘輪螺絲刀，如圖1所示。

圖1 快速旋轉(zhuǎn)自動棘輪螺絲刀

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）雙向傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，將線性直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，改變現(xiàn)有機(jī)械維修工具的扭矩傳遞方式，實(shí)現(xiàn)扭矩的雙向旋轉(zhuǎn)。

（2）棘輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示（比例1：2）的上、下棘輪，實(shí)現(xiàn)了扭矩的快速分離和中斷傳遞。根據(jù)雙向螺旋桿傳動原理，采用了雙向的螺旋面嚙合，螺旋線向右上升，正向傳動和反向傳動的螺旋升角均相同。取內(nèi)側(cè)嚙合角65°，齒頂圓直徑為8mm。以G3B2089—80為標(biāo)準(zhǔn)，彈簧中徑取10mm，所能承受的最大載荷為200N。

項(xiàng)目簡介：紹興市2016年度大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目

圖2 雙向傳動機(jī)構(gòu)分解示意圖

圖3 雙向傳動機(jī)構(gòu)分解示意圖

四、技術(shù)特點(diǎn)及市場效益

（1）操控模式：創(chuàng)新一種新型螺絲刀的操控模式，使用者手握螺絲刀手柄下壓來實(shí)現(xiàn)自動緊固和擰松操作，大大降低了工具對操作空間的需求，解決了市場現(xiàn)有拆裝工具因機(jī)械箱體內(nèi)部零件多而體積小導(dǎo)致的操作不便性和空間局限性。

（2）三工況選擇模式：在不同扭矩范圍內(nèi)，使用者通過滑動按鈕實(shí)現(xiàn)多種工作模式(正向傳動、反向傳動、固定傳動)的切換，螺絲刀的旋轉(zhuǎn)方向取決于手的按鈕的滑移位置。該模式擴(kuò)大了產(chǎn)品的扭矩適用范圍和應(yīng)用范圍，大大增強(qiáng)了實(shí)用性。該工況選擇模式實(shí)現(xiàn)了對緊固件擰緊和擰松的一體操作，而不需要調(diào)整手的位置，提升了工作效率；

（3）滿足市場用戶多元化需求：產(chǎn)品能夠與市面上的不同型號的批頭匹配應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)不同型號的緊固件的拆裝，提高了其實(shí)用性，便于推廣和普及應(yīng)用。批頭的類型可根據(jù)未來市場環(huán)境的變化進(jìn)行擴(kuò)充設(shè)計(jì)，具有良好市場通用性。手柄尾部設(shè)計(jì)有批頭收納盒，可裝入不同型號的批頭，方便作業(yè)時(shí)隨時(shí)替換。

（4）應(yīng)用范圍廣：主要應(yīng)用場合有建筑、裝潢、汽車、機(jī)械、家用、橋梁、園藝等諸多機(jī)械領(lǐng)域設(shè)備的拆卸與維護(hù),且在拆裝較深箱體螺絲時(shí)尤為便捷。

（5） 定價(jià)合理、市場可替代性低：現(xiàn)全球市場上螺絲刀品牌眾多，如SATA世達(dá)、博士、寶工、史歷丹等。如何在市場中尋找合適的價(jià)格定位，顯得非常關(guān)鍵。依據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢、應(yīng)用范圍及競爭產(chǎn)品的定價(jià)，最終制定產(chǎn)品售價(jià)55元。

（6）扭矩適用范圍大：以捷達(dá)汽車上的螺釘螺栓扭矩為參考，最大緊固件安全扭矩范圍不大于80Nm，可滿足車上95%零件的扭矩范圍。

四、結(jié)語

依托紹興市2016年度大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，開發(fā)了一種手壓式雙向自動棘輪螺絲刀，具有半自動緊固和擰松功能以及普通螺絲刀功能，且只需通過手壓就能實(shí)現(xiàn)緊固件的自動緊固和擰松，較好的解決了市場上現(xiàn)有的緊固件拆裝工具在使用過程中存在的問題。

基本用戶體驗(yàn)導(dǎo)向的操控模式降低了工具對操作空間的需求；三工況選擇模式簡化了操作流程，減輕了使用者勞動強(qiáng)度，提升了工作效率（操作時(shí)間僅為原來一半），有助于增強(qiáng)國內(nèi)工具市場競爭力。