極小空間用螺紋扳手創(chuàng)新設(shè)計*

沈辰霏，李永生，王小剛

（揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚州 225127）

建筑施工設(shè)備具有穩(wěn)定性和流動性相交替的特點，在建筑施工項目過程中，特定的設(shè)備在項目實施期間必須保持良好的連接性能、保證穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，當(dāng)項目施工結(jié)束后，建筑施工設(shè)備將會隨著項目的轉(zhuǎn)移而實現(xiàn)設(shè)備的拆卸、打包，到新的工作場景之后再進行組裝、調(diào)試、運行。因此，在建筑施工設(shè)備中大量存在可拆卸的連接方式，其中最為主要的方式為螺紋連接，能夠較好地運用三角螺紋的自鎖性能，滿足在固定施工期間的穩(wěn)定性要求，根據(jù)可拆卸的基本特征，滿足在建筑施工設(shè)備轉(zhuǎn)場過程中的交替性需求，因此螺紋連接在建筑施工設(shè)備中大量存在和使用。

現(xiàn)有建筑施工設(shè)備螺紋連接的主要操作方式有電動扳手、氣動扳手和手動扳手。在扳手的使用過程中，可以通過手動的方式靈活地快速調(diào)節(jié)，也可以通過電動和氣動的方式實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)。二者在完成預(yù)緊之后，都需要將扳手取出，以便設(shè)備良好地工作。

1 現(xiàn)有工具存在的問題

現(xiàn)有扳手對于螺紋連接的配合對象有特殊的要求，比如普通的手動扳手或者外六方扳手對于螺紋的連接操作，一般僅適用于六角螺帽，而對于特殊的四邊形螺帽甚至三角形螺帽，則無法形成有效的配合。

現(xiàn)有扳手功能比較固定，對于外六方和內(nèi)六方一般都有對應(yīng)的扳手，兩者不具有通用性，特別是手動扳手在換向過程中需要調(diào)節(jié)其支撐點以保護扳手的工作性能，從而增加了工作負(fù)擔(dān)。

現(xiàn)有扳手對于操作空間要求較高，氣動扳手、電動扳手的外在形狀較大，不利于在有限的操作空間內(nèi)進行大范圍的操作，特別是對于建筑施工設(shè)備的極小空間 （或稱為狹小空間、極限空間）無法進行有效的連接，從而難以實現(xiàn)有效的工作； 手動扳手需要有較大的手動操作空間以利于進行有效的操作，對于建筑施工設(shè)備的局部操作空間難以形成有效的工作面。

現(xiàn)有扳手不具有自鎖性能，當(dāng)擰緊之后現(xiàn)有扳手必須與旋轉(zhuǎn)對象脫離，無法形成有效的止動效果，僅靠三角螺紋的自鎖性能達(dá)到連接的目的。在建筑設(shè)備沖擊載荷的作用下，對于螺紋的防松動提出了更高的要求，尤其是在震動、顛簸等運行狀態(tài)下，需要增加螺紋的自鎖性能。

2 極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計思路

針對以上建筑施工設(shè)備的使用工況以及現(xiàn)有設(shè)備的主要特征而進行創(chuàng)新設(shè)計，采用的創(chuàng)新思路是“針對不足，整合特征，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，綜合性能”。針對現(xiàn)有扳手進行分析，可以發(fā)現(xiàn)每一類扳手都有其個性化的特征，有優(yōu)點也有不足。當(dāng)手動扳手演化到氣動扳手或者電動扳手的時候減少了人力的操作，但是對于氣動扳手的氣源有一定的需求，對于電動扳手的電池動力有較高的要求，當(dāng)氣壓不足或者電池電量不足的時候，難以維持較持久的工作狀態(tài)，因此結(jié)合人力的持續(xù)性與氣動扳手和電動扳手的狹小結(jié)構(gòu)而開展特征的整合。

外六旁扳手和內(nèi)兩旁扳手，二者具有適用范圍廣的特征，在結(jié)構(gòu)上有其公共的相近的操作部分，在連接處有其個性化的特征，結(jié)合其公共的結(jié)構(gòu)部分，綜合分析其使用范圍的性能特征，進行兩者之間的創(chuàng)新融合，從而提高設(shè)備的適用范圍，減少重復(fù)的制作。

3 極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容

3.1 創(chuàng)新設(shè)計總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)創(chuàng)新思路，結(jié)合現(xiàn)有的工具特征，創(chuàng)新設(shè)計出具有良好自鎖性能、能夠?qū)崿F(xiàn)快速換向、綜合多種功能的便攜性扳手，極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計總體結(jié)構(gòu)見圖1。適用于狹窄空間的自鎖式扳手，包括蝸桿軸、蝸輪套筒和殼體，蝸桿軸周向表面設(shè)置有螺紋，蝸輪套筒設(shè)置在蝸桿軸的旁側(cè)，且蝸輪套筒周向設(shè)置有與所述螺紋相配合使用的齒紋，蝸輪套筒旋轉(zhuǎn)設(shè)置在所述殼體內(nèi)，蝸桿軸貫穿殼體設(shè)置，且蝸桿軸的一端設(shè)置有六角扳手，蝸桿軸的另一端設(shè)置有手柄。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的安裝不便以及安裝不順手導(dǎo)致的連接松動不緊密的問題。

圖1 極小空間用螺紋扳手的創(chuàng)新設(shè)計總體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 創(chuàng)新設(shè)計實施方式

具體實施包括蝸桿軸、蝸輪套筒和殼體，蝸桿軸周向表面設(shè)置有螺紋，蝸輪套筒設(shè)置在蝸桿軸的旁側(cè)，且蝸輪套筒周向設(shè)置有與螺紋相配合使用的齒紋，蝸輪套筒旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)，蝸桿軸貫穿殼體設(shè)置，且蝸桿軸的一端設(shè)置有六角扳手，蝸桿軸的另一端設(shè)置有手柄。本創(chuàng)新設(shè)計運用蝸輪蝸桿傳動具有單向傳遞的原理，達(dá)到自鎖的目的，可以有效防止驅(qū)動過程中由于負(fù)載急變而松動的現(xiàn)象。

殼體上設(shè)置有供蝸桿軸穿過的通孔，蝸桿軸可旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)。本實施例中殼體為長方體形，一方面為適用蝸桿軸和蝸輪套筒的形狀； 另一方面，由于多數(shù)箱體都呈方形，因此長方體形的殼體便于判斷作用位置是否垂直，避免螺母或螺栓錯位的現(xiàn)象發(fā)生。

手柄與蝸桿軸相接的一端為內(nèi)六角扳手，蝸桿軸與手柄相接的一端設(shè)置有對定孔，手柄通過內(nèi)六角扳手以及對定孔與蝸桿軸相接，這里采用六方連接的方式，便于拆裝和攜帶，并且能夠保證結(jié)合的穩(wěn)定性，保證操作穩(wěn)定進行。

手柄呈 “Z” 形，可改變施力方向，并且手柄的握端為搖把，將本該在箱體內(nèi)作用的力移到箱體外側(cè)，保證操作空間，提高操作效率。

4 極小空間用螺紋扳手的基本工作過程

狹窄空間的自鎖式扳手包括蝸桿軸、蝸輪套筒和殼體，蝸桿軸周向表面設(shè)置有螺紋，蝸輪套筒設(shè)置在蝸桿軸的旁側(cè)、且蝸輪套筒周向設(shè)置有與螺紋相配合使用的齒紋，蝸輪套筒旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)，蝸桿軸貫穿殼體設(shè)置，且蝸桿軸的一端設(shè)置有六角扳手，蝸桿軸的另一端設(shè)置有手柄。

殼體上設(shè)置有供蝸桿軸穿過的通孔，蝸桿軸可旋轉(zhuǎn)設(shè)置在殼體內(nèi)。手柄與蝸桿軸相接的一端為內(nèi)六角扳手，蝸桿軸與手柄相接的一端設(shè)置有對定孔，手柄通過內(nèi)六角扳手及對定孔與蝸桿軸相接。

手柄呈 “Z” 形，將蝸桿軸和蝸輪套筒結(jié)合在一起，并且利用蝸桿軸的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對螺母或螺栓部的旋緊和旋松，并且在蝸桿軸的一端設(shè)置手柄，通過內(nèi)六角扳手和對定孔形成的六方連接方式，便于快速拆裝和攜帶，通過對手柄的旋轉(zhuǎn)，從而改變施力方向和施力方法。本創(chuàng)新設(shè)計適用于狹窄空間的自鎖式扳手，運用蝸輪蝸桿傳動，具有單向傳遞的性能，能起到自鎖的作用，且還可以防止驅(qū)動過程中負(fù)載急變而松動。

5 創(chuàng)新設(shè)計特征

5.1 自鎖性

運用蝸輪蝸桿傳動，具有單向傳遞的性能，起到自鎖的作用，防止驅(qū)動過程中負(fù)載急變而松動。特別是通過大的傳動比，能夠起到較強的增力作用，從而能夠在運行過程中達(dá)到平穩(wěn)連續(xù)的運行。在建筑施工設(shè)備機械轉(zhuǎn)運的過程中，可以將本裝置與連接對象一同輻射在轉(zhuǎn)運現(xiàn)場，從而起到良好的保護作用，防止螺紋出現(xiàn)松動情況，特別是防止在建筑施工設(shè)備現(xiàn)場多種裝卸場合出現(xiàn)松動情況，從而起到在運輸過程中防止松動的作用。

5.2 換向性

通過手柄的回轉(zhuǎn)方向變換，改變蝸桿軸轉(zhuǎn)向，從而驅(qū)使蝸輪套筒的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。電動扳手和氣動扳手通過馬達(dá)的選項改變其扭轉(zhuǎn)方向，而手動扳手則需要轉(zhuǎn)換其工作方式，從而改變旋轉(zhuǎn)方向，本工裝在創(chuàng)新設(shè)計過程中可以通過回轉(zhuǎn)方向直接改變其旋轉(zhuǎn)方向，換向簡潔流暢。

5.3 便攜性

手柄與蝸桿軸采用六方連接，快速拆裝，便于攜帶。工裝創(chuàng)新設(shè)計將外在的扳手驅(qū)動部分和內(nèi)部連接部分采用活動連接的方式，并且能夠在運行過程中實現(xiàn)快速拆裝，以保證攜帶的方便。

5.4 多功能

蝸輪套筒內(nèi)部通過增加衫套，實現(xiàn)多規(guī)格手柄前端為內(nèi)六角扳手將手柄一端圓銷穿過蝸桿軸一端對定孔，實現(xiàn)另端的內(nèi)六方（外六方）扳手。在套筒扳手的設(shè)置上，采用12 邊形的方式，能夠適用于6 邊螺母、四方螺母以及特殊結(jié)構(gòu)的三角螺母進行有效配合。取下?lián)u柄，則形成內(nèi)六方扳手。圖2為搖柄內(nèi)六方擴展應(yīng)用示意圖。通過連續(xù)回轉(zhuǎn)的方式，將扳手傳統(tǒng)的角度范圍擺動轉(zhuǎn)化為連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，從而提高效率，并通過延長搖柄的長度，減少了勞動的強度。

5.5 小空間

本工裝創(chuàng)新設(shè)計相對于普通的扳手而言，能夠在極小空間深入之后，在外部進行回轉(zhuǎn)傳遞轉(zhuǎn)矩，并且將水平方向上的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為豎直方向上的回轉(zhuǎn)，從而起到空間垂直傳遞運動的效果，能夠在極小空間內(nèi)實現(xiàn)大力矩、改變傳動方式，從而提高其工作范圍和適用空間。圖3 為極小空間內(nèi)的使用示意圖，顯示了其工作狀況。

圖2 搖柄內(nèi)六方擴展應(yīng)用示意圖

圖3 極小空間內(nèi)的使用示意圖

6 結(jié)束語

通過建筑施工設(shè)備螺紋可拆卸連接的穩(wěn)定性和流動性的分析，結(jié)合現(xiàn)在常用的扳手工具進行比較，開展了綜合性的創(chuàng)新設(shè)計。本創(chuàng)新設(shè)計能夠適用于極小空間內(nèi)，具有自鎖性能好、用途廣泛、適用對象多的綜合特點。通過創(chuàng)新設(shè)計所制作的使用模型，在實踐中極大地提高了生產(chǎn)效率，擴展了使用范圍，縮短了安裝維護周期，從而推動了建筑施工設(shè)備的使用和維護。