多功能攻絲扳手的設(shè)計(jì)

王 浩，王雪峰，陳 林，包佳偉

（齊齊哈爾大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

現(xiàn)今社會(huì)飛速發(fā)展，而機(jī)械行業(yè)的發(fā)展一直都是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的主要力量，這就更加需要機(jī)械行業(yè)提高自己的制造能力和制造速度，但是在機(jī)械加工過(guò)程中攻制螺紋一直都是一個(gè)非常耗費(fèi)人力的環(huán)節(jié)，在一些中大型機(jī)械上往往會(huì)需要攻制大大小小各種尺寸的內(nèi)外螺紋，工作人員常常配備很多不同規(guī)格的絲錐扳手和板牙扳手，而且在扳手之間相互切換會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。

在鉸制機(jī)件上的內(nèi)螺紋和外螺紋時(shí)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(shí)，又常常使用不同規(guī)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(jīng)濟(jì)、方便，也不便于工具的保管。

本項(xiàng)目的目的是提供一種既能實(shí)現(xiàn)攻絲又能實(shí)現(xiàn)套絲且可裝夾規(guī)格不同的絲錐和圓板牙的扳手。減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，并且提高了整體絲錐扳手的穩(wěn)定性和扳手的強(qiáng)度，對(duì)機(jī)械行業(yè)中螺紋類(lèi)工件加工帶來(lái)很大的便利。

隨著多功能攻絲絞手的進(jìn)一步改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)讓扳手適應(yīng)所有絲錐及扳牙，能更好地適應(yīng)更多加工環(huán)境，通常螺紋類(lèi)工件加工需要更頻繁的交替使用各種型號(hào)的絲錐及板牙，在此方面該項(xiàng)目就能發(fā)揮更大的作用。

項(xiàng)目的主要優(yōu)勢(shì)在于工具更集中，使用范圍更廣，強(qiáng)度更高，操作更方便，更加穩(wěn)定，完全可以代替市場(chǎng)上現(xiàn)有的大多數(shù)絲錐和板牙扳手，用途非常廣泛，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場(chǎng)推廣前景。

1 多功能攻絲扳手的總體結(jié)構(gòu)

多功能攻絲扳手的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其裝配關(guān)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(duì)應(yīng)，中心孔對(duì)齊手柄上方形塊，兩端鎖緊螺母向內(nèi)旋轉(zhuǎn)鎖緊，鎖緊螺母推動(dòng)左右鎖緊塊向中心移動(dòng)，將絲錐或者板牙進(jìn)行鎖死，從而進(jìn)行內(nèi)外螺紋的絞制，手柄中心設(shè)有方形孔，既可以在絞制外螺紋時(shí)讓工件通過(guò)，又可以防止鎖緊塊的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，左右鎖死塊上做有八個(gè)規(guī)格大小不同的絲錐卡口和兩個(gè)板牙卡口，可以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)上大多數(shù)型號(hào)的絲錐和大多數(shù)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(jié)構(gòu)

2 設(shè)計(jì)方案的構(gòu)想

本設(shè)計(jì)把各種規(guī)格的兩種工具結(jié)合到一起，既能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)絲錐及板牙的完美配合工作，同時(shí)兼?zhèn)涠嘁?guī)格板牙、絲錐的配套使用，可以為生產(chǎn)工作中提供極大的方便，提高工作效率，節(jié)約工作時(shí)間，同時(shí)降低了工具采購(gòu)的費(fèi)用。

在確定鎖死方式時(shí)進(jìn)行深入考慮，最終確定為兩端向內(nèi)鎖死的方式，使用螺母向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，螺母自鎖，從而將絲錐或板牙固定，進(jìn)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(gè)規(guī)格卡口尺寸結(jié)合，以保證扳手和多個(gè)絲錐可以進(jìn)行完美配合。

圖2 鎖緊塊的結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)整體材料為HT200，總長(zhǎng)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(nèi)輪廓大小為40mm×15mm。手柄中心設(shè)有方形孔，既可以在絞制外螺紋時(shí)讓工件通過(guò)，又可以防止鎖緊塊的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊塊六邊形面內(nèi)切圓直徑為48 mm。

圖3 手柄的結(jié)構(gòu)

扳手鎖緊塊上逆時(shí)針?lè)謩e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(biāo)準(zhǔn)尺寸下，多功能攻絲扳手在裝夾不同規(guī)格的絲錐或板牙是就可以攻制M1-M30的內(nèi)螺紋和M3-M9的外螺紋，而在平時(shí)的機(jī)械加工中，攻制這樣范圍的內(nèi)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(xiàn)在市場(chǎng)上絲錐板牙扳手零售價(jià)平均在50元左右，配齊這一套工具大概需要花費(fèi)400元左右，而我們?cè)O(shè)計(jì)的多功能攻絲絞手成本加上制造費(fèi)用僅需100元左右，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

圖4 卡口的分布

3 工作強(qiáng)度分析

因?yàn)樵诠ブ坡菁y時(shí)扳手經(jīng)常要承受較大的力，于是對(duì)于扳手的材料和結(jié)構(gòu)要進(jìn)行深入研究，最終確定了一體的手柄結(jié)構(gòu)，使得扳手整體更加結(jié)實(shí)耐用。最終在材料的屈服極限下對(duì)扳手進(jìn)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(nèi)螺紋時(shí)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(diǎn)仍然可以有很小的應(yīng)變，所以可以得出扳手在材料的極限條件下完全滿(mǎn)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(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱(chēng)為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的（較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿(mǎn)足條件（如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問(wèn)題的解。

圖5 多功能攻絲扳手攻制外螺紋時(shí)的有限元分析

4 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)有的絲錐和板牙扳手仍然處在最基礎(chǔ)的一類(lèi)規(guī)格絲錐或板牙對(duì)應(yīng)一類(lèi)扳手的階段，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能的扳手非常稀少，少數(shù)一些扳手雖然可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，但卻存在諸多弊端，不能大范圍進(jìn)行推廣，我們?cè)O(shè)計(jì)的扳手針對(duì)這些弊端進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，從而可以更好地適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

參閱國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)到目前為止鉸制機(jī)件上的內(nèi)螺紋和外螺紋時(shí)需分別使用裝夾絲錐和裝夾圓板牙的兩種扳手，沒(méi)有能夠同時(shí)裝夾兩種工具的復(fù)合扳手，同時(shí)加工不同規(guī)格的螺紋工件經(jīng)常需要更換不同的扳手，這樣就常常造成工具使用的數(shù)量過(guò)多復(fù)雜化。通過(guò)對(duì)以往文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)研的分析，可以將絲錐扳手和板牙扳手結(jié)合到一起制作一種多功能化的一種創(chuàng)新型工具。

因此把各種規(guī)格的兩種工具結(jié)合到一起就是非常有必要的，既能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)絲錐及板牙的完美配合工作，同時(shí)兼?zhèn)涠嘁?guī)格板牙、絲錐的配套使用，可以為生產(chǎn)工作中提供極大的方便，提高工作效率，節(jié)約工作時(shí)間，同時(shí)極大降低了工具采購(gòu)的費(fèi)用。