手槍鉆保護性結構設計研究

呂偉江　李洋　金丹丹　方子捷

摘 要：隨著市場經濟的發展，人們的物質需求不斷增加，對于家居裝潢業等工作方面對工具的要求也在提高，就現在市場上常見的電動產品來看，往往造型和使用方面實用性高，并且可以提高工作效率的產品或附加工具的產品越發受到顧客的青睞。為了減少手槍鉆在工作過程中的不必要二次做工，改變其傳動結構，用物理機械結構——定向軸承原理，保護螺栓螺絲不被損壞，提高使用者使用手槍鉆的舒適度。

關鍵詞：保護性;手槍鉆;定向軸承;產品改良

一、手槍鉆使用過程的設計現狀研究

在家居裝潢行業較為常見的工具手槍鉆存在著問題。我們發現，市面上現有的手槍鉆采用直軸傳動，當螺絲被擰緊時，直軸傳動易損傷螺絲紋路，造成安裝之后無法拆卸的后果，造成螺絲損壞，手槍鉆使用情況往往是較長時間量，長時間工作時間會使勞動者容易產生疲憊麻木心理，這種狀態下極其容易把螺栓的螺紋或者螺栓螺帽上的十字紋路損壞，而木工螺絲的螺紋或螺栓螺帽上的十字紋路損壞，會導致螺絲的二次拆卸產生巨大的遺留問題，調研后發現市場上現有的手槍鉆開關方式都是以在開關處利用電阻的形式來限制手槍鉆的轉速，但對于初次使用者來說，手上的力度掌握熟練不夠，導致轉速時快時慢，極其容易損傷電鉆本身的機體結構的同時還會影響工作效率。轉速過快時，容易損傷螺絲的螺紋和工作載體，轉速過慢時工作效率太低。使勞動者面臨著工作量加大或者損失螺絲損壞工作平面或二次做工的問題。

二、手槍鉆產品特點

現如今市場上手槍鉆基本為單手手持式電鉆，適合在鋼材、木材和塑料上鉆孔，是手持式電動工具中使用最為普及的工具之一。其特點是夾頭的模式有金屬夾頭和自鎖夾頭兩種卡扣模式，可以更換為鉆頭工作，可更換多種鉆頭，一物多用，或者使用十字或一字批頭擰螺絲。握把處以人機工程學為基礎，符合絕大多數人的操作習慣，提高了操作者的操作舒適度。手槍鉆開關設計分正反向可調節型，并配套有自鎖機構，使用者可以不用長時間捏住開關，減少手指勞動力。

在安全方面，絕緣等級為E級，安全性高，內部安裝有電容器，可以減少對電視機等使用無線電的電器的干擾，減速箱的材料經過高頻熱處理，耐高溫、耐磨損。

三、手槍鉆改良設計研究

十九大以來，國家提倡生態文明建設，那么在產品改良設計中保護環境節約資源的政策要求必然需要得到充分的體現。本次探究旨在現有手槍鉆的基礎上，設計附加工具，不改變原基礎的情況下提高工作效率，減少二次做工，以簡約，實用為設計主題。

通過研究，我們設計了一款手槍鉆的附加配件，作為手槍鉆的一種便攜式附加工具，功能性原則性方面，其內在結構以大幅度的提升工作效率，減少工作失誤率為首要目的，外觀設計以設計美學和人機工程學為基礎，手槍鉆配件不能為了片面的美觀性而導致其實用性下降。手槍鉆作為電動螺絲刀的工作對象常為木頭或較軟的金屬材料，應該具有硬度高、抗沖擊、耐磨損、耐腐蝕等基本特點，保證手槍鉆配套附加工具使用過程中可以正常工作，減少二次重復做工的概率，滿足了上述要求之后，再綜合考慮其外觀造型的合理性。

在產品設計中，產品要進行整體與細節的有機結合，對手槍鉆與其附加套筒進行符合人機工程學的研究，應當以適當降低工人的作業疲勞程度，減少其失誤率，增加其工作效率為核心目的，通過對手槍鉆附加工具的設計改良，減少產品在工作中所帶來的不必要的損耗。作為附加式產品，應當以提高實用性為出發點，在簡單干練的外形設計下要求手槍鉆配件能夠匹配市面上大多數手槍鉆進行使用，同時要不斷推陳出新，適應產品的更新換代。

在直軸傳動的結構下，采用定向軸承原理（定向軸承原理，也叫單向軸承或者超越離合器，包含很多滾軸、滾針或者滾珠，在其固定的滾動位置只能朝著一個方向滾動，反向會產生巨大的阻力或者無法滾動），并對于螺絲鉆入工作載體后螺帽接觸載體面瞬間產生的巨大阻力加以巧妙利用，達到傳動軸承空轉的效果，從而保護螺絲螺紋。 手槍鉆工作時，除卻一些特殊用途的螺栓外，順時針旋轉時螺絲進入載體（比如木頭），如圖（一） ，逆時針旋轉時就是二次拆卸，使螺絲脫離載體。轉軸承順時針工作時，壓片卡住軸承滾珠使電機的動力傳輸至螺絲刀上，當螺絲擰緊后，螺帽和工作載體表面接觸，會產生巨大的阻力，螺絲會把這些阻力施加給螺絲刀，螺絲刀則施加反作用力到軸承滾珠，滾珠受力彈開壓片，壓片沒入凹槽，軸承滾珠逆時針進入空槽，使螺絲刀空轉，從而保護螺栓螺帽和螺絲，如圖（二）。二次拆卸時整個軸承會反向旋轉，軸承滾珠會把軸承卡死固定，應用定向軸承的原理，防止螺絲生銹等情況下軸承受力空轉，導致螺絲拆卸困難。

經過一定的數據分析與調查，團隊成員一致認為如果將這種傳動結構直接加到現有手槍鉆內部傳動系統上，會大幅度增加手槍鉆內部結構的復雜程度和生產成本，于是我們從套筒中得到啟發，把這個傳動方式與套筒相結合，做成手槍鉆的附加式配件，既可減少產品研發的成本，又可避免手槍鉆直軸傳動造成螺栓螺帽和螺絲的損壞。增加了通用性和兼容性，擁有手槍鉆的工作者不必再次購買新式手槍鉆，只需要購買這個配件，就可以在使用過程中有效防止螺紋損壞，減少木工螺絲無法二次拆卸的情況發生，大幅度減少重復做工的發生概率。

四、結語

目前市場上與之類似功能的產品均存在各種問題，若采用風炮裝置體積太大，配套使用需要有空氣壓縮機，便攜程度不夠，這款產品擁有體積小，兼容性高，制造成本低，技術難度低，現有技術完全支持其制造生產。

有效解決減少或防止手槍鉆在工作過程中的不必要二次做工，保護螺栓螺絲不被損壞，減少二次拆卸的所帶來的困擾，提高使用者使用手槍鉆的舒適度。在家居裝潢業和居家等方面都有較大的消費前景，符合可持續發展戰略，節約能源，產品前景可觀。

運用最大眾的定向軸承原理的技術支持，解決最基本的螺栓螺帽上十字紋路損壞問題，為了解決工作者平時工作中的常見問題，手槍鉆附加件傳動機構是符合當代的發展要求和滿足基礎科學的發展，用更加簡單明了的方式來解決工作過程中使用手槍鉆所帶來的問題，成為與其相結合的配套類產品。

參考文獻：

[1]GB3883.《手持式電動工具的安全》.

[2]TS914.5.《電動工具發展概況和趨勢》.

本文指導老師：胡超。