一種可用于狹小操作空間的快回式活動扳手

田曉凡，譚 超，黃超杰，李一萌

（江蘇大學，江蘇 鎮江 212003）

0 引 言

活動扳手的開口寬度可在一定范圍內調節，是用來緊固和起松不同規格的螺母和螺栓的一種常用工具，在裝配機床或備件及交通運輸、農用機械維修等裝配領域中有著十分廣泛的基礎需求和應用。對于傳統的活動扳手，當轉動扳手手柄時，扳手頭與螺紋緊固件之間的幾何約束使兩者一起轉動。由于操作空間的限制及扳手轉動時開口尺寸的固定，往往在轉過一定的角度后需將扳手卸下，然后再重新套到螺紋緊固件上，再次擰動。故普通活動扳手在使用時較繁瑣，且難以在操作空間狹小的場合應用。

基于以上問題，為了能在狹小操作空間內實現連續擰緊操作，本文提出了一種快回式便捷活動扳手，對扳手頭部及扳手頭與手柄的連接處進行結構優化，進行了快回式扳手的設計，最后通過機械加工的方法制作出扳手樣機并進行了螺紋緊固件的裝配實驗?？旎厥交顒影馐帜軌蚨虝r間內歸位，省時省力，提高工作效率，并能適用于更多的場合。

1 結構設計

1.1 扳手頭部設計

普通活動扳手頭的結構主要由活動扳唇、固定扳唇、蝸輪、軸銷和手柄組成，轉動蝸輪，就可調節扳口的大小，以實現擰動不同尺寸螺紋緊固件的功能?？旎厥桨馐譃榱藢崿F連續擰動操作，將固定板唇拆分為兩個零件，包括與活動扳唇相對的扳手頭1 和與手柄相連接的扳手頭2（如圖1），扳手頭1 和扳手頭2 通過回轉銷連接，故扳手頭2 可繞回轉銷的軸旋轉?；剞D銷上繞有扭力彈簧，扭力彈簧是一種產生扭轉力的螺旋彈簧，用來承受扭轉變形。

活動扳唇上有蝸輪結構，此蝸輪結構與安裝在軸銷上的蝸桿相連接，軸銷與扳手頭1 通過螺紋連接。軸銷上除安裝蝸桿外，還安裝有推力彈簧和方擋片。方擋片的一端靠在蝸輪上，另一端不僅與扳手頭2 相接觸，還靠著推力彈簧，而推力彈簧另一端緊靠在扳手頭1 的內側壁上，具體結構見圖2。

圖1 快回式活動扳手的結構組成

圖2 蝸輪與蝸桿連接結構（已隱藏扳手頭2）

當采用此扳手來擰動螺紋緊固件時，在扳手手柄處施加順時針的力矩時，扳手整體順時針轉動，擰緊螺紋緊固件。在此過程中，活動扳唇不會與扳手其他部分發生相對運動，這是由于扳手頭2 與方擋片相接觸，方擋片阻礙蝸輪和蝸桿的運動，故而開口不會變大，也就是說，擰緊螺紋緊固件時，此扳手相當于普通活動扳手。

使用扳手將螺紋緊固件轉過一定角度后，需將扳手回位，也就是扳手頭1 與螺紋緊固件的接觸面由1 變為2，活動扳唇與螺紋緊固件的接觸面由3變為4，見圖3。在扳手手柄處施加逆時針的力矩，扳手手柄帶動扳手頭2 轉動，由于扳手頭2 與扳手頭1 通過回轉銷連接，故而扳手頭1 保持在原位置，但由于回轉銷上扭力彈簧的存在，會使扳手頭1 有逆時針轉動的趨勢。由于扳手頭1 與扳手頭2 發生相對轉動，方擋片不再與扳手頭2 接觸，則方擋片可動。扳手逆時針旋轉，螺紋緊固件對活動扳唇有推力作用，活動扳唇上的蝸輪將力傳遞給蝸桿，進而傳遞給方擋片，方擋片會向外運動，所以蝸輪和蝸桿也能向外運動，扳手的開口變大，則扳手頭部不需抬起，就能逆時針轉動，回到原位，實現快回功能。

圖3 活動扳手與螺紋緊固件的接觸情況

1.2 扳手手柄設計

扳手頭2 與手柄通過銷釘相連接，扳手頭2 底端的鋸齒狀結構，與短銷接觸，短銷與長銷通過曲面接觸，長銷的端面與手柄中的彈簧接觸，具體結構見圖4。采用此結構，可使手柄繞銷釘旋轉一定角度，使扳手能在狹小操作空間內實現擰緊操作。

一般情況下，扳手頭2 與手柄不發生相對運動。但按動長銷時，長銷向內側運動，彈簧受壓，短銷與長銷的接觸位置改變，由曲面變為平面，則短銷會向下運動，不與扳手頭2 的底端接觸。然后將手柄繞銷釘旋轉一定角度，撤銷施加在長銷上的力，彈簧恢復原狀態，會對長銷施加向外的推力，使長銷回到原位置，短銷與長銷的接觸面變成原來的曲面，短銷重新與扳手頭2 的底端接觸，只是接觸的齒面有所改變。通過此操作，就可使手柄繞銷釘旋轉。

1.3 活動按鈕設計

在扳手頭2 的中部有一個卯槽結構。銷和小方銷可分別從扳手頭2 的兩側安裝在卯槽結構中，并裝配在一起，組成活動按鈕?；顒影粹o的擋位有兩個（圖5），按鈕位于擋位1 時，此按鈕不起作用；按鈕位于擋位2 時，當逆時針旋轉扳手時，此活動扳手的扳手頭1 與扳手頭2 不會發生相對運動，這是由于按鈕阻礙了固定扳唇繞回轉銷轉動。也就是說，此按鈕起切換模式的作用，按鈕在擋位1 處，此扳手是快回式活動扳手；按鈕在擋位2 處，此扳手是普通活動扳手。

圖4 扳手頭2 與手柄連接處的具體結構

圖5 活動按鈕的擋位

2 活動扳手的加工

2.1 加工方法

活動扳手的各個零件都可以通過機械加工和金屬線切割的方法得到，其中扳手頭1 直接制作較為繁瑣。故購置了一個普通的活動扳手，將其固定扳口再次加工后作為扳手頭1。扳手在機械加工之前需進行定位和夾緊，由于普通扳手的手柄用不到，故在手柄的前部和后部分別鉆一個孔（圖6），用以裝夾。并將手柄上下表面銑削加工成平行的，保持其相互平行，以減小定位誤差。

為了安裝扳手，我們制作出一個專用夾具（圖7）。先對夾具的上下表面進行銑削加工，保持其相互平行，以減小加工誤差。然后在其上表面鉆兩個孔，兩孔之間的距離與手柄上兩孔之間的距離相等。將手柄安裝在夾具上，以固定板口上兩條垂直輪廓線的延長線的交點作為機床加工原點,對板口的正反表面進行數控銑加工。

圖6 活動扳手坯料

圖7 夾具

2.2 樣機試驗

運用數控加工和金屬線切割的方法加工快回式活動扳手樣機。

在快回式活動扳手的手柄上施加順時針力，如圖8 所示，扳手頭1 和扳手頭2 不會發生相對運動，此時，快回式活動扳手的結構和傳統活動扳手一樣，快回式活動扳手帶動螺紋緊固件一起轉動。當進行回程操作時，扳手頭2 和扳手頭1 發生相對運動，活動扳唇會稍微向外側移動，快回式活動扳手在開口處張開（圖9），在回程角度增大到一定程度時，會聽到“咔”的響聲，扳手頭1 和活動扳唇迅速回位。

圖8 順時針擰緊操作

圖9 逆時針回程操作

3 結 語

該快回式活動扳手針對操作人員在擰動螺紋緊固件時，需反復抬起和放正扳手的問題展開研究，為提高工作效率而設計。該扳手實現了快速回程功能，無需抬起，就能連續擰動螺紋緊固件，省時省力。同時，生產工具的改進和創新，也在促進著社會的發展和進步。