【正文】 等歐洲電動工具廠開始生產(chǎn)雙重絕緣結(jié)構(gòu)的電鉆。1961 年，美國 Blacramp。 我國電動工具制造史也是由電鉆開始的。新中國成立后，上海華生和亞美電器廠分別仿制生產(chǎn)英國狼牌電鉆。1965 年，沈陽電動工具廠試制成功 JIZ10 型雙重絕緣電鉆； 1988 年，上海宇宙電動工具廠開發(fā)成功 JODSZ016 型電池式雙速多能電鉆。 存在的問題與解決方案 由于我國電動工具生產(chǎn)起步較晚，因此我國的產(chǎn)品始終與國外先進(jìn)水平有著一定的差距。國產(chǎn)的電鉆單位重量出力大都在 120w/kg 以下，國外電鉆都在150w/kg，有的甚至超過 200w/kg。國內(nèi)僅有部分產(chǎn)品采用電子調(diào)速，電子控制產(chǎn)品則剛開發(fā)。據(jù)了解，國產(chǎn)電鉆噪聲約比國外高 2 分貝以上，有的還有高頻尖叫 聲，國外先進(jìn)產(chǎn)品聲音柔和，對人體健康危害小。四是在外殼設(shè)計上不夠完美。此外，我國產(chǎn)品的平均使用壽命也較國外低?？梢酝ㄟ^提高電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，使額定負(fù)載轉(zhuǎn)速與空載轉(zhuǎn)速基本相同來提高單位重量出力，還可采用深槽定子結(jié)構(gòu)、提高絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級、提高電動湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 機(jī)額定轉(zhuǎn)速等技術(shù)措施。 三、減小噪聲和振動。此外，電鉆在工作時會干擾無線電和電視，應(yīng)安裝無線電干擾抑制電容器。故采用人體工程學(xué)原理設(shè)計電鉆的外殼，具體包括材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計、手柄的設(shè)計等。其中第四章傳動裝置的設(shè)計是本次設(shè)計的核心，也是本設(shè)計最困難、工作量最大的一部分，匯集了大量的計算公式和圖表說明，軸承、鍵等標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)均通過嚴(yán)格查表而得。 4 第 2 章 電鉆的總體設(shè)計方案 電鉆的結(jié)構(gòu)及工作原理 電鉆由電動機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、鉆夾頭、外殼、開關(guān)、電源聯(lián)接裝置等部分構(gòu)成。 主要技術(shù)參數(shù)的確定 根據(jù) [1]單相串勵電鉆性能數(shù)據(jù)表，初步選定所設(shè)計的電鉆主要技術(shù)參數(shù)列于表 。其傳動裝置簡圖如下： 123 4 1— 齒輪 2— 軸齒輪 3— 風(fēng)扇 4— 電動機(jī) 圖 電鉆傳動裝置簡圖 5 第 3 章 電動機(jī)及電器元件的選擇 電動機(jī)的選擇 電動機(jī)是電鉆的驅(qū)動源，可謂電鉆的“心臟”。其中使用最廣泛的是 單相串勵電動機(jī)，據(jù)統(tǒng)計在交流電動工具中有 95% 使用這種電動機(jī)，其特點是：轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、啟動轉(zhuǎn)矩大、過載力強(qiáng)等，適用于交、直流兩種電源。 單相串勵電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和規(guī)格 單相串勵電動機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、電刷裝置及風(fēng)扇等部件組成，其中定子由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，定子鐵心是由硅鋼片沖制成具有凸級的定子片疊壓而成的，一般為 2 極，凸級上繞有勵磁繞組。為簡化工藝，轉(zhuǎn)子鐵心的槽，一般與轉(zhuǎn)軸軸線相平行，也可以疊裝成斜槽形式。 [1]冷卻風(fēng)扇也裝置在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上。 1974 年，電動工具行業(yè)在 DT 系列單相串勵電動機(jī)中擇優(yōu)選取了 56? 、 71? 、 90? mm三擋沖片進(jìn)行了單相串勵電動工具的設(shè)計，本次設(shè)計的電鉆所用的電動機(jī)將從這三檔沖片中選擇。表中數(shù)據(jù)來源于 [1] 單相串勵電動機(jī)性能數(shù)據(jù)表。 表 定子沖片 1D ()mm 輸出功率()PW 電壓 ()UV 頻率 ()fHz 電流 ()IA 轉(zhuǎn)矩 ()tMNm? 轉(zhuǎn)速 ( min)nr 效率 (%)? 71 385 220 50 13200 68 功率因數(shù) cos? 風(fēng)扇直徑1()BD mm 換向器直徑eD ()mm 換向器片數(shù) 電刷長度()bacm 電刷寬度()bbcm 定子內(nèi)徑12()Dcm 轉(zhuǎn)子直徑2()Dcm 64 26 33 轉(zhuǎn)子內(nèi)徑22()D cm 鐵心長度()Lcm 氣隙長度? ?gcm 槽數(shù) Z 轉(zhuǎn)子齒寬 ? ?cm 定子軛高 ? ?cm 11 定子沖片 1D ()mm 轉(zhuǎn)子內(nèi)徑? ?22D cm 鐵心長度? ?Lcm 氣隙長度? ?gcm 槽數(shù) Z 轉(zhuǎn)子齒寬 ? ?cm 定子軛高 ? ?cm 56 9 5 71 11 90 19 7 風(fēng)扇 的選擇 通常在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝有風(fēng)扇，用以進(jìn)行冷卻。為減輕重量，采用工程塑料制造風(fēng)扇。在本章 電動機(jī)的選擇中已確定風(fēng)扇的外徑為 64mm,定子鐵心外徑為 71mm，符合要求。 風(fēng)扇底板有平板式和傾斜式兩種。換向器由銅或銀等材料制成梯形換向片、塑料、內(nèi)襯套、云母片組成。半塑性換向器是在換向片間用云母片隔開，其下部壓入玻璃纖維酚醛塑料，不但使換向片、云母片、銅襯套等固定，使之構(gòu)成 圓柱體，而且起到絕緣作用。云母片不允許高于換向器的圓柱面，以免凸出的云母絕緣會使電刷和換向片接觸不良而在換向器上形成火花，并加快電刷磨耗。溝形換向器的換向片端部有一舌形小溝，轉(zhuǎn)子繞組引線繞在小鉤上，點焊，連接質(zhì)量好。換向片燕尾槽內(nèi)設(shè)有鋼制加強(qiáng)環(huán)，或用無緯玻璃帶繞制的絕緣加強(qiáng)環(huán)，機(jī) 械強(qiáng)度較高；無環(huán)則強(qiáng)度一般。其規(guī)格尺寸如表 。 表 型號 結(jié)構(gòu) 片數(shù) 內(nèi)徑/mm 外徑/mm 總高/mm 片高/mm 溝長 /mm 鉤外徑 /mm DZQDRAD441 鉤型加固 24 10 30 8 電刷裝置的選擇 電刷裝置由電刷、刷握和彈簧等組成，其結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證電刷能在正確的位置與換向器保持連續(xù)不斷的全面的良好接觸，使其接觸電壓降保持恒定?？ㄊ浇Y(jié)構(gòu)是盤簧通過導(dǎo)電片把電刷壓在換向器表面，隨著電刷的磨短，盤簧、導(dǎo)電片和電刷下移，當(dāng)電刷磨損使得盤簧、導(dǎo)電片被凹槽底部擋住，電刷就不再受壓，電流不再導(dǎo)通，此時需更換新電刷。辮式結(jié)構(gòu)是壓縮彈簧作用于電刷上，使之與換向器表面接觸，彈簧隨著電刷磨短而伸長，同時電刷辮也逐漸伸直，當(dāng)電刷磨至刷辮完全伸直時，彈簧不再對電刷施壓，此時電刷與換向器面脫離接觸，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)電刷磨到某一位置時，反力彈簧作用力使塑料芯沖破電刷面，同時電刷脫離換向器表面，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。芯式結(jié)構(gòu)能彌補(bǔ)這一不足，但是加工 要求較高，成本也高。 電刷也稱為“碳刷”，一般采用電化石墨制成，形狀為長方形，上裝有彈簧及引線。電刷除接通轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組外還起到電流換向作用。電刷與高速旋轉(zhuǎn)的換向器面接觸是熱動接觸，且有一定壓力，故電刷與換向器間存在著機(jī)械磨損的振動，電流換向時產(chǎn)生火花使用不當(dāng)時，火花會很嚴(yán)重，從而使換向器壽命大大縮短，影響電動工具正 常工作。 電動工具用電刷常用的型號為 D374L，由表 可知電刷長度為 8mm,寬度為 5mm， 根據(jù)電刷規(guī)格、結(jié)構(gòu)形式及性能表，查出所選電刷的規(guī)格及性能數(shù)據(jù)列于表 中，電刷的結(jié)構(gòu)如圖 所示。m 硬度/HRC 電流密度/As1 使用壓力/kPa D374L 5 8 16?? 29 50 90 12 50 ～ 1電刷 2引出線 3彈簧 4引線銅片 圖 9 開關(guān)的選擇 開關(guān)是電鉆控制電動機(jī)的元件，其主要功能是接通和斷開電源。由于開關(guān)直接與人接觸，為防止觸電，開關(guān)、手柄、自鎖按鈕均采用絕緣塑料制造。手柄的規(guī)格有倒板式、推動式、手槍式等。為使電鉆不僅用于鉆孔之外，還具備擰螺釘功能，可采用正反轉(zhuǎn)開關(guān)，正反轉(zhuǎn)開關(guān)的原理是保持定子或轉(zhuǎn)子中的一個電流方向不變，另一個電流改變方向，電動機(jī)的轉(zhuǎn)向也就改變了。調(diào)速開關(guān)是通過改變加于電動機(jī)上 的電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的，改變電壓的方法最常用的是改變晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)壓。自鎖按鈕裝置在開關(guān)手柄的適當(dāng)部位。根據(jù) [1]表 25和 [2]表 115 得到 開關(guān)的規(guī)格及性能數(shù)據(jù)如表 所示： 表 型號 額定電壓 /V 額定電流/A 接線方式 觸點類型 手柄類型 撳手種類 通斷能力/A DZKEA : 380。因此，工具的電源線在工具進(jìn)線處除采用橡膠護(hù)套外，選用的軟電纜或軟線應(yīng)柔軟、不易扭結(jié)的有較高的耐磨性。 [1] 軟電 纜采用 QY 型輕型橡套軟電纜，常用的規(guī)格有兩芯電纜、三芯電纜和四芯電纜。護(hù)套用在電源線進(jìn)線處對軟電纜或軟線進(jìn)行保護(hù)。電動工具電源線護(hù)套有 A型和 B 型兩種，該電鉆選擇 B 型護(hù)套，尺寸列于表 中。精度較高，一般為 6～ 7級精度。 圓柱齒輪在電動工具中應(yīng)用較為普遍，圓柱齒輪分為直齒和斜齒。斜齒圓柱齒輪的特點是嚙合性能好、噪音低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；不足之處是有軸向力，且齒的傾斜角越大，軸向力越大。相比較而言，選擇質(zhì)量較好的斜齒輪。 (1) 材料及熱處理。 (2) 選擇齒輪的精度等級為 6級。 由于小齒輪的齒數(shù)少，為避免根切，選擇高度變位齒輪，其最小變位系數(shù)用公式 1717n zx ??計算。 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計。 2) 計算小齒輪傳送的轉(zhuǎn)矩 51 1 10T P n?? （ ） 529 5 .5 1 0 3 8 5 1 3 2 0 0 2 .7 8 5 1 0N m m N m m? ? ? ? ? ? ? 3) 由 [5]表 107 選取齒寬系數(shù) ? ? 。 5) 由 [5]圖 1030 選取區(qū)域系數(shù) ? 。 7) 由 [5]式 1013 計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 60 hN njL? （ ） 91 60 13 20 0 1 30 00 2. 37 6 10N ? ? ? ? ? ? 982 76 10 55 10N ? ? ? ? 8) 由 [5]圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 1 ? ， 2 ? 。 10) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由 [5]式 1012 得： ? ? limHN HH K S?? ? （ ） ? ?? ?1 l im 112 l im 22 110 0 102 3 110 0 105 6H N HHH N HHK M Pa M PaSK M Pa M PaS????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?12 2 1 0 2 3 1 0 5 6 2 1 0 3 9 .5H H H M P a? ? ?? ? ? ? ? （ 2）計算 1) 試算小齒輪分度圓直徑 1td ，由計算公式得 2231 2 1 . 6 2 . 7 8 5 1 0 5 . 7 2 . 4 5 0 1 8 9 . 8 6 . 3 90 . 6 1 . 3 8 4 . 7 1 0 3 9 . 5td m m m m? ? ? ???? ? ? ???? ?? 2) 計算圓周速度 1160 1000tdn?? ? ? （ ） 3 . 1 4 6 . 3 9 1 3 2 0 0 4 . 46 0 1 0 0 0 ms????? 3) 計算齒寬 b 及模數(shù) ntm dtbd?? （ ） costnt dm z ?? （ ） 111 9 34c os 9 c os 12 6dttntb d m mdm m mz??? ? ? ??? ? ?