多疊式極限空間六方扳手創(chuàng)新設(shè)計(jì)*

程 盼，周維慶，王家珂，戴紅霞

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

扳手是利用杠桿原理，擰轉(zhuǎn)螺栓、螺釘、螺母和其他螺紋緊固件的工具，在建筑、機(jī)械等領(lǐng)域廣泛使用。扳手可分為固定扳手、活動(dòng)扳手、兩用扳手、梅花扳手、鉤形扳手、套筒扳手、內(nèi)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(dòng)扳手，它們分別具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

配合專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和職業(yè)技能的實(shí)踐操作需求，將工具在實(shí)際場(chǎng)景中遇到的問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以改進(jìn)工具的工藝性能，滿足生產(chǎn)的不同使用需求，從而推動(dòng)專業(yè)知識(shí)和技能的應(yīng)用、生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。

1 傳統(tǒng)扳手的主要問(wèn)題

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

2 多疊式極限空間六方扳手的創(chuàng)新思路

結(jié)合專業(yè)知識(shí)分析，將以上問(wèn)題歸納為標(biāo)準(zhǔn)化和通用性的問(wèn)題。一方面，運(yùn)用系列標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)出的成套扳手，體積龐大、攜帶不便；而具有通用性的活動(dòng)扳手，盡管體積較小，但操作不夠標(biāo)準(zhǔn)。因此，標(biāo)準(zhǔn)化和通用性二者是一對(duì)主要矛盾，需要針對(duì)主要矛盾采用對(duì)比分析、優(yōu)勢(shì)整合的創(chuàng)新思路。

1）對(duì)比分析的創(chuàng)新思路。針對(duì)現(xiàn)有扳手的類型和工作狀況進(jìn)行對(duì)比分析，針對(duì)實(shí)際使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，進(jìn)行歸納和總結(jié)，運(yùn)用現(xiàn)有的扳手進(jìn)行實(shí)踐性操作，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)每一種扳手存在的優(yōu)點(diǎn)以及不足，將優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，從而發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)；針對(duì)存在的不足進(jìn)行詳細(xì)剖析，從而激發(fā)能夠改進(jìn)的創(chuàng)新思路。在使用過(guò)程中，固定扳手雖可提高扳手的固定性能，但適用對(duì)象只是1～2 種，既有優(yōu)點(diǎn)又有不足；再與活動(dòng)扳手進(jìn)行比較，活動(dòng)扳手的操作范圍比較大，然而為了有效避免打滑，需要發(fā)揮固定扳手的固定擰緊作用。

2）優(yōu)勢(shì)整合的創(chuàng)新思路。在對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有扳手存在的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行有效整合，能夠設(shè)計(jì)出優(yōu)點(diǎn)突出而缺點(diǎn)較少的工具。市場(chǎng)現(xiàn)有的套筒扳手具有活動(dòng)扳手的特征和單手扳手的擰緊效果，功能強(qiáng)大，但是體積龐大，類型繁多，在使用過(guò)程中攜帶不便。因此，希望在此基礎(chǔ)上能夠整合固定扳手、活動(dòng)扳手、套筒扳手等多種現(xiàn)有工具的主要特點(diǎn)，運(yùn)用整合的思維方式，將各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行集中，從而達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果。

3 多疊式極限空間六方扳手的創(chuàng)新目標(biāo)

核心目標(biāo)是減小體積、擴(kuò)展功能，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、實(shí)用。根據(jù)對(duì)比分析和優(yōu)勢(shì)整合，結(jié)合具體設(shè)計(jì)目標(biāo)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(chuàng)新目標(biāo)細(xì)化為以下5 個(gè)方面：一是利用內(nèi)外層面的組合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外通用的目標(biāo)；二是通過(guò)重合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得此工具體積小巧；三是使用彈性對(duì)定的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速切換的目標(biāo)；四是采用多層疊加 （簡(jiǎn)稱 “多疊”）重合的方式，滿足多種規(guī)格的需求；五是構(gòu)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(shè)計(jì)

多疊式極限空間六方扳手的主體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，具體包括對(duì)定孔、對(duì)定銷、彈簧、工作手柄、多疊六方等，其中對(duì)定孔又可以細(xì)分為對(duì)應(yīng)圓孔、對(duì)定方孔，通過(guò)啞鈴式的對(duì)定圓孔與圓形對(duì)定銷的組合，既實(shí)現(xiàn)單層六方的軸向位置固定，又阻止單層六方在對(duì)定方孔中的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)使用的穩(wěn)定性[1-3]。

圖1 多疊式極限空間六方扳手的主體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

4.1 內(nèi)外層面的設(shè)計(jì)

將多疊式極限空間六方扳手進(jìn)行組合運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外通用的目標(biāo)。不同尺寸的六方扳手，用堆疊套入的方式組合起來(lái)，在不改變體積的情況下，可以適用于有內(nèi)六方或外六方的螺栓、螺母場(chǎng)合，實(shí)用性更強(qiáng)。此處創(chuàng)新設(shè)計(jì)運(yùn)用了綜合的思維方式，將傳統(tǒng)的內(nèi)六方扳手與外六方扳手相結(jié)合，整合到內(nèi)層和外層，形成一體兩用的扳手形式，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外通用。

4.2 重合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

創(chuàng)新設(shè)計(jì)將套筒扳手單個(gè)孤立的狀況進(jìn)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(jiàn)圖2。通過(guò)疊加式的重合，可以最大程度地縮小體積，將傳統(tǒng)套筒扳手多個(gè)套筒的形式，通過(guò)新型材料功能改善和正六邊形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足強(qiáng)度使用需求的情況下，將多個(gè)套筒以分別放置的方式疊加至統(tǒng)一體，從而將龐雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)約化設(shè)計(jì)，具有體積小巧的特點(diǎn)。

圖2 極限空間重合收納狀況

4.3 彈性對(duì)定的設(shè)計(jì)

快速切換結(jié)構(gòu)是保障本創(chuàng)新設(shè)計(jì)能夠廣泛應(yīng)用、提高穩(wěn)定性的重要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)?？焖偾袚Q結(jié)構(gòu)為啞鈴型，其核心部位包括原型的對(duì)定孔 （細(xì)分為對(duì)定圓孔與對(duì)定方孔）、對(duì)定銷及彈簧，特別是在彈簧內(nèi)部設(shè)置方軸，能夠保證在最大結(jié)合強(qiáng)度情況下，方軸在對(duì)定方孔中自由移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切換。

快速切換結(jié)構(gòu)的應(yīng)用原理如下：將對(duì)定銷從對(duì)定孔中拉出，即可將扳手的頭部移除，松開(kāi)對(duì)定銷，在彈簧的作用下，對(duì)定銷插入對(duì)定孔，保持扳手頭部的穩(wěn)定。此結(jié)構(gòu)用于切換不同尺寸的扳手頭部時(shí)，方便、迅速、穩(wěn)定，可滿足實(shí)際使用中的需求，實(shí)現(xiàn)快速切換。圖3 為快速切換結(jié)構(gòu)的應(yīng)用原理圖。在圖3-a 中，對(duì)定銷與一端對(duì)定圓孔相連接，彈簧壓緊；在圖3-b 中，壓縮彈簧，拉出對(duì)定銷，在對(duì)定方孔中移動(dòng)。

圖3 快速切換結(jié)構(gòu)的應(yīng)用原理圖

4.4 多疊重合的設(shè)計(jì)

依照快速切換結(jié)構(gòu)的基本形狀，運(yùn)用對(duì)比分析與優(yōu)勢(shì)整合的創(chuàng)新思路，反復(fù)迭代利用重合設(shè)計(jì)理念和雙層結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多層疊加，形成多疊重合結(jié)構(gòu)（見(jiàn)第46 頁(yè)圖4）。通過(guò)多層六方的結(jié)構(gòu)逐漸堆疊而成，可以通過(guò)快速切換結(jié)構(gòu)，選擇對(duì)應(yīng)六方層，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于多種規(guī)格的內(nèi)六方或外六方螺栓或螺母的旋合需求。因此，通過(guò)多疊重合的創(chuàng)新思路和設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了多種規(guī)格的使用目標(biāo)。

4.5 凹凸變化的設(shè)計(jì)

在實(shí)際工業(yè)使用過(guò)程中，為了達(dá)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(shè)計(jì)成異形，以防止誤操作而造成機(jī)械損毀，增加螺栓螺紋旋合的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。根據(jù)本創(chuàng)新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，可以將螺栓表層設(shè)計(jì)成異形結(jié)構(gòu)，從而將本創(chuàng)新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為專用工具，提高使用的針對(duì)性和機(jī)械連接的專用性，見(jiàn)圖5。此專用工具則可以通過(guò)各個(gè)不同層次的扳手頭部的上下切換，構(gòu)建出所需的扳手形狀，從而實(shí)現(xiàn)專用工具的功能。

圖4 多疊重合結(jié)構(gòu)

圖5 專用工具的組合

5 結(jié)束語(yǔ)

本創(chuàng)新設(shè)計(jì)針對(duì)扳手在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，綜合運(yùn)用了對(duì)比分析與優(yōu)勢(shì)整合的創(chuàng)新思路，將傳統(tǒng)扳手工具的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行集中，在專業(yè)知識(shí)的指導(dǎo)下進(jìn)行開(kāi)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)體積小、功能多、便于攜帶、操作方便的目標(biāo)。該創(chuàng)新設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)扳手占用空間大、功能不足等缺點(diǎn)，思考能夠整合多種規(guī)格的組合方式，開(kāi)發(fā)出一種多疊重合組合的扳手，并且設(shè)計(jì)出啞鈴型的快速切換結(jié)構(gòu)，從而解決了傳統(tǒng)扳手功能不足、攜帶不便等問(wèn)題。