沖擊鉆畢設(shè)電機(jī)及元器件選型

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙第三章 電機(jī)及元器件選型3.1 電機(jī)的選型在電動(dòng)沖擊鉆的設(shè)計(jì)中，電機(jī)的選擇十分重要，也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要部分。在電動(dòng)工具中，電動(dòng)沖擊鉆選用的電動(dòng)機(jī)有單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、三相工頻、中頻籠型異步電動(dòng)機(jī)等類型。三相工頻、中頻籠型異步電動(dòng)機(jī)需要相應(yīng)的中頻電源供電，在國內(nèi)使用不多，所以大多數(shù)電動(dòng)工具運(yùn)用的電機(jī)都是單相串勵(lì)電機(jī)，這種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、體積小、轉(zhuǎn)速高，但不適合長時(shí)間作業(yè)。電動(dòng)沖擊鉆選用單相串勵(lì)電機(jī)，符合電動(dòng)工具的工作要求。電動(dòng)沖擊鉆設(shè)計(jì)的功能性要求包括：功率小、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速高。查單相串勵(lì)電機(jī)的性能數(shù)據(jù)表，所得參數(shù)如下：表3.1 單相串勵(lì)電機(jī)性能數(shù)據(jù)表輸出功率電

2、壓頻率電流轉(zhuǎn)速風(fēng)扇直徑換向器直效率500230240501.75320056.52465片數(shù)長度電刷寬度定子直徑轉(zhuǎn)子直徑鐵心長度槽數(shù)4811758.535.162243.2 碳刷裝置的選型碳刷裝置大體上可以包括三部分，碳刷、彈簧以及刷握。電動(dòng)工具中使用的碳刷都由石墨制成，形狀大部分為長方形方塊，卡在金屬的支架上，內(nèi)部的彈簧把它緊壓在轉(zhuǎn)軸上，這樣能使它與換向器接觸，碳刷緊貼著轉(zhuǎn)子，通過碳刷的導(dǎo)電作用，把電源導(dǎo)入到電機(jī)中，把電能經(jīng)過換向器輸傳送給線圈。碳刷主要成分是碳，比較容易磨損，所以工作一段時(shí)間需要更換一副新的碳刷。在電動(dòng)工具中，電動(dòng)沖擊鉆常用的型號(hào)為51，查電動(dòng)工具設(shè)計(jì)手冊確定電刷的長度、寬

3、度、厚度的尺寸，所得結(jié)果如下表所示。表3.2 電刷的型號(hào)及尺寸型號(hào)寬度/mm長度/mm厚度/mm引線形式應(yīng)用實(shí)例518135帶彈簧電鉆、部分角磨 1 碳刷 2引出線 3彈簧 4引線銅片圖3.1碳刷結(jié)構(gòu)簡圖 3.3 軸承的選型在電動(dòng)沖擊鉆的設(shè)計(jì)中，軸承的選用同樣很重要。查電動(dòng)工具設(shè)計(jì)手冊可以發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)工具常用的軸承有3類，包括滾動(dòng)軸承、滾針軸承以及滑動(dòng)軸承。在使用電動(dòng)沖擊鉆時(shí)，常選用滾動(dòng)軸承，常見的型號(hào)有606、607、608、609四種，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇607、608型號(hào)的滾動(dòng)軸承，內(nèi)徑、外徑、寬度、質(zhì)量參數(shù)見下表： 表3.3 軸承的型號(hào)及尺寸型號(hào)內(nèi)徑/mm外徑/mm寬度/mm質(zhì)量/kg舊型號(hào)

4、60771960.00817型號(hào)內(nèi)徑/mm外徑/mm寬度/mm質(zhì)量/kg舊型號(hào)60882270.015183.4 開關(guān)的選型電動(dòng)工具中，常用的開關(guān)包括電源開關(guān)、交流調(diào)速開關(guān)、直流調(diào)速開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、過電流保護(hù)開關(guān)等。大部分開關(guān)裝在電動(dòng)工具的手柄中，其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，安全可靠。手柄、開關(guān)、自鎖按鈕材料都是絕緣的，可以保護(hù)作業(yè)人員的人身安全。其中，電動(dòng)沖擊鉆常用的開關(guān)是調(diào)速開關(guān)，型號(hào)有FA29-6/1BEZ、2085、FA29-4/1BEZA、FA2-2/1BEK等。根據(jù)開關(guān)的功能性要求，開關(guān)要有電子調(diào)速功能，能夠正反轉(zhuǎn)、帶自鎖功能。確定開關(guān)的型號(hào)及參數(shù)，見表3.4。 表3.4 開關(guān)的型號(hào)及參數(shù)

5、類型額定電壓/V額定電流/A接觸方式觸點(diǎn)類型通斷能力/AFA29-6/1BZE2302402.5接線柱單斷30 3.5 換向器的選型換向器應(yīng)用十分廣泛，目前，市場上大約有1000多種規(guī)格，包括鉤型、槽型、平面型等結(jié)構(gòu)。在電動(dòng)工具中，鉤型換向器運(yùn)用最廣泛，所以本次設(shè)計(jì)選用鉤型換向器。在電動(dòng)工具中，對于換向器有一定的技術(shù)要求，要求外觀完整、圓柱表面光滑、無裂紋、無毛刺等缺陷。電動(dòng)沖擊鉆在工廠生產(chǎn)制造中，通常使用的換向器是溝形加固型換向器，選擇型號(hào)參數(shù)如表格3.5 表格3.5 換向器的型號(hào)及參數(shù)型號(hào)結(jié)構(gòu)片數(shù)內(nèi)徑外徑總高片高溝長鉤外徑DZQD-RA-D-441鉤型加固24102314.59.30.62

6、23.6 電源線的選型電源線品種繁多，使用條件、技術(shù)特征以及結(jié)構(gòu)差異也比較大。像電動(dòng)沖擊鉆這類電動(dòng)工具在使用過程中，經(jīng)常移動(dòng)電源線，電纜線經(jīng)常被彎曲和扭轉(zhuǎn)。所以，電源線應(yīng)該選擇不輕易打結(jié)的軟電纜，并且具有很好的耐磨性能。此外，電源線要色彩光鮮、輕巧靈活。 電動(dòng)沖擊鉆使用的是QY型輕型橡套軟電纜，這種電纜經(jīng)常使用的規(guī)格有3種，分別是兩芯電纜、三芯電纜、四芯電纜。沖擊電鉆使用單相電源，使用雙芯電纜，具體的參數(shù)規(guī)格見表3.6。表3.6 電源線參數(shù)配用的電源線abcd芯線標(biāo)稱截面平均外徑上限芯線股數(shù) 第四章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)4.1 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)電動(dòng)工具中常用的齒輪傳動(dòng)方案有三種，包括圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒

7、輪傳動(dòng)以及行星齒輪傳動(dòng)。在電動(dòng)沖擊鉆設(shè)計(jì)中，常用圓柱齒輪傳動(dòng)。圓柱齒輪分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪，考慮到直齒圓柱齒輪的沖擊載荷較大，噪音大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)不予采用。而斜齒圓柱齒輪嚙合性好、噪音小、運(yùn)行平穩(wěn)，符合電動(dòng)沖擊鉆工作傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低的要求。因此，齒輪傳動(dòng)方案中選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。電動(dòng)沖擊鉆在工作時(shí)應(yīng)該盡量地減少噪音，所以齒輪設(shè)計(jì)選用斜齒圓柱齒輪；動(dòng)力轉(zhuǎn)移依靠一對嚙合齒輪來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)裝置采用一級齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)簡圖如圖4.1所示。1風(fēng)扇 2電機(jī) 3斜齒輪 4齒輪軸圖4.1 沖擊鉆傳動(dòng)裝置簡圖4.2 斜齒輪強(qiáng)度校核查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選取齒輪的材料為40Cr，該材料經(jīng)過高頻淬火和調(diào)質(zhì)后擁有

8、較好的韌性和強(qiáng)度。在電動(dòng)沖擊鉆中，一般小齒輪的硬度為硬度5560HRC，大齒輪的硬度為5055HRC，小齒輪的硬度比大齒輪大5 HRC。先選擇精度等級為7級的齒輪。為了符合電動(dòng)沖擊鉆的性能要求，小齒輪的齒數(shù)通常選取較小的齒數(shù)，為34個(gè)。選擇小齒輪的齒數(shù)4個(gè)，大齒輪的齒數(shù)42個(gè)，傳動(dòng)比i=10.5。如果螺旋角選取得太小，會(huì)失去斜齒輪嚙合性好、噪音小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，但是如果取的太大，軸向力會(huì)變得很大。所以，螺旋角初選23。4.2.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)參照機(jī)械設(shè)計(jì)，斜齒輪分度圓直徑公式，計(jì)算出公式內(nèi)各值，其中載荷系數(shù)K=1.75，小齒輪的轉(zhuǎn)矩，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選取齒寬系數(shù)，材料彈性影響系數(shù)，

9、=計(jì)算小齒輪的分度圓直徑，計(jì)算圓周速度，v=查機(jī)械設(shè)計(jì)表5.5，計(jì)算出的齒輪圓周速度小于齒輪最高圓周速度，符合7級精度要求的圓周速度。計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，N=60njn轉(zhuǎn)速（r/min），j齒輪每轉(zhuǎn)一周的嚙合次數(shù)，工作壽命（h），；=；查機(jī)械設(shè)計(jì)得，小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度=1500MPa 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度=1400MPa 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度，即持久壽命期內(nèi)失效概率為1%的疲勞極限，= 1292MPa =1195MPa齒寬和模數(shù)計(jì)算， 縱向重合度計(jì)算，齒寬與齒高之比計(jì)算，載荷系數(shù)K的計(jì)算， 由，參照機(jī)械設(shè)計(jì)，得。載荷系數(shù)， 再按實(shí)際所得到的載荷系數(shù)，計(jì)算出分度圓直徑，根據(jù)實(shí)際的分度圓直徑，計(jì)算出模

10、數(shù)4.2.2按齒根接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)參照機(jī)械設(shè)計(jì)，得到設(shè)計(jì)計(jì)算公式，計(jì)算出公式內(nèi)各值，根據(jù)之前計(jì)算出的重合度，參照機(jī)械設(shè)計(jì)，查得螺旋角影響系數(shù)。查機(jī)械設(shè)計(jì)得，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=1000MPa大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=900MPa查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)=625MPa=562.5MPa當(dāng)量齒數(shù)的計(jì)算 查得齒形系數(shù)為查得應(yīng)力校正系數(shù)為比較大齒輪和小齒輪的相比較而言，小齒輪比大齒輪大一點(diǎn)。把數(shù)值代入上面公式中計(jì)算，模數(shù)取整，則=所，則4.2.3 幾何尺寸的計(jì)算中心距的計(jì)算， 中心距取整，所以按取整后的中心距，修正螺旋角，小齒輪、大齒輪分度圓直徑計(jì)算，齒輪寬

11、度的計(jì)算，如果齒輪太窄會(huì)使得承載能力降低，所以要對算出的齒寬大小進(jìn)行圓整，在圓整后基礎(chǔ)上加寬5mm至10mm?？梢缘玫饺≌蟮拇笮↓X輪的齒寬分別為，。斜齒輪的變位系數(shù)的計(jì)算 齒頂高的計(jì)算，其中取標(biāo)準(zhǔn)值為，齒根高的計(jì)算，其中取標(biāo)準(zhǔn)值為，齒高的計(jì)算，齒頂圓直徑的計(jì)算， 齒根圓直徑的計(jì)算，基圓直徑的計(jì)算，4.3 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在電動(dòng)沖擊鉆的齒輪設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)的小齒輪直徑都比較小，其齒頂圓直徑小于2倍的軸的最小直徑。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)，我們通常把軸和小齒輪設(shè)計(jì)為一體，也就是我們通常所稱的齒輪軸，如圖4.2 所示。 圖4.2 齒輪軸的設(shè)計(jì)4.4齒輪軸的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求，我們可以得到齒輪軸上的轉(zhuǎn)速、功率

12、以及扭矩分別為：轉(zhuǎn)速 功率 扭矩計(jì)算圓周力，徑向力，軸向力，根據(jù)前面計(jì)算得可知，小齒輪的分度圓直徑為齒輪軸最小直徑的計(jì)算 前面已經(jīng)確定，齒輪軸所選用的材料是40Cr ，參考機(jī)械設(shè)計(jì)，得出A的值為106，所以初步計(jì)算軸的最小直徑為 考慮到實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，按小齒輪的分度圓直徑、換向器、風(fēng)扇的內(nèi)徑及轉(zhuǎn)子的直徑，初步確定齒輪軸的最小直徑。在前面選擇元器件的時(shí)候，根據(jù)電動(dòng)工具的設(shè)計(jì)要求，我們選出軸上所使用的滾動(dòng)軸承為型號(hào)為608的滾動(dòng)軸承，軸承的尺寸為，所以我們可以確定，。左邊滾動(dòng)軸承的定位采用的定位方式為軸肩式，設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承到換向器之間的距離為7.1mm，即，。換向器的內(nèi)徑為21mm，高度為13.5m

13、m，所以，。換向器到轉(zhuǎn)子鐵心之間的距離為16.9mm，即對于轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子的鐵心長度尺寸為45mm即，轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑為35mm，即，轉(zhuǎn)子整體的長度為149mm。鐵心到風(fēng)扇之間的距離設(shè)計(jì)為。對于風(fēng)扇部分，風(fēng)扇的直徑尺寸為56mm，即，而風(fēng)扇的厚度尺寸為9.5mm，即。風(fēng)扇到右邊軸承之間的距離設(shè)計(jì)為5mm，即。右邊滾動(dòng)軸承的尺寸，所以可以確定，。軸齒部分的長度設(shè)計(jì)為21.5mm，即，。所以，齒輪軸上各個(gè)零部件的裝配及布置如圖4-4，一般情況下滾動(dòng)軸承在齒輪軸上的定位是靠過渡配合來保證的，在工廠里滾動(dòng)軸承依靠壓力機(jī)將其壓入與齒輪軸配合，壓入之后很難拆下，風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子的裝配是依靠膠水將其固定在齒輪軸上。圖4.3 齒輪軸上零部件4.5齒輪軸的強(qiáng)度校核軸上載荷計(jì)算軸承支撐點(diǎn)是由軸承的布置方法以及軸承的種類確定的。本次設(shè)計(jì)中，已知該齒輪軸的傳遞扭矩為151.59N.mm，大小齒輪的分度圓直徑分別為 ，嚙合角為23度，根據(jù)電動(dòng)工具的要求，需要考慮軸承同時(shí)受到徑向力和軸向力的作用