极小空间用螺纹扳手创新设计*

沈辰霏，李永生，王小刚

（扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127）

建筑施工设备具有稳定性和流动性相交替的特点，在建筑施工项目过程中，特定的设备在项目实施期间必须保持良好的连接性能、保证稳定的运转，当项目施工结束后，建筑施工设备将会随着项目的转移而实现设备的拆卸、打包，到新的工作场景之后再进行组装、调试、运行。因此，在建筑施工设备中大量存在可拆卸的连接方式，其中最为主要的方式为螺纹连接，能够较好地运用三角螺纹的自锁性能，满足在固定施工期间的稳定性要求，根据可拆卸的基本特征，满足在建筑施工设备转场过程中的交替性需求，因此螺纹连接在建筑施工设备中大量存在和使用。

现有建筑施工设备螺纹连接的主要操作方式有电动扳手、气动扳手和手动扳手。在扳手的使用过程中，可以通过手动的方式灵活地快速调节，也可以通过电动和气动的方式实现快速调节。二者在完成预紧之后，都需要将扳手取出，以便设备良好地工作。

1 现有工具存在的问题

现有扳手对于螺纹连接的配合对象有特殊的要求，比如普通的手动扳手或者外六方扳手对于螺纹的连接操作，一般仅适用于六角螺帽，而对于特殊的四边形螺帽甚至三角形螺帽，则无法形成有效的配合。

现有扳手功能比较固定，对于外六方和内六方一般都有对应的扳手，两者不具有通用性，特别是手动扳手在换向过程中需要调节其支撑点以保护扳手的工作性能，从而增加了工作负担。

现有扳手对于操作空间要求较高，气动扳手、电动扳手的外在形状较大，不利于在有限的操作空间内进行大范围的操作，特别是对于建筑施工设备的极小空间 （或称为狭小空间、极限空间）无法进行有效的连接，从而难以实现有效的工作； 手动扳手需要有较大的手动操作空间以利于进行有效的操作，对于建筑施工设备的局部操作空间难以形成有效的工作面。

现有扳手不具有自锁性能，当拧紧之后现有扳手必须与旋转对象脱离，无法形成有效的止动效果，仅靠三角螺纹的自锁性能达到连接的目的。在建筑设备冲击载荷的作用下，对于螺纹的防松动提出了更高的要求，尤其是在震动、颠簸等运行状态下，需要增加螺纹的自锁性能。

2 极小空间用螺纹扳手的创新设计思路

针对以上建筑施工设备的使用工况以及现有设备的主要特征而进行创新设计，采用的创新思路是“针对不足，整合特征，优化结构，综合性能”。针对现有扳手进行分析，可以发现每一类扳手都有其个性化的特征，有优点也有不足。当手动扳手演化到气动扳手或者电动扳手的时候减少了人力的操作，但是对于气动扳手的气源有一定的需求，对于电动扳手的电池动力有较高的要求，当气压不足或者电池电量不足的时候，难以维持较持久的工作状态，因此结合人力的持续性与气动扳手和电动扳手的狭小结构而开展特征的整合。

外六旁扳手和内两旁扳手，二者具有适用范围广的特征，在结构上有其公共的相近的操作部分，在连接处有其个性化的特征，结合其公共的结构部分，综合分析其使用范围的性能特征，进行两者之间的创新融合，从而提高设备的适用范围，减少重复的制作。

3 极小空间用螺纹扳手的创新设计内容

3.1 创新设计总体结构

根据创新思路，结合现有的工具特征，创新设计出具有良好自锁性能、能够实现快速换向、综合多种功能的便携性扳手，极小空间用螺纹扳手的创新设计总体结构见图1。适用于狭窄空间的自锁式扳手，包括蜗杆轴、蜗轮套筒和壳体，蜗杆轴周向表面设置有螺纹，蜗轮套筒设置在蜗杆轴的旁侧，且蜗轮套筒周向设置有与所述螺纹相配合使用的齿纹，蜗轮套筒旋转设置在所述壳体内，蜗杆轴贯穿壳体设置，且蜗杆轴的一端设置有六角扳手，蜗杆轴的另一端设置有手柄。其结构简单，使用方便，能有效解决现有技术中存在的安装不便以及安装不顺手导致的连接松动不紧密的问题。

图1 极小空间用螺纹扳手的创新设计总体结构示意图

3.2 创新设计实施方式

具体实施包括蜗杆轴、蜗轮套筒和壳体，蜗杆轴周向表面设置有螺纹，蜗轮套筒设置在蜗杆轴的旁侧，且蜗轮套筒周向设置有与螺纹相配合使用的齿纹，蜗轮套筒旋转设置在壳体内，蜗杆轴贯穿壳体设置，且蜗杆轴的一端设置有六角扳手，蜗杆轴的另一端设置有手柄。本创新设计运用蜗轮蜗杆传动具有单向传递的原理，达到自锁的目的，可以有效防止驱动过程中由于负载急变而松动的现象。

壳体上设置有供蜗杆轴穿过的通孔，蜗杆轴可旋转设置在壳体内。本实施例中壳体为长方体形，一方面为适用蜗杆轴和蜗轮套筒的形状； 另一方面，由于多数箱体都呈方形，因此长方体形的壳体便于判断作用位置是否垂直，避免螺母或螺栓错位的现象发生。

手柄与蜗杆轴相接的一端为内六角扳手，蜗杆轴与手柄相接的一端设置有对定孔，手柄通过内六角扳手以及对定孔与蜗杆轴相接，这里采用六方连接的方式，便于拆装和携带，并且能够保证结合的稳定性，保证操作稳定进行。

手柄呈 “Z” 形，可改变施力方向，并且手柄的握端为摇把，将本该在箱体内作用的力移到箱体外侧，保证操作空间，提高操作效率。

4 极小空间用螺纹扳手的基本工作过程

狭窄空间的自锁式扳手包括蜗杆轴、蜗轮套筒和壳体，蜗杆轴周向表面设置有螺纹，蜗轮套筒设置在蜗杆轴的旁侧、且蜗轮套筒周向设置有与螺纹相配合使用的齿纹，蜗轮套筒旋转设置在壳体内，蜗杆轴贯穿壳体设置，且蜗杆轴的一端设置有六角扳手，蜗杆轴的另一端设置有手柄。

壳体上设置有供蜗杆轴穿过的通孔，蜗杆轴可旋转设置在壳体内。手柄与蜗杆轴相接的一端为内六角扳手，蜗杆轴与手柄相接的一端设置有对定孔，手柄通过内六角扳手及对定孔与蜗杆轴相接。

手柄呈 “Z” 形，将蜗杆轴和蜗轮套筒结合在一起，并且利用蜗杆轴的旋转实现对螺母或螺栓部的旋紧和旋松，并且在蜗杆轴的一端设置手柄，通过内六角扳手和对定孔形成的六方连接方式，便于快速拆装和携带，通过对手柄的旋转，从而改变施力方向和施力方法。本创新设计适用于狭窄空间的自锁式扳手，运用蜗轮蜗杆传动，具有单向传递的性能，能起到自锁的作用，且还可以防止驱动过程中负载急变而松动。

5 创新设计特征

5.1 自锁性

运用蜗轮蜗杆传动，具有单向传递的性能，起到自锁的作用，防止驱动过程中负载急变而松动。特别是通过大的传动比，能够起到较强的增力作用，从而能够在运行过程中达到平稳连续的运行。在建筑施工设备机械转运的过程中，可以将本装置与连接对象一同辐射在转运现场，从而起到良好的保护作用，防止螺纹出现松动情况，特别是防止在建筑施工设备现场多种装卸场合出现松动情况，从而起到在运输过程中防止松动的作用。

5.2 换向性

通过手柄的回转方向变换，改变蜗杆轴转向，从而驱使蜗轮套筒的正转或反转。电动扳手和气动扳手通过马达的选项改变其扭转方向，而手动扳手则需要转换其工作方式，从而改变旋转方向，本工装在创新设计过程中可以通过回转方向直接改变其旋转方向，换向简洁流畅。

5.3 便携性

手柄与蜗杆轴采用六方连接，快速拆装，便于携带。工装创新设计将外在的扳手驱动部分和内部连接部分采用活动连接的方式，并且能够在运行过程中实现快速拆装，以保证携带的方便。

5.4 多功能

蜗轮套筒内部通过增加衫套，实现多规格手柄前端为内六角扳手将手柄一端圆销穿过蜗杆轴一端对定孔，实现另端的内六方（外六方）扳手。在套筒扳手的设置上，采用12 边形的方式，能够适用于6 边螺母、四方螺母以及特殊结构的三角螺母进行有效配合。取下摇柄，则形成内六方扳手。图2为摇柄内六方扩展应用示意图。通过连续回转的方式，将扳手传统的角度范围摆动转化为连续回转运动，从而提高效率，并通过延长摇柄的长度，减少了劳动的强度。

5.5 小空间

本工装创新设计相对于普通的扳手而言，能够在极小空间深入之后，在外部进行回转传递转矩，并且将水平方向上的回转转化为竖直方向上的回转，从而起到空间垂直传递运动的效果，能够在极小空间内实现大力矩、改变传动方式，从而提高其工作范围和适用空间。图3 为极小空间内的使用示意图，显示了其工作状况。

图2 摇柄内六方扩展应用示意图

图3 极小空间内的使用示意图

6 结束语

通过建筑施工设备螺纹可拆卸连接的稳定性和流动性的分析，结合现在常用的扳手工具进行比较，开展了综合性的创新设计。本创新设计能够适用于极小空间内，具有自锁性能好、用途广泛、适用对象多的综合特点。通过创新设计所制作的使用模型，在实践中极大地提高了生产效率，扩展了使用范围，缩短了安装维护周期，从而推动了建筑施工设备的使用和维护。