一种快速旋转自动棘轮螺丝刀的设计

董沈斌 吴正泉 沈佳曦 张健平 浙江农业商贸职业学院 浙江 绍兴 312088

引言

螺丝刀是一种用于螺钉（栓）加固拆卸的机械设备。随着社会生产的机械化和自动化程度不断地提高，螺丝刀已广泛地运用于冶金、建筑等诸多行业的机器设备制造加工和检测维修的过程当中，来代替传统的手工操作，特别是对于一些耐压、承重等关键部位，其部件之间的联接的紧密可靠与否，将直接影响到设备整体的安全运行。螺丝刀的设计要求既要满足螺钉（栓）紧固的要求，还要考虑操作人员操控的便捷性。

一、市场分析

对市场上现有的两种维修工具（套筒扳手和一体式螺丝刀）调研分析，发现：1）套筒扳手操作不便，容易与周边其他部件发生碰触导致施加力度小，且紧固性差，拆卸效率低，在拆装较深箱体螺丝时尤为突出；2）一体式螺丝刀在使用过程中，操作繁琐，当手握螺丝刀旋转180°后，使用者需另一只手握紧螺丝刀下部，当调整手的位置后，方可继续作业，且当需要作业的螺丝的力矩较大时，使用者必须用力压紧螺丝刀，容易导致手心局部受力过大，引发操作危险。

针对市场上现有的机械维修工具提出技术创新，依托绍兴市2016年度大学生科技创新项目，设计了一种快速旋转自动棘轮螺丝刀，如图1所示。

图1 快速旋转自动棘轮螺丝刀

二、结构设计

（1）双向传动机构的结构设计如图2所示，将线性直线运动转化为旋转运动，改变现有机械维修工具的扭矩传递方式，实现扭矩的双向旋转。

（2）棘轮的结构设计如图3所示（比例1：2）的上、下棘轮，实现了扭矩的快速分离和中断传递。根据双向螺旋杆传动原理，采用了双向的螺旋面啮合，螺旋线向右上升，正向传动和反向传动的螺旋升角均相同。取内侧啮合角65°，齿顶圆直径为8mm。以G3B2089—80为标准，弹簧中径取10mm，所能承受的最大载荷为200N。

项目简介：绍兴市2016年度大学生科技创新项目

图2 双向传动机构分解示意图

图3 双向传动机构分解示意图

四、技术特点及市场效益

（1）操控模式：创新一种新型螺丝刀的操控模式，使用者手握螺丝刀手柄下压来实现自动紧固和拧松操作，大大降低了工具对操作空间的需求，解决了市场现有拆装工具因机械箱体内部零件多而体积小导致的操作不便性和空间局限性。

（2）三工况选择模式：在不同扭矩范围内，使用者通过滑动按钮实现多种工作模式(正向传动、反向传动、固定传动)的切换，螺丝刀的旋转方向取决于手的按钮的滑移位置。该模式扩大了产品的扭矩适用范围和应用范围，大大增强了实用性。该工况选择模式实现了对紧固件拧紧和拧松的一体操作，而不需要调整手的位置，提升了工作效率；

（3）满足市场用户多元化需求：产品能够与市面上的不同型号的批头匹配应用，从而实现不同型号的紧固件的拆装，提高了其实用性，便于推广和普及应用。批头的类型可根据未来市场环境的变化进行扩充设计，具有良好市场通用性。手柄尾部设计有批头收纳盒，可装入不同型号的批头，方便作业时随时替换。

（4）应用范围广：主要应用场合有建筑、装潢、汽车、机械、家用、桥梁、园艺等诸多机械领域设备的拆卸与维护,且在拆装较深箱体螺丝时尤为便捷。

（5） 定价合理、市场可替代性低：现全球市场上螺丝刀品牌众多，如SATA世达、博士、宝工、史历丹等。如何在市场中寻找合适的价格定位，显得非常关键。依据产品的技术优势、应用范围及竞争产品的定价，最终制定产品售价55元。

（6）扭矩适用范围大：以捷达汽车上的螺钉螺栓扭矩为参考，最大紧固件安全扭矩范围不大于80Nm，可满足车上95%零件的扭矩范围。

四、结语

依托绍兴市2016年度大学生科技创新项目，开发了一种手压式双向自动棘轮螺丝刀，具有半自动紧固和拧松功能以及普通螺丝刀功能，且只需通过手压就能实现紧固件的自动紧固和拧松，较好的解决了市场上现有的紧固件拆装工具在使用过程中存在的问题。

基本用户体验导向的操控模式降低了工具对操作空间的需求；三工况选择模式简化了操作流程，减轻了使用者劳动强度，提升了工作效率（操作时间仅为原来一半），有助于增强国内工具市场竞争力。