多功能攻絲扳手的設計

王 浩，王雪峰，陳 林，包佳偉

（齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

現今社會飛速發展，而機械行業的發展一直都是推動社會發展的主要力量，這就更加需要機械行業提高自己的制造能力和制造速度，但是在機械加工過程中攻制螺紋一直都是一個非常耗費人力的環節，在一些中大型機械上往往會需要攻制大大小小各種尺寸的內外螺紋，工作人員常常配備很多不同規格的絲錐扳手和板牙扳手，而且在扳手之間相互切換會浪費很多時間。

在鉸制機件上的內螺紋和外螺紋時需分別使用裝夾絲錐和裝夾圓板牙的兩種扳手，而且在鉸制不同直徑的螺紋時，又常常使用不同規格的絲錐扳手和圓板牙扳手，因此，使用者需配備成套的絲維扳手和圓板牙扳手，這樣既不經濟、方便，也不便于工具的保管。

本項目的目的是提供一種既能實現攻絲又能實現套絲且可裝夾規格不同的絲錐和圓板牙的扳手。減輕了勞動強度，提高了工作效率，并且提高了整體絲錐扳手的穩定性和扳手的強度，對機械行業中螺紋類工件加工帶來很大的便利。

隨著多功能攻絲絞手的進一步改進，可以實現讓扳手適應所有絲錐及扳牙，能更好地適應更多加工環境，通常螺紋類工件加工需要更頻繁的交替使用各種型號的絲錐及板牙，在此方面該項目就能發揮更大的作用。

項目的主要優勢在于工具更集中，使用范圍更廣，強度更高，操作更方便，更加穩定，完全可以代替市場上現有的大多數絲錐和板牙扳手，用途非常廣泛，具有較高的經濟價值和市場推廣前景。

1 多功能攻絲扳手的總體結構

多功能攻絲扳手的結構如圖1所示。其裝配關系為鎖緊塊從兩端套裝在手柄上，左右兩端鎖緊塊豁口一一對應，中心孔對齊手柄上方形塊，兩端鎖緊螺母向內旋轉鎖緊，鎖緊螺母推動左右鎖緊塊向中心移動，將絲錐或者板牙進行鎖死，從而進行內外螺紋的絞制，手柄中心設有方形孔，既可以在絞制外螺紋時讓工件通過，又可以防止鎖緊塊的軸向轉動，左右鎖死塊上做有八個規格大小不同的絲錐卡口和兩個板牙卡口，可以應對市場上大多數型號的絲錐和大多數常用的板牙，使用范圍非常廣泛。

圖1 多功能攻絲扳手的總體結構

2 設計方案的構想

本設計把各種規格的兩種工具結合到一起，既能夠同時實現絲錐及板牙的完美配合工作，同時兼備多規格板牙、絲錐的配套使用，可以為生產工作中提供極大的方便，提高工作效率，節約工作時間，同時降低了工具采購的費用。

在確定鎖死方式時進行深入考慮，最終確定為兩端向內鎖死的方式，使用螺母向內旋轉，螺母自鎖，從而將絲錐或板牙固定，進行工件的螺紋的攻制。

翻閱資料確定夾緊絲錐卡口的尺寸，將多個規格卡口尺寸結合，以保證扳手和多個絲錐可以進行完美配合。

圖2 鎖緊塊的結構

該設計整體材料為HT200，總長度為320 mm，手柄直徑為15mm。方形板外輪廓大小為60mm×24 mm，方形板內輪廓大小為40mm×15mm。手柄中心設有方形孔，既可以在絞制外螺紋時讓工件通過，又可以防止鎖緊塊的軸向轉動，鎖緊塊六邊形面內切圓直徑為48 mm。

圖3 手柄的結構

扳手鎖緊塊上逆時針分別制作的方形卡口尺寸為1（1×1mm）、2（5×5mm）、3（2×2mm）、4（8×8 mm）、5（3×3 mm）、6（6×6 mm）、7（4×4 mm）、8（10×10 mm）在 4 和 8 位置的圓形卡口尺寸分別為R10和R12.5，在這些標準尺寸下，多功能攻絲扳手在裝夾不同規格的絲錐或板牙是就可以攻制M1-M30的內螺紋和M3-M9的外螺紋，而在平時的機械加工中，攻制這樣范圍的內外螺紋則需要5到6甚至更多把絲錐扳手以及2到3把板牙扳手，而現在市場上絲錐板牙扳手零售價平均在50元左右，配齊這一套工具大概需要花費400元左右，而我們設計的多功能攻絲絞手成本加上制造費用僅需100元左右，具有很大的經濟價值。

圖4 卡口的分布

3 工作強度分析

因為在攻制螺紋時扳手經常要承受較大的力，于是對于扳手的材料和結構要進行深入研究，最終確定了一體的手柄結構，使得扳手整體更加結實耐用。最終在材料的屈服極限下對扳手進行有限元分析，將工件裝夾絲錐，模擬多功能攻絲扳手在攻制內螺紋時的受力情況，我們可以看出，在絲錐將要受損壞的極限條件下，扳手的最大受力點仍然可以有很小的應變，所以可以得出扳手在材料的極限條件下完全滿足使用要求。圖5為多功能攻絲扳手的有限元分析圖，有限元分析是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的（較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件（如結構的平衡條件），從而得到問題的解。

圖5 多功能攻絲扳手攻制外螺紋時的有限元分析

4 結語

進行市場調研發現市場上現有的絲錐和板牙扳手仍然處在最基礎的一類規格絲錐或板牙對應一類扳手的階段，可以實現多個功能的扳手非常稀少，少數一些扳手雖然可以實現多個功能，但卻存在諸多弊端，不能大范圍進行推廣，我們設計的扳手針對這些弊端進行系統的設計和改進，從而可以更好地適應市場的需求。

參閱國內文獻和調研，發現到目前為止鉸制機件上的內螺紋和外螺紋時需分別使用裝夾絲錐和裝夾圓板牙的兩種扳手，沒有能夠同時裝夾兩種工具的復合扳手，同時加工不同規格的螺紋工件經常需要更換不同的扳手，這樣就常常造成工具使用的數量過多復雜化。通過對以往文獻和實地調研的分析，可以將絲錐扳手和板牙扳手結合到一起制作一種多功能化的一種創新型工具。

因此把各種規格的兩種工具結合到一起就是非常有必要的，既能夠同時實現絲錐及板牙的完美配合工作，同時兼備多規格板牙、絲錐的配套使用，可以為生產工作中提供極大的方便，提高工作效率，節約工作時間，同時極大降低了工具采購的費用。