多疊式極限空間六方扳手創新設計*

程 盼，周維慶，王家珂，戴紅霞

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127）

扳手是利用杠桿原理，擰轉螺栓、螺釘、螺母和其他螺紋緊固件的工具，在建筑、機械等領域廣泛使用。扳手可分為固定扳手、活動扳手、兩用扳手、梅花扳手、鉤形扳手、套筒扳手、內六方扳手、外六方扳手和扭力扳手等多種類型，主要是固定扳手和活動扳手，它們分別具有各自的優缺點。

配合專業知識的學習和職業技能的實踐操作需求，將工具在實際場景中遇到的問題進行歸納總結，運用所學知識進行創新設計，以改進工具的工藝性能，滿足生產的不同使用需求，從而推動專業知識和技能的應用、生產技術的發展。

1 傳統扳手的主要問題

固定扳手適用范圍窄，一般只能扳一種或兩種規格的螺栓；活動扳手雖然能扳較多規格的螺栓，但是又存在容易打滑、穩定性差的問題。操作工人需要攜帶多種規格的扳手來滿足使用需求，重量大、攜帶不便。因此，亟須一種新的技術方案，以綜合解決現有技術中存在的問題。

2 多疊式極限空間六方扳手的創新思路

結合專業知識分析，將以上問題歸納為標準化和通用性的問題。一方面，運用系列標準化設計出的成套扳手，體積龐大、攜帶不便；而具有通用性的活動扳手，盡管體積較小，但操作不夠標準。因此，標準化和通用性二者是一對主要矛盾，需要針對主要矛盾采用對比分析、優勢整合的創新思路。

1）對比分析的創新思路。針對現有扳手的類型和工作狀況進行對比分析，針對實際使用過程中存在的問題，進行歸納和總結，運用現有的扳手進行實踐性操作，對問題進行實踐驗證。通過對比分析，發現每一種扳手存在的優點以及不足，將優點進行歸納總結，從而發揚優點；針對存在的不足進行詳細剖析，從而激發能夠改進的創新思路。在使用過程中，固定扳手雖可提高扳手的固定性能，但適用對象只是1～2 種，既有優點又有不足；再與活動扳手進行比較，活動扳手的操作范圍比較大，然而為了有效避免打滑，需要發揮固定扳手的固定擰緊作用。

2）優勢整合的創新思路。在對比分析的基礎上，將現有扳手存在的優點進行有效整合，能夠設計出優點突出而缺點較少的工具。市場現有的套筒扳手具有活動扳手的特征和單手扳手的擰緊效果，功能強大，但是體積龐大，類型繁多，在使用過程中攜帶不便。因此，希望在此基礎上能夠整合固定扳手、活動扳手、套筒扳手等多種現有工具的主要特點，運用整合的思維方式，將各自優點進行集中，從而達到良好的設計效果。

3 多疊式極限空間六方扳手的創新目標

核心目標是減小體積、擴展功能，保證結構的穩定、實用。根據對比分析和優勢整合，結合具體設計目標以及使用工程狀況的需求，將 “便于攜帶、功能全面、使用方便”的創新目標細化為以下5 個方面：一是利用內外層面的組合，實現內外通用的目標；二是通過重合結構的設計，使得此工具體積小巧；三是使用彈性對定的結構，實現快速切換的目標；四是采用多層疊加 （簡稱 “多疊”）重合的方式，滿足多種規格的需求；五是構建凹凸變化的形狀，完成專用工具的作用。

4 多疊式極限空間六方扳手的總體設計

多疊式極限空間六方扳手的主體結構創新設計見圖1，具體包括對定孔、對定銷、彈簧、工作手柄、多疊六方等，其中對定孔又可以細分為對應圓孔、對定方孔，通過啞鈴式的對定圓孔與圓形對定銷的組合，既實現單層六方的軸向位置固定，又阻止單層六方在對定方孔中的移動，從而實現使用的穩定性[1-3]。

圖1 多疊式極限空間六方扳手的主體結構創新設計

4.1 內外層面的設計

將多疊式極限空間六方扳手進行組合運用，可以實現內外通用的目標。不同尺寸的六方扳手，用堆疊套入的方式組合起來，在不改變體積的情況下，可以適用于有內六方或外六方的螺栓、螺母場合，實用性更強。此處創新設計運用了綜合的思維方式，將傳統的內六方扳手與外六方扳手相結合，整合到內層和外層，形成一體兩用的扳手形式，從而實現內外通用。

4.2 重合結構的設計

創新設計將套筒扳手單個孤立的狀況進行疊加，利用多邊形重合的方式，形成了極限空間重合收納狀況，見圖2。通過疊加式的重合，可以最大程度地縮小體積，將傳統套筒扳手多個套筒的形式，通過新型材料功能改善和正六邊形結構設計，在滿足強度使用需求的情況下，將多個套筒以分別放置的方式疊加至統一體，從而將龐雜的結構進行簡約化設計，具有體積小巧的特點。

圖2 極限空間重合收納狀況

4.3 彈性對定的設計

快速切換結構是保障本創新設計能夠廣泛應用、提高穩定性的重要創新設計。快速切換結構為啞鈴型，其核心部位包括原型的對定孔 （細分為對定圓孔與對定方孔）、對定銷及彈簧，特別是在彈簧內部設置方軸，能夠保證在最大結合強度情況下，方軸在對定方孔中自由移動，從而實現切換。

快速切換結構的應用原理如下：將對定銷從對定孔中拉出，即可將扳手的頭部移除，松開對定銷，在彈簧的作用下，對定銷插入對定孔，保持扳手頭部的穩定。此結構用于切換不同尺寸的扳手頭部時，方便、迅速、穩定，可滿足實際使用中的需求，實現快速切換。圖3 為快速切換結構的應用原理圖。在圖3-a 中，對定銷與一端對定圓孔相連接，彈簧壓緊；在圖3-b 中，壓縮彈簧，拉出對定銷，在對定方孔中移動。

圖3 快速切換結構的應用原理圖

4.4 多疊重合的設計

依照快速切換結構的基本形狀，運用對比分析與優勢整合的創新思路，反復迭代利用重合設計理念和雙層結構，進行多層疊加，形成多疊重合結構（見第46 頁圖4）。通過多層六方的結構逐漸堆疊而成，可以通過快速切換結構，選擇對應六方層，從而能夠實現對于多種規格的內六方或外六方螺栓或螺母的旋合需求。因此，通過多疊重合的創新思路和設計內容，實現了多種規格的使用目標。

4.5 凹凸變化的設計

在實際工業使用過程中，為了達到螺栓、螺母專用的目的，通常將螺栓或螺母的旋合操作部分設計成異形，以防止誤操作而造成機械損毀，增加螺栓螺紋旋合的強度與穩定性。根據本創新設計的結構，可以將螺栓表層設計成異形結構，從而將本創新設計轉化為專用工具，提高使用的針對性和機械連接的專用性，見圖5。此專用工具則可以通過各個不同層次的扳手頭部的上下切換，構建出所需的扳手形狀，從而實現專用工具的功能。

圖4 多疊重合結構

圖5 專用工具的組合

5 結束語

本創新設計針對扳手在使用過程中存在的問題，綜合運用了對比分析與優勢整合的創新思路，將傳統扳手工具的優點進行集中，在專業知識的指導下進行開創性的設計，能夠實現體積小、功能多、便于攜帶、操作方便的目標。該創新設計針對傳統扳手占用空間大、功能不足等缺點，思考能夠整合多種規格的組合方式，開發出一種多疊重合組合的扳手，并且設計出啞鈴型的快速切換結構，從而解決了傳統扳手功能不足、攜帶不便等問題。