自卸式卡盤扳手的設(shè)計(jì)

周雯雯　張濤　胡瀟　孔雨凱

摘 要： 針對(duì)現(xiàn)行車床卡盤扳手的安全隱患，本文闡述自卸式卡盤扳手的設(shè)計(jì)過(guò)程，此種卡盤扳手能提高工作效率，極大地減少安全隱患，形成良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞： 原理 結(jié)構(gòu) 安全

工廠車床加工中，最常用的工具就是卡盤扳手和刀架扳手，工人通過(guò)卡盤扳手將工件夾緊或者松開(kāi)。這種扳手是車床加工中使用最頻繁且不可缺少的工具。

實(shí)際操作中，卡盤扳手使用完畢后必須立即取下，然后開(kāi)啟車床按鈕。倘若操作者嚴(yán)格按照規(guī)定程序操作，就不會(huì)發(fā)生事故，但難免存在個(gè)別操作者，尤其剛開(kāi)始接觸機(jī)床的操作者，往往大意忘記取下扳手，開(kāi)動(dòng)車床后結(jié)果傷人。

由此，鑒于現(xiàn)有卡盤扳手因未能及時(shí)取下而發(fā)生大量事故的這一最主要缺點(diǎn)和不足，我們改進(jìn)、設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)彈出且實(shí)用的卡盤扳手，不僅能減少不必要的安全隱患，同時(shí)能提高生產(chǎn)效率。

一、自卸式卡盤扳手的主要原理及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.主要原理和說(shuō)明。對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)彈出這一關(guān)鍵問(wèn)題，在設(shè)計(jì)之初，我們受到彈簧圓珠筆的啟發(fā)，利用彈簧的彈力實(shí)現(xiàn)扳手自動(dòng)彈出功能。在這次扳手設(shè)計(jì)中，利用彈簧的復(fù)位功能，通過(guò)彈簧對(duì)工作位置和行程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。考慮到此次設(shè)計(jì)的實(shí)際結(jié)構(gòu)主要為圓柱形，且圓柱形彈簧應(yīng)用最為廣泛，制造標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所以決定使用圓柱形壓縮彈簧。

2.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。安全卡盤扳手的主體結(jié)是以現(xiàn)有卡盤扳手為大體輪廓，在軸端部裝有圓柱形壓縮彈簧，通過(guò)彈簧與軸的相互受力作用，起到使用時(shí)自動(dòng)從卡盤彈出這一作用。軸通過(guò)旋蓋于套筒相對(duì)固定，套筒起到保護(hù)整個(gè)扳手主體和彈簧的作用。

扳手主體壁上有3個(gè)大小均勻的通孔，使用時(shí)插入插桿，插桿兩邊尾端經(jīng)過(guò)滾花處理，起到防滑作用。在不受力的情況下，套筒是伸出的，使用時(shí)操作者給軸尾部施加作用力后，同時(shí)頂住彈簧，使彈簧被壓縮，插入插桿，使軸的頂部處于最大工作長(zhǎng)度狀態(tài)。當(dāng)操作者按住軸，拔出插桿時(shí)，軸在彈簧反彈力的作用下，處于自然狀態(tài)。

3. 行程設(shè)計(jì)。為了使產(chǎn)品能夠在彈簧力和操作者施加外力的作用下在一定行程內(nèi)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)拔出插桿后自動(dòng)彈出的保護(hù)功能，需要有限制其行程的零件。我們利用一個(gè)軸和套筒上對(duì)應(yīng)的通孔， 這樣軸只能在其自身鍵槽形通孔的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 通孔的長(zhǎng)度就是扳手工作時(shí)的最大行程，其數(shù)值根據(jù)扳手整體結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)及具體情況設(shè)計(jì)。

行程在此次改進(jìn)設(shè)計(jì)中不作嚴(yán)格要求，只要滿足整個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工作要求即可。具體的工作行程綜合卡盤扳手頭的尺寸、軸的尺寸及工作時(shí)的實(shí)際情況考慮，設(shè)計(jì)行程L=40mm。

二、零部件設(shè)計(jì)

1.插桿設(shè)計(jì)。插桿是該自卸式卡盤扳手的重要部分，此次改進(jìn)設(shè)計(jì)以原先卡盤扳手為雛形，因此插桿是不可少的。扳手的使用者只有通過(guò)插桿才可以將施加的力轉(zhuǎn)換為扳手軸的扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭矩，實(shí)現(xiàn)夾具夾緊。

插桿的長(zhǎng)度和外形采用現(xiàn)有卡盤扳手的尺寸，材質(zhì)為45號(hào)鋼，足夠滿足使用要求。此次設(shè)計(jì)對(duì)插桿進(jìn)行了直徑的改進(jìn)設(shè)計(jì)，插入部分的直徑稍大于其余直徑，轉(zhuǎn)動(dòng)插桿的長(zhǎng)度長(zhǎng)于插入部分的，但總長(zhǎng)度不變。增大力臂，從而增大扭矩，使同樣大的力，達(dá)到事半功倍的效果。3個(gè)通孔與插桿的結(jié)合，更大程度地方便了操作者。同時(shí)插桿的尾部進(jìn)行滾花處理，起到防滑作用。

2.軸、套筒及彈簧的設(shè)計(jì)。該卡盤扳手的軸主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)扳手的自動(dòng)彈出功能，當(dāng)操作者使用完成取出插桿的時(shí)候，軸就在彈簧力的作用下與卡盤產(chǎn)生反作用力，這樣扳手就能自動(dòng)從卡盤中彈出，避免因?yàn)榘馐譁艨ūP中發(fā)生事故。

套筒的作用主要是保護(hù)安全卡盤扳手的整體和內(nèi)部彈簧，套筒只是起到簡(jiǎn)單的保護(hù)作用，在扳手的使用過(guò)程中并不會(huì)受很大的力，不會(huì)承載扭矩和其他較大的外力。因此，此次改進(jìn)設(shè)計(jì)決定采用PVC作為套筒材料。

彈簧的設(shè)計(jì)是該扳手的一個(gè)重點(diǎn)，設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，首先根據(jù)工作情況和性能選定材料，彈簧的材料主要有優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼、不銹鋼和銅合金等。碳素彈簧鋼的價(jià)格較低、強(qiáng)度高、性能好，廣泛應(yīng)用于受靜載荷和有限作用次數(shù)變載荷的彈簧，常用的有25～80號(hào)鋼；合金鋼強(qiáng)度高、彈性好、耐高溫，適用于尺寸較大或者承受沖擊載荷的彈簧；不銹鋼耐腐蝕、耐高溫，適用于腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧。此次改進(jìn)設(shè)計(jì)中，考慮到彈簧的使用環(huán)境是一般常溫環(huán)境，既沒(méi)有腐蝕性介質(zhì)，又沒(méi)有承受較大的沖擊載荷，所受載荷相對(duì)較小，因此采用一般優(yōu)質(zhì)碳素鋼即可，選定材料后確定其許用應(yīng)力。

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