一種快速旋轉自動棘輪螺絲刀的設計

董沈斌 吳正泉 沈佳曦 張健平 浙江農業商貿職業學院 浙江 紹興 312088

引言

螺絲刀是一種用于螺釘（栓）加固拆卸的機械設備。隨著社會生產的機械化和自動化程度不斷地提高，螺絲刀已廣泛地運用于冶金、建筑等諸多行業的機器設備制造加工和檢測維修的過程當中，來代替傳統的手工操作，特別是對于一些耐壓、承重等關鍵部位，其部件之間的聯接的緊密可靠與否，將直接影響到設備整體的安全運行。螺絲刀的設計要求既要滿足螺釘（栓）緊固的要求，還要考慮操作人員操控的便捷性。

一、市場分析

對市場上現有的兩種維修工具（套筒扳手和一體式螺絲刀）調研分析，發現：1）套筒扳手操作不便，容易與周邊其他部件發生碰觸導致施加力度小，且緊固性差，拆卸效率低，在拆裝較深箱體螺絲時尤為突出；2）一體式螺絲刀在使用過程中，操作繁瑣，當手握螺絲刀旋轉180°后，使用者需另一只手握緊螺絲刀下部，當調整手的位置后，方可繼續作業，且當需要作業的螺絲的力矩較大時，使用者必須用力壓緊螺絲刀，容易導致手心局部受力過大，引發操作危險。

針對市場上現有的機械維修工具提出技術創新，依托紹興市2016年度大學生科技創新項目，設計了一種快速旋轉自動棘輪螺絲刀，如圖1所示。

圖1 快速旋轉自動棘輪螺絲刀

二、結構設計

（1）雙向傳動機構的結構設計如圖2所示，將線性直線運動轉化為旋轉運動，改變現有機械維修工具的扭矩傳遞方式，實現扭矩的雙向旋轉。

（2）棘輪的結構設計如圖3所示（比例1：2）的上、下棘輪，實現了扭矩的快速分離和中斷傳遞。根據雙向螺旋桿傳動原理，采用了雙向的螺旋面嚙合，螺旋線向右上升，正向傳動和反向傳動的螺旋升角均相同。取內側嚙合角65°，齒頂圓直徑為8mm。以G3B2089—80為標準，彈簧中徑取10mm，所能承受的最大載荷為200N。

項目簡介：紹興市2016年度大學生科技創新項目

圖2 雙向傳動機構分解示意圖

圖3 雙向傳動機構分解示意圖

四、技術特點及市場效益

（1）操控模式：創新一種新型螺絲刀的操控模式，使用者手握螺絲刀手柄下壓來實現自動緊固和擰松操作，大大降低了工具對操作空間的需求，解決了市場現有拆裝工具因機械箱體內部零件多而體積小導致的操作不便性和空間局限性。

（2）三工況選擇模式：在不同扭矩范圍內，使用者通過滑動按鈕實現多種工作模式(正向傳動、反向傳動、固定傳動)的切換，螺絲刀的旋轉方向取決于手的按鈕的滑移位置。該模式擴大了產品的扭矩適用范圍和應用范圍，大大增強了實用性。該工況選擇模式實現了對緊固件擰緊和擰松的一體操作，而不需要調整手的位置，提升了工作效率；

（3）滿足市場用戶多元化需求：產品能夠與市面上的不同型號的批頭匹配應用，從而實現不同型號的緊固件的拆裝，提高了其實用性，便于推廣和普及應用。批頭的類型可根據未來市場環境的變化進行擴充設計，具有良好市場通用性。手柄尾部設計有批頭收納盒，可裝入不同型號的批頭，方便作業時隨時替換。

（4）應用范圍廣：主要應用場合有建筑、裝潢、汽車、機械、家用、橋梁、園藝等諸多機械領域設備的拆卸與維護,且在拆裝較深箱體螺絲時尤為便捷。

（5） 定價合理、市場可替代性低：現全球市場上螺絲刀品牌眾多，如SATA世達、博士、寶工、史歷丹等。如何在市場中尋找合適的價格定位，顯得非常關鍵。依據產品的技術優勢、應用范圍及競爭產品的定價，最終制定產品售價55元。

（6）扭矩適用范圍大：以捷達汽車上的螺釘螺栓扭矩為參考，最大緊固件安全扭矩范圍不大于80Nm，可滿足車上95%零件的扭矩范圍。

四、結語

依托紹興市2016年度大學生科技創新項目，開發了一種手壓式雙向自動棘輪螺絲刀，具有半自動緊固和擰松功能以及普通螺絲刀功能，且只需通過手壓就能實現緊固件的自動緊固和擰松，較好的解決了市場上現有的緊固件拆裝工具在使用過程中存在的問題。

基本用戶體驗導向的操控模式降低了工具對操作空間的需求；三工況選擇模式簡化了操作流程，減輕了使用者勞動強度，提升了工作效率（操作時間僅為原來一半），有助于增強國內工具市場競爭力。