淺談創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法在手持工具扳手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究

劉琛逸

摘要：機(jī)械行業(yè)發(fā)展日新月異，隨之帶來(lái)對(duì)機(jī)械工具的性能要求也越來(lái)越高，如何實(shí)現(xiàn)工具更高效的工作，必須對(duì)工具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文以扳手產(chǎn)品為例，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新問題進(jìn)行分析，并按照創(chuàng)新理論對(duì)手動(dòng)扳手進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，闡述了扳手創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的思路、原理及設(shè)計(jì)過程，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)，表明創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法能較好的應(yīng)用于手動(dòng)扳手的設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法；；手持工具扳手；；應(yīng)用與研究

1簡(jiǎn)述

手持工具扳手的產(chǎn)品名稱型號(hào)不同，用途使用范圍也不同。這里介紹定轉(zhuǎn)矩手持工具扳手，供使用參考。

定轉(zhuǎn)矩手持工具扳手是一種能自動(dòng)控制轉(zhuǎn)矩的手持工具扳手。它適用于需要用高強(qiáng)度螺栓連接的橋梁結(jié)構(gòu)、大型鋼塔、鋼結(jié)構(gòu)廠房、冶金設(shè)備的構(gòu)架、大型起重機(jī)架、礦井鋼架等工程中及大型柴油機(jī)、發(fā)電設(shè)備、化工設(shè)備中，要求恒定的夾緊力連接的螺栓也可用定轉(zhuǎn)矩扳手來(lái)緊固。

特別在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中，定轉(zhuǎn)矩手持工具扳手是實(shí)現(xiàn)以“栓焊梁”代替“鉚焊梁”的有效工具。這對(duì)簡(jiǎn)化工地安裝工序、降低建橋成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，從而加速橋梁建設(shè)具有較大的意義。

定轉(zhuǎn)矩手持工具扳手的轉(zhuǎn)矩以電氣裝置來(lái)進(jìn)行控制。這種手持工具扳手具有耗電量少、噪聲小、調(diào)節(jié)靈活、能自動(dòng)停機(jī)、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造的120kgf？m定轉(zhuǎn)矩手持工具扳手是一種靜轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)的扳手。它可作為高強(qiáng)度螺栓的終擰工具，即把初擰過的螺栓再擰到規(guī)定的力矩。[1]

手持工具扳手是裝卸螺紋聯(lián)接件的手持式電動(dòng)工具，廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)電器、動(dòng)力機(jī)械、閥門、水泵、紡織機(jī)械等制造業(yè)的裝配工作中，在化工、水泥預(yù)制件、塑料成型等作業(yè)中則用于生產(chǎn)流程中裝拆真空罐、反應(yīng)釜和水泥模板、帶螺紋塑料件的脫模工作；也可用在鐵道、橋梁、建筑等工程中作水泥軌枕、桁架節(jié)點(diǎn)、角鋼腳手架等結(jié)構(gòu)的安裝、檢修和拆換工作。[2]

2.原理

當(dāng)螺母的端面與工件端面接觸后，阻力矩急劇上升，轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槽使?jié)L珠帶著主動(dòng)沖擊塊克服摩擦力和工作彈簧的壓力向后移動(dòng)，使主動(dòng)沖擊塊與從動(dòng)沖擊塊互相嚙合的牙脫離嚙合。此時(shí)，從動(dòng)沖擊塊不移動(dòng)，而主動(dòng)沖擊塊繼續(xù)向后移動(dòng)。在轉(zhuǎn)過從動(dòng)沖擊塊的牙后，由于工作彈簧的作用使主動(dòng)沖擊塊瞬時(shí)前移，并沿螺旋槽產(chǎn)生一個(gè)角加速度，主動(dòng)沖擊塊撞擊從動(dòng)沖擊塊，兩牙產(chǎn)生碰撞。然后螺旋槽又使?jié)L珠和主動(dòng)沖擊塊后移，脫離嚙合。這樣周而復(fù)始產(chǎn)生一次又一次的碰撞，獲得所需的沖擊力矩，使螺母緊固。

如將電源開關(guān)接到反轉(zhuǎn)位置即可擰出螺母。雙重絕緣單相串勵(lì)手持工具扳手在操作手柄上裝有兩只開關(guān)。一只為工作開關(guān)，是操縱起動(dòng)和停止的；另一只是專門為改變電樞正反轉(zhuǎn)而設(shè)置的，兩只開關(guān)不可接反。[3]

3.結(jié)構(gòu)

手持工具扳手有安全離合器式和沖擊式兩種結(jié)構(gòu)型式。

安全離合器式是一種采用達(dá)到一定力矩時(shí)就脫扣的安全離合器機(jī)構(gòu)，來(lái)完成裝拆螺紋件的結(jié)構(gòu)型式；沖擊式則是采用沖擊機(jī)構(gòu)，以其沖擊力矩完成裝拆螺紋件的結(jié)構(gòu)型式。前者由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出力矩較小，且存在一定的反作用力矩，一般僅適于制造M8mm及以下的手持工具扳手；后者結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造工藝要求高，但其輸出力矩大，且反作用力矩甚小，一般適于制造較大規(guī)格的手持工具扳手。

沖擊式手持工具扳手由電動(dòng)機(jī)、行星齒輪減速器、滾珠螺旋槽沖擊機(jī)構(gòu)、正反轉(zhuǎn)電源開關(guān)、電源聯(lián)接裝置件和機(jī)動(dòng)套筒等組成。

沖擊式手持工具扳手按選用電動(dòng)機(jī)的類型有單相串勵(lì)手持工具扳手和三相手持工具扳手。

單相串勵(lì)手持工具扳手的電動(dòng)機(jī)裝置在塑料外殼內(nèi)。塑料外殼既用作支承電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)件，又是電動(dòng)機(jī)定子的附加絕緣。由于沖擊式手持工具扳手在裝配或拆卸螺紋件時(shí)，裝置電動(dòng)機(jī)的塑料外殼的端面與裝置行星齒輪減速器和滾珠螺旋槽沖擊機(jī)構(gòu)的塑料前罩殼間存在著較大的軸向拉力，以及行星齒輪減速器要求有較高的裝配精度，因此在塑料外殼的止口、軸承室和螺紋聯(lián)接處均設(shè)置金屬嵌件，以增強(qiáng)外殼的剛性，提高塑料外殼的加工精度和聯(lián)接處承受軸向力的能力。[2]

4.工具的觸電保護(hù)措施《手持式電動(dòng)工具的管理、使用檢查和維修安全技術(shù)規(guī)程》（GB3787-93）中，將手持電動(dòng)工具按觸電保護(hù)措施的不同分為三類：

Ⅰ類工具：靠基本絕緣外加保護(hù)接零（地）來(lái)防止觸電；

Ⅱ類工具：采用雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣來(lái)防止觸電；

Ⅲ類工具：采用安全特低電壓供電且在工具內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生比安全特低電壓高的電壓來(lái)防止觸電。

5.根據(jù)環(huán)境合理選用

在一般場(chǎng)所，應(yīng)選用Ⅱ類工具；工具本體良好的雙重絕緣或外加絕緣是防止觸電的安全可靠的措施。如果使用Ⅰ類工具，必須采用漏電保護(hù)器或經(jīng)安全隔離變壓器供電；否則，使用者須戴絕緣手套或站在絕緣墊上。

在潮濕場(chǎng)所或金屬構(gòu)架上作業(yè)，應(yīng)選用Ⅱ類或Ⅲ類工具。如果使用Ⅰ類工具，必須裝設(shè)額定動(dòng)作電流不大于30mA、動(dòng)作時(shí)間不大于0.1s的漏電保護(hù)器。

在狹窄場(chǎng)所（如鍋爐內(nèi)、金屬容器內(nèi)）應(yīng)使用Ⅲ類工具。如果使用Ⅱ類工具，必須裝設(shè)額定漏電動(dòng)作電流不大于15mA、動(dòng)作時(shí)間不大于0.1s的漏電保護(hù)器。且Ⅲ類工具的安全隔離變壓器、控制箱、電源聯(lián)接器等和Ⅱ類工具的漏電保護(hù)器必須放在外面，并設(shè)專人監(jiān)護(hù)。此類場(chǎng)所嚴(yán)禁使用Ⅰ類工具。

在特殊環(huán)境，如濕熱、雨雪、有爆炸性或腐蝕性氣體的場(chǎng)所，使用的手持電動(dòng)工具還必須符合相應(yīng)環(huán)境的特殊安全要求。

6.Ⅰ類工具的保護(hù)接零

前已述及，Ⅰ類工具是靠基本絕緣外加保護(hù)接零（地）來(lái)防止觸電的。采用保護(hù)接零的Ⅰ類工具，保護(hù)零線應(yīng)與工作零線分開，即保護(hù)零線應(yīng)單獨(dú)與電網(wǎng)的重復(fù)接地處連接。為了接零可靠，最好采用帶有接零芯線的銅芯橡套軟電纜作為電源線，其專用芯線即用作接零線。保護(hù)零線應(yīng)采用截面積不小于1.5mm2的銅線。工具所用的電源插座和插銷，應(yīng)有專用的接零插孔和插頭，不得亂插，防止把零線插入相線造成觸電事故。

應(yīng)當(dāng)指出，雖然采取了保護(hù)接零措施，手持電動(dòng)工具仍可能有觸電的危險(xiǎn)。這是因?yàn)閱蜗嗑€路分布很廣，相線和零線很容易混淆，這時(shí)，相線和零線上一般都裝有熔斷器，零線保險(xiǎn)熔斷，而相線保險(xiǎn)尚未熔斷，就可能使設(shè)備外殼呈現(xiàn)對(duì)地電壓，以釀成觸電事故。因此，這種接零不能保證安全，尚須采用其他安全措施。

7.使用與保管

1、手持式電動(dòng)工具必須有專人管理、定期檢修和健全的管理制度。

2、每次使用前都要進(jìn)行外觀檢查和電氣檢查。

外觀檢查包括：

（1）外殼、手柄有無(wú)裂縫和破損，緊固件是否齊全有效；

（2）軟電纜或軟電線是否完好無(wú)損，保護(hù)接零（地）是否正確、牢固，插頭是否完好無(wú)損；

（3）開關(guān)動(dòng)作是否正常、靈活、完好；

（4）電氣保護(hù)裝置和機(jī)械保護(hù)裝置是否完好；

（5）工具轉(zhuǎn)動(dòng)部分是否靈活無(wú)障礙，卡頭牢固。

電氣檢查包括：

（1）通電后反應(yīng)正常，開關(guān)控制有效；

（2）通電后外殼經(jīng)試電筆檢查應(yīng)不漏電；

（3）信號(hào)指示正確，自動(dòng)控制作用正常；

（4）對(duì)于旋轉(zhuǎn)工具，通電后觀察電刷火花和聲音應(yīng)正常。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒慧君，汪利，王石剛，郭為忠；機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)及其方法綜述[J]；機(jī)械設(shè)計(jì)與研究；1998年02期

[2]謝友柏；產(chǎn)品的性能特征與現(xiàn)代設(shè)計(jì)[J]；中國(guó)機(jī)械工程；2000年Z1期