手枪钻保护性结构设计研究

吕伟江　李洋　金丹丹　方子捷

摘 要：随着市场经济的发展，人们的物质需求不断增加，对于家居装潢业等工作方面对工具的要求也在提高，就现在市场上常见的电动产品来看，往往造型和使用方面实用性高，并且可以提高工作效率的产品或附加工具的产品越发受到顾客的青睐。为了减少手枪钻在工作过程中的不必要二次做工，改变其传动结构，用物理机械结构——定向轴承原理，保护螺栓螺丝不被损坏，提高使用者使用手枪钻的舒适度。

关键词：保护性;手枪钻;定向轴承;产品改良

一、手枪钻使用过程的设计现状研究

在家居装潢行业较为常见的工具手枪钻存在着问题。我们发现，市面上现有的手枪钻采用直轴传动，当螺丝被拧紧时，直轴传动易损伤螺丝纹路，造成安装之后无法拆卸的后果，造成螺丝损坏，手枪钻使用情况往往是较长时间量，长时间工作时间会使劳动者容易产生疲惫麻木心理，这种状态下极其容易把螺栓的螺纹或者螺栓螺帽上的十字纹路损坏，而木工螺丝的螺纹或螺栓螺帽上的十字纹路损坏，会导致螺丝的二次拆卸产生巨大的遗留问题，调研后发现市场上现有的手枪钻开关方式都是以在开关处利用电阻的形式来限制手枪钻的转速，但对于初次使用者来说，手上的力度掌握熟练不够，导致转速时快时慢，极其容易损伤电钻本身的机体结构的同时还会影响工作效率。转速过快时，容易损伤螺丝的螺纹和工作载体，转速过慢时工作效率太低。使劳动者面临着工作量加大或者损失螺丝损坏工作平面或二次做工的问题。

二、手枪钻产品特点

现如今市场上手枪钻基本为单手手持式电钻，适合在钢材、木材和塑料上钻孔，是手持式电动工具中使用最为普及的工具之一。其特点是夹头的模式有金属夹头和自锁夹头两种卡扣模式，可以更换为钻头工作，可更换多种钻头，一物多用，或者使用十字或一字批頭拧螺丝。握把处以人机工程学为基础，符合绝大多数人的操作习惯，提高了操作者的操作舒适度。手枪钻开关设计分正反向可调节型，并配套有自锁机构，使用者可以不用长时间捏住开关，减少手指劳动力。

在安全方面，绝缘等级为E级，安全性高，内部安装有电容器，可以减少对电视机等使用无线电的电器的干扰，减速箱的材料经过高频热处理，耐高温、耐磨损。

三、手枪钻改良设计研究

十九大以来，国家提倡生态文明建设，那么在产品改良设计中保护环境节约资源的政策要求必然需要得到充分的体现。本次探究旨在现有手枪钻的基础上，设计附加工具，不改变原基础的情况下提高工作效率，减少二次做工，以简约，实用为设计主题。

通过研究，我们设计了一款手枪钻的附加配件，作为手枪钻的一种便携式附加工具，功能性原则性方面，其内在结构以大幅度的提升工作效率，减少工作失误率为首要目的，外观设计以设计美学和人机工程学为基础，手枪钻配件不能为了片面的美观性而导致其实用性下降。手枪钻作为电动螺丝刀的工作对象常为木头或较软的金属材料，应该具有硬度高、抗冲击、耐磨损、耐腐蚀等基本特点，保证手枪钻配套附加工具使用过程中可以正常工作，减少二次重复做工的概率，满足了上述要求之后，再综合考虑其外观造型的合理性。

在产品设计中，产品要进行整体与细节的有机结合，对手枪钻与其附加套筒进行符合人机工程学的研究，应当以适当降低工人的作业疲劳程度，减少其失误率，增加其工作效率为核心目的，通过对手枪钻附加工具的设计改良，减少产品在工作中所带来的不必要的损耗。作为附加式产品，应当以提高实用性为出发点，在简单干练的外形设计下要求手枪钻配件能够匹配市面上大多数手枪钻进行使用，同时要不断推陈出新，适应产品的更新换代。

在直轴传动的结构下，采用定向轴承原理（定向轴承原理，也叫单向轴承或者超越离合器，包含很多滚轴、滚针或者滚珠，在其固定的滚动位置只能朝着一个方向滚动，反向会产生巨大的阻力或者无法滚动），并对于螺丝钻入工作载体后螺帽接触载体面瞬间产生的巨大阻力加以巧妙利用，达到传动轴承空转的效果，从而保护螺丝螺纹。 手枪钻工作时，除却一些特殊用途的螺栓外，顺时针旋转时螺丝进入载体（比如木头），如图（一） ，逆时针旋转时就是二次拆卸，使螺丝脱离载体。转轴承顺时针工作时，压片卡住轴承滚珠使电机的动力传输至螺丝刀上，当螺丝拧紧后，螺帽和工作载体表面接触，会产生巨大的阻力，螺丝会把这些阻力施加给螺丝刀，螺丝刀则施加反作用力到轴承滚珠，滚珠受力弹开压片，压片没入凹槽，轴承滚珠逆时针进入空槽，使螺丝刀空转，从而保护螺栓螺帽和螺丝，如图（二）。二次拆卸时整个轴承会反向旋转，轴承滚珠会把轴承卡死固定，应用定向轴承的原理，防止螺丝生锈等情况下轴承受力空转，导致螺丝拆卸困难。

经过一定的数据分析与调查，团队成员一致认为如果将这种传动结构直接加到现有手枪钻内部传动系统上，会大幅度增加手枪钻内部结构的复杂程度和生产成本，于是我们从套筒中得到启发，把这个传动方式与套筒相结合，做成手枪钻的附加式配件，既可减少产品研发的成本，又可避免手枪钻直轴传动造成螺栓螺帽和螺丝的损坏。增加了通用性和兼容性，拥有手枪钻的工作者不必再次购买新式手枪钻，只需要购买这个配件，就可以在使用过程中有效防止螺纹损坏，减少木工螺丝无法二次拆卸的情况发生，大幅度减少重复做工的发生概率。

四、结语

目前市场上与之类似功能的产品均存在各种问题，若采用风炮装置体积太大，配套使用需要有空气压缩机，便携程度不够，这款产品拥有体积小，兼容性高，制造成本低，技术难度低，现有技术完全支持其制造生产。

有效解决减少或防止手枪钻在工作过程中的不必要二次做工，保护螺栓螺丝不被损坏，减少二次拆卸的所带来的困扰，提高使用者使用手枪钻的舒适度。在家居装潢业和居家等方面都有较大的消费前景，符合可持续发展战略，节约能源，产品前景可观。

运用最大众的定向轴承原理的技术支持，解决最基本的螺栓螺帽上十字纹路损坏问题，为了解决工作者平时工作中的常见问题，手枪钻附加件传动机构是符合当代的发展要求和满足基础科学的发展，用更加简单明了的方式来解决工作过程中使用手枪钻所带来的问题，成为与其相结合的配套类产品。

参考文献：

[1]GB3883.《手持式电动工具的安全》.

[2]TS914.5.《电动工具发展概况和趋势》.

本文指导老师：胡超。