锥型柱和锥型螺母共同组成螺杆的末端，它被置于U型卡扣3的内部中空结构中，并与螺杆相连接。该零件中间有内螺纹，并能与螺杆相适配。零件两端的直径均小于中间连接处的直径，并正好能与U型卡扣3内部中空结构的锥形适配。当螺杆旋转时，该装置会朝着卡扣底座方向移动，使卡扣膨胀，进而卡紧断丝。

                                                       图2 锥型柱和锥型螺母结构示意图
                                                     2-锥型螺母， 5-安装孔一，13-锥型柱
        U型卡扣3外围是圆柱体，并在锥型柱13与螺杆12连接的一端安装了底座。这个圆柱体结构是由2个弧形块固定安装在U型卡扣3的底座上形成的。而这 2个弧形块之间留有间隙，并且设置了若干条垂直于卡扣底座的U型凹槽，以此增加与断丝之间的摩擦力，防止使用过程中出现滑脱的状况。U型卡扣的内部是承锥形的中空结构，它在底座的一端内径尺寸要小于另一端的内径尺寸，并且能与其内部的锥型柱13相适配。U型卡扣3的底座上有一个能与螺杆12相适配的安装孔6。在安装孔的两侧分别设置了两个对称的突出柱体10和11，并刚好能和可拆卸手柄4上的两个安装孔相适配。U型卡扣和锥型柱及锥型螺母共同组成该装置的膨胀结构，并且由于其内部形状像适配，所以可以在不转动螺杆的时候卡住锥形柱，防止它被来自管壁的压力挤出。

                                             
    
        可拆卸式手柄4上有一个能与螺杆直径相适配的安装孔四8，使其能够穿过手柄。在安装孔四8
两侧对称的两个安装孔刚好能与U型卡扣上的两个突出柱体相结合，以此卡住U型卡扣的2个弧形块。再通过旋转扳手的方式就能在不破坏母丝的条件下将断丝旋转取出了。

         1．2机械类断丝取出器的工作原理
        通过螺杆与锥型螺母的相互配合，使卡扣与断丝内壁紧贴，从而卡紧断丝，再拧动手柄使卡扣与断丝更精密的贴合，进而达到取出断丝的效果。可以根据不同的断丝尺寸更换合适尺寸的U型卡扣来实现断丝的取出。具体分为以下几个步骤：
        （1）先将螺杆12一端的标准螺母1取下，选择和水龙头断丝直径尺寸适配的U型卡扣3从安装孔二6套入螺杆12，再把可拆卸式手柄4通过安装孔四8套入螺杆12，将U型卡扣3安装有锥型螺母2的一端插入水龙头断丝内，使U型卡扣与断丝内壁紧密贴合，实现基本固定。螺杆和锥型柱装配结构示意图如图4所示。

                                                                         
        （2）用可拆卸式手柄4上的安装孔三7和安装孔五9依次对准并套入U型卡扣2底座上的两个突出柱体10和11，以此卡住U型卡扣的2个弧形块。再拧动手柄使卡扣上带有U型凹槽的圆柱体结构推进至水龙头断丝内，并向水管内部方向旋转螺杆。因为锥形柱外形与卡扣内部相适配，而且水管内壁本身对其存在压力，故径向摩擦力较大，所以当螺杆旋转时，锥形螺母不会一同径向旋转，但如果螺杆的扭转力足够大，则能拉动锥形螺母向卡扣底座方向移动。而随着底座和锥形螺母的距离减小，螺杆末端也会越来越膨胀，卡扣与内部螺母，外部断丝之间的压力都会增加。而当螺杆停止旋转时，卡扣内壁间的轴向静摩擦力可以防止锥形螺母被挤出卡扣，以此达到相对静止的状态。而U型卡扣外壁的凹槽能进一步的增加卡扣与断丝之间的摩擦力，来实现两者的紧密贴合。U型卡扣剖面结构示意图如图5所示。

        （3）当卡扣和断丝的贴合程度达到一定要求时，即可转动可拆卸手柄，将断丝扭出。由于手柄转动方向仅为径向旋转，故水管内螺纹在轴向上不会受到很大的外力，因此很好地保护了水管的内螺纹，方便下一个水龙头的安装。在实际生活中可以根据水龙头型号的不同更换不同直径的U型卡扣，来满足不同水管的需求。U型卡扣底座装结构图如图6所示。

                                 
        2机械类断丝取出器的优势与应用
        2.1  断丝取出器改良后的优势
        目前的水龙头断丝取装置大多需要一定的操作技巧，不然操作不当极易造成滑丝，破坏水管内壁，因此我们需要设计一款便于操作且不易破坏水管的断丝取出装置。而改良后的机械类断丝取出器可以利用螺杆与锥型螺母的相互配合以及U型卡扣的膨胀来达到卡紧断丝的效果，同时也可以根据不同的断丝的尺寸更换不同大小的U型卡扣，从而实现断丝的取出。
与现有技术相比，改良后的装置存在以下几点优势：
        （1）相比于传统的呈锥形的反丝钢柱，机械类断丝取出器基本不需要在轴向施加压力，因此很好地保护了水管的内螺纹，方便下次安装。
        （2）操作更为简单。传统的断丝取出器对使用者的专业水准有一定要求，防止损坏内螺纹。而该装置操作便捷，简单安全，可供家庭或没有维修经验的人群使用。
        （3）可以根据不同水管尺寸更换不同直径的卡扣，使大多数不同类型的水龙头断丝问题都可以得到解决。
        （4）制造成本低，适合大批量生产。因为该装置主要结构都可以由一些基本件组成，所以在工艺和生产方面的要求不高，适合低成本大批量生产，便于生产生活。
        2.2  断丝取出器的应用前景
        与传统断丝取出装置相比，本产品具有使用简单，操作方便的特点。由于目前市场上通用的断丝取出器操作较为复杂，对使用者技术要求较高，不便于居家使用，一般由专业维修队来操作。本项目通过改进操作方法和结构设计，使操作更简单便于使用，面对家庭生活生活需求有较大的市场。而对于维修行业来说，该装置可以很大程度降低维修难度，使维修人员更容易上手，且不会担心用力过猛而损坏内螺纹的情况，因此在这方面也可以取代一部分传统取丝装置的市场，使取出断丝变得更加便捷。
        3缺陷与改进
        经过物理实验发现，该装置目前尚存在以下几个问题需要注意：
        （1）U型卡扣在使用过程中会挤压锥形螺母，使它容易向水管内部产生一个较小的相对位移，从而降低末端的膨胀大小，进而减小装置与断丝的贴合程度，不利于断丝的取出。因此在实际生产中应当适当增加U型卡扣内壁的摩擦系数，保证便于螺杆旋转的同时尽量避免锥形螺母的后移，来确保卡槽与断丝之间的精密贴合。
        （2）U型卡扣圆柱体的材料选择有较高要求。材料过软则容易损坏，过硬则不便于膨胀伸缩。本装置采用的是马氏体不锈钢作为U型卡槽的材料。其具有强度高，塑性低的特点,但由于可塑性较差，对加工也有一定要求[6][7]。实际生产中可以寻找更合适的柱体壁材料并进行力学实验分析。
        （3）U型卡扣圆柱体结构外圈U型凹槽易磨损。随着使用次数的增加，部分外壁的凹槽容易被磨平。因此在实际生产时应注意设计合理合适的槽距和深度，避免由于凹槽磨损致使卡扣外壁的摩擦力减小，使用过程中出现打滑或贴合不紧的情况。
        4  结论
        针对水龙头断丝难以取出的问题，并结合目前市面上的断丝取出器所存在的缺陷，本文讨论并分析了一种新型机械类水龙头断丝取出装置。该装置可以通过螺杆与锥型螺母的相互配合，使卡扣与断丝内壁紧贴，从而卡紧断丝，再拧动手柄使卡扣与断丝更精密的贴合，进而达到取出断丝的目的。该装置既能有效解决水龙头断丝不易取出的问题，同时还具备操作便捷，价格低廉且不会损坏管道内螺纹的特点。使普通居民也可以简单使用，且断丝取出过程不会对水管造成损害，使其仍能正常工作，无需更换。本文对机械类断丝取出器的结构和性能方面进行了初步的分析和探讨，得出了该装置机械结构方面带来的优点和发展前景，同时也指出了目前存在的不足与之后的改进方向。为之后机械类断丝取出装置的设计提供了有效参考。
参考文献
[1]杨春华. 水龙头产品质量安全管理体系建设研究--以南安市为例[D]. 福建：华侨大学，2017.
[2]张华. 家居装饰水龙头的理性选择[D]. 河北：河北师范大学，2013.
[3]陈忠伟. 一种断丝取出装置：中国，201320587758.0[P]. 2013-09-23
[4]徐功懋. 膨胀螺丝[J]. 中国学术期刊，1977，（1）：63-64.
[5]王歆卢，成江. 建筑幕墙中膨胀螺栓的设计[J]. 哈尔滨商业大学学报，2004，20（5）：615-617.
[6]胡 凯，武明雨，李运刚. 马氏体不锈钢的研究进展[J]. 铸造技术，2015，36（10）：2394-2400.
[7]徐海峰，曹文全，俞 峰，许 达，李 箭. 国内外高氮马氏体不锈轴承钢研究现状与发展[J]. 钢 铁，2017，5（21）：53-63.