程 盼，周維慶，王家珂，戴紅霞

（揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚州 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、機械等領(lǐng)域廣泛使用。扳手可分為固定扳手、活動扳手、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扳手，它們分別具有各自的優(yōu)缺點。

配合專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和職業(yè)技能的實踐操作需求，將工具在實際場景中遇到的問題進行歸納總結(jié)，運用所學(xué)知識進行創(chuàng)新設(shè)計，以改進工具的工藝性能，滿足生產(chǎn)的不同使用需求，從而推動專業(yè)知識和技能的應(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)定性差的問題。操作工人需要攜帶多種規(guī)格的扳手來滿足使用需求，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)知識分析，將以上問題歸納為標準化和通用性的問題。一方面，運用系列標準化設(shè)計出的成套扳手，體積龐大、攜帶不便；而具有通用性的活動扳手，盡管體積較小，但操作不夠標準。因此，標準化和通用性二者是一對主要矛盾，需要針對主要矛盾采用對比分析、優(yōu)勢整合的創(chuàng)新思路。

1）對比分析的創(chuàng)新思路。針對現(xiàn)有扳手的類型和工作狀況進行對比分析，針對實際使用過程中存在的問題，進行歸納和總結(jié)，運用現(xiàn)有的扳手進行實踐性操作，對問題進行實踐驗證。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)每一種扳手存在的優(yōu)點以及不足，將優(yōu)點進行歸納總結(jié)，從而發(fā)揚優(yōu)點；針對存在的不足進行詳細剖析，從而激發(fā)能夠改進的創(chuàng)新思路。在使用過程中，固定扳手雖可提高扳手的固定性能，但適用對象只是1～2 種，既有優(yōu)點又有不足；再與活動扳手進行比較，活動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)勢整合的創(chuàng)新思路。在對比分析的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有扳手存在的優(yōu)點進行有效整合，能夠設(shè)計出優(yōu)點突出而缺點較少的工具。市場現(xiàn)有的套筒扳手具有活動扳手的特征和單手扳手的擰緊效果，功能強大，但是體積龐大，類型繁多，在使用過程中攜帶不便。因此，希望在此基礎(chǔ)上能夠整合固定扳手、活動扳手、套筒扳手等多種現(xiàn)有工具的主要特點，運用整合的思維方式，將各自優(yōu)點進行集中，從而達到良好的設(shè)計效果。

3 多疊式極限空間六方扳手的創(chuàng)新目標

核心目標是減小體積、擴展功能，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、實用。根據(jù)對比分析和優(yōu)勢整合，結(jié)合具體設(shè)計目標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)新目標細化為以下5 個方面：一是利用內(nèi)外層面的組合，實現(xiàn)內(nèi)外通用的目標；二是通過重合結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使得此工具體積小巧；三是使用彈性對定的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)快速切換的目標；四是采用多層疊加 （簡稱 “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

多疊式極限空間六方扳手的主體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計見圖1，具體包括對定孔、對定銷、彈簧、工作手柄、多疊六方等，其中對定孔又可以細分為對應(yīng)圓孔、對定方孔，通過啞鈴式的對定圓孔與圓形對定銷的組合，既實現(xiàn)單層六方的軸向位置固定，又阻止單層六方在對定方孔中的移動，從而實現(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

4.1 內(nèi)外層面的設(shè)計

將多疊式極限空間六方扳手進行組合運用，可以實現(xiàn)內(nèi)外通用的目標。不同尺寸的六方扳手，用堆疊套入的方式組合起來，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、螺母場合，實用性更強。此處創(chuàng)新設(shè)計運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，從而實現(xiàn)內(nèi)外通用。

4.2 重合結(jié)構(gòu)的設(shè)計

創(chuàng)新設(shè)計將套筒扳手單個孤立的狀況進行疊加，利用多邊形重合的方式，形成了極限空間重合收納狀況，見圖2。通過疊加式的重合，可以最大程度地縮小體積，將傳統(tǒng)套筒扳手多個套筒的形式，通過新型材料功能改善和正六邊形結(jié)構(gòu)設(shè)計，在滿足強度使用需求的情況下，將多個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)進行簡約化設(shè)計，具有體積小巧的特點。

圖2 極限空間重合收納狀況

4.3 彈性對定的設(shè)計

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

快速切換結(jié)構(gòu)的應(yīng)用原理如下：將對定銷從對定孔中拉出，即可將扳手的頭部移除，松開對定銷，在彈簧的作用下，對定銷插入對定孔，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，方便、迅速、穩(wěn)定，可滿足實際使用中的需求，實現(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，對定銷與一端對定圓孔相連接，彈簧壓緊；在圖3-b 中，壓縮彈簧，拉出對定銷，在對定方孔中移動。

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

依照快速切換結(jié)構(gòu)的基本形狀，運用對比分析與優(yōu)勢整合的創(chuàng)新思路，反復(fù)迭代利用重合設(shè)計理念和雙層結(jié)構(gòu)，進行多層疊加，形成多疊重合結(jié)構(gòu)（見第46 頁圖4）。通過多層六方的結(jié)構(gòu)逐漸堆疊而成，可以通過快速切換結(jié)構(gòu)，選擇對應(yīng)六方層，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對于多種規(guī)格的內(nèi)六方或外六方螺栓或螺母的旋合需求。因此，通過多疊重合的創(chuàng)新思路和設(shè)計內(nèi)容，實現(xiàn)了多種規(guī)格的使用目標。

4.5 凹凸變化的設(shè)計

在實際工業(yè)使用過程中，為了達到螺栓、螺母專用的目的，通常將螺栓或螺母的旋合操作部分設(shè)計成異形，以防止誤操作而造成機械損毀，增加螺栓螺紋旋合的強度與穩(wěn)定性。根據(jù)本創(chuàng)新設(shè)計的結(jié)構(gòu)，可以將螺栓表層設(shè)計成異形結(jié)構(gòu)，從而將本創(chuàng)新設(shè)計轉(zhuǎn)化為專用工具，提高使用的針對性和機械連接的專用性，見圖5。此專用工具則可以通過各個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

本創(chuàng)新設(shè)計針對扳手在使用過程中存在的問題，綜合運用了對比分析與優(yōu)勢整合的創(chuàng)新思路，將傳統(tǒng)扳手工具的優(yōu)點進行集中，在專業(yè)知識的指導(dǎo)下進行開創(chuàng)性的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)體積小、功能多、便于攜帶、操作方便的目標。該創(chuàng)新設(shè)計針對傳統(tǒng)扳手占用空間大、功能不足等缺點，思考能夠整合多種規(guī)格的組合方式，開發(fā)出一種多疊重合組合的扳手，并且設(shè)計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、攜帶不便等問題。