畢業(yè)論文JIZA型電鉆的設(shè)計

1、摘 要電鉆是一種切削類電動工具，它適用于在金屬材料和非金屬材料上作鉆孔加工。其特點是體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶、操作靈活及使用安全等，因此，在機(jī)械、建筑、維修、家居裝修等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著建筑裝潢業(yè)的發(fā)展，電鉆的應(yīng)用更加普及。電鉆由電動機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)、鉆夾頭、外殼、開關(guān)和電源聯(lián)接裝置等組成，其工作原理是：電動機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)通過一對圓柱斜齒輪減速后，驅(qū)動工作頭作鉆孔加工。本文首先通過對國內(nèi)外電鉆的比較和對電鉆發(fā)展趨勢的分析，確定了電鉆的總體設(shè)計方案及主要技術(shù)參數(shù)，然后對電鉆各個部分的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)說明，如電動機(jī)及其輔助元件的選型、齒輪傳動裝置的設(shè)計、外殼的設(shè)計和控制電路設(shè)計等，其中著

2、重介紹了齒輪傳動裝置的分析、設(shè)計與計算過程，并運用了大量的圖表對其進(jìn)行說明。另外，本文還特別介紹了人體工程學(xué)技術(shù)以及它在電鉆外殼設(shè)計中的運用；電子無級調(diào)速技術(shù)在電路中的應(yīng)用使電鉆具有鉆孔和擰螺釘兩種功能。關(guān)鍵詞：電鉆，設(shè)計，人體工程學(xué)技術(shù)，電子無級調(diào)速ABSTRACTThe electric drill is a kind of electric metal-cutting tools which is applied to the metal and non-metallic materials for drilling. It has many characteristics such a

3、s the small cubage, the light quality, easy to carry, safety and reliability .Therefore, it has been widely used in the machinery, metallurgy, transport and other fields. In recent years, with the construction and decoration development, the electric drill will be applicated more widely. Electric dr

4、ill consists of the electric motor, the speed reducer gear, drill chuck, the outer covering, the switch and the power connecting devices. The working principle is : The electric motor rotating with a high-speed ,through the speed reducer gear, to drive the drill bit for drilling. This article has fi

5、rst analyzed the electric drill, determined the overall design of the electric drill program and the main technical parameter. Then the design of each part has been introduced, such as the selection of the electric motor and its auxiliary components, the design of gear wheel actuator, the outer cove

6、ring and the control circuit. Among them, this paper has introduced the analysis, the design and the calculate process of the gear wheel actuator. And this paper has used a lot of graphics and charts to explain it. Additionally, this paper has also introduced a special ergonomic technology and how t

7、o use that in an electric drill casing design; The application of electronic variable speed technology in circuit design make the electric drill has two functions of drilling hole and scerw.Keywords: Electric drill，Design，Ergonomic technology, Electronic variable speed technology目 錄第1章 概述11.1 電鉆及其應(yīng)用

8、11.2 電鉆的基本結(jié)構(gòu)11.3 電鉆的發(fā)展概況21.4 存在的問題與解決方案2第2章 電鉆的總體設(shè)計方案42.1 電鉆的結(jié)構(gòu)及工作原理42.2 主要技術(shù)參數(shù)的確定42.3 電鉆的傳動裝置4第3章 電動機(jī)及電器元件的選擇53.1 電動機(jī)的選擇5 3.1.1 單向串勵電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和規(guī)格5 3.1.2 單向串勵電動機(jī)型號的選擇63.2 風(fēng)扇的選擇73.2.1 風(fēng)扇的直徑73.2.2 葉片數(shù)73.2.3 葉片形狀73.3 換向器的選擇73.4 電刷裝置的選擇83.5 開關(guān)的選擇93.6 電源線及護(hù)套的選擇9第4章 傳動裝置的設(shè)計104.1 齒輪傳動的設(shè)計104.1.1 斜齒輪的強(qiáng)度計算10 斜齒輪的

9、結(jié)構(gòu)設(shè)計154.2 齒輪軸的設(shè)計164.2.1基本參數(shù)的計算164.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計164.2.3軸的強(qiáng)度計算174.3 主軸的設(shè)計204.3.1基本參數(shù)的計算204.3.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計204.3.3軸的強(qiáng)度計算21第5章 其他零部件的設(shè)計255.1 鉆夾頭的設(shè)計255.2 鉆頭的選擇265.3 外殼的設(shè)計265.3.1 人體工程學(xué)的概述265.3.2 外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計275.4 零件的緊固和聯(lián)接31第6章 控制電路的設(shè)計32第7章 三維建模結(jié)構(gòu)設(shè)計補(bǔ)充說明34結(jié)論40參考文獻(xiàn)41致謝42附錄43第1章 概述1.1 電鉆及其應(yīng)用手持式電鉆通常稱為手電鉆，亦稱電鉆，是開發(fā)最早、使用最廣泛的電動工

10、具。它適用于金屬材料上鉆孔，也可在木材、塑料、磚等非金屬構(gòu)件上鉆孔加工。其特點是：體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶、操作簡單、使用靈活等。電鉆的種類繁多，按使用電源可分為：單相串勵、三相工頻和永磁直流電鉆；按速度可分為：單速、雙速和無級電子調(diào)速電鉆；按電氣安全方式可分為：單絕緣、雙重絕緣和特低安全電壓電鉆；按手柄類型可分為：直筒式、手槍式、后直手柄（D型柄）+ 側(cè)手柄電鉆等類型。電鉆廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、造船、車輛等領(lǐng)域，隨著建筑裝潢業(yè)的不斷發(fā)展，電鉆的應(yīng)用更加普遍，并開始進(jìn)入家庭。1.2 電鉆的基本結(jié)構(gòu)電鉆的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，它由電動機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、外殼、鉆夾頭和電源聯(lián)接裝置等組成。圖片

11、來源：汪鎮(zhèn)國主編.電機(jī)工程手冊（第二版）6應(yīng)用卷（一）圖6.2.11-電動機(jī) 2-外殼 3-齒輪傳動機(jī)構(gòu) 4-鉆夾頭 5-手柄 6-電源開關(guān)圖1.1電鉆的基本結(jié)構(gòu)圖1.3 電鉆的發(fā)展概況世界上最早的電動工具出現(xiàn)在歐洲，1985年，一臺采用直流電動機(jī)驅(qū)動鉆頭的手電鉆在德國Fein廠誕生，其外殼是鑄鐵的，重達(dá)7.5kg，能在鋼鐵件上鉆直徑4mm的孔。它雖然簡單而且顯得笨重，但它已具備電動工具的典型結(jié)構(gòu)和基本特征，使手工勞動實現(xiàn)機(jī)械化。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電鉆在不斷的改進(jìn)。1900年，出現(xiàn)了采用三相異步電動機(jī)的電鉆；1905年，電鉆外殼開始采用鋁合金，減輕了整機(jī)重量。19121913年間，第一批交

12、直流兩用單相串激電鉆問世，這使電鉆的單位重量出力有了很大提高。1914年，美國Blacr&Decker廠槍式手柄電鉆正式申請專利。為提高電鉆的使用安全性，1946年，美國出現(xiàn)采用熱固性酚醛塑料外殼的電鉆；從1950起，英國Wolf、德國AEG等歐洲電動工具廠開始生產(chǎn)雙重絕緣結(jié)構(gòu)的電鉆。隨后為擴(kuò)大使用范圍、提高鉆孔精度，又出現(xiàn)角向電鉆、調(diào)速電鉆、磁座鉆等。1961年，美國Blacr&Decker廠制造出用電池做電源的永磁直流電鉆。我國電動工具制造史也是由電鉆開始的。1941年，上海大威電機(jī)廠開始仿造美國香賓牌電鉆。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。1954年，大威電機(jī)廠

13、明確為電動工具專業(yè)生產(chǎn)廠，試制了生產(chǎn)6、13、19、23mm單相串激和三相工頻電鉆。1965年，沈陽電動工具廠試制成功JIZ-10型雙重絕緣電鉆；1988年，上海宇宙電動工具廠開發(fā)成功JOD-SZ01-6型電池式雙速多能電鉆。近年來，我國電動工具產(chǎn)品在品種、規(guī)格、產(chǎn)量、質(zhì)量上都有較大發(fā)展。1.4 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。過去我國產(chǎn)品存在著品種少、外觀差、噪音大、有電磁干擾、單位重量輸出低和使用壽命短等問題，且大量的產(chǎn)品及原材料依賴于進(jìn)口，經(jīng)過不斷的發(fā)展，我國在電動工具生產(chǎn)上取得了可喜的成績，如今已成為世界電動工具的生產(chǎn)大

14、國和出口大國，逐漸縮小了與發(fā)達(dá)國家之間的差距，但是我國的產(chǎn)品在質(zhì)量與水平上仍存在一些問題：一是單位重量出力低。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。二是國外電鉆大都采用電子調(diào)速，還有不少采用電子控制，除了調(diào)速功能外，還有起動保護(hù)、過載保護(hù)、電刷自停保護(hù)量顯示等。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)。三是噪聲、振動比較大。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。并經(jīng)振動實驗，表明振動指標(biāo)，我國尚未開展此項研究。四是在外殼設(shè)計上不夠完美。國外先進(jìn)水平產(chǎn)品的外

15、殼均采用人體工程學(xué)原理設(shè)計，其外形美觀，操作舒適，低疲勞，避免了長期手持操作而產(chǎn)生腕管綜合癥等。此外，我國產(chǎn)品的平均使用壽命也較國外低。針對以上提出的問題，本文將從以下幾個方面來解決：一、提高單位重量出力?？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、提高電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速等技術(shù)措施。二、采用電子無級調(diào)速開關(guān)裝置，使電鉆能夠?qū)崿F(xiàn)從0額定負(fù)載轉(zhuǎn)速之間無級調(diào)速，并有正反轉(zhuǎn)和自鎖功能。三、減小噪聲和振動。噪聲、振動是影響電動工具正常使用的重要質(zhì)量指標(biāo)，要減小振動和噪聲，取決于選用的材料及零部件的質(zhì)量和加工工藝水平，可在齒輪的

16、加工精度、換向器的質(zhì)量、軸絕緣工藝等方面采取技術(shù)措施。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。四、使外殼具有外表美觀、質(zhì)輕、操作舒適等特點。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。本設(shè)計說明書總共分為六個章節(jié)，包括電鉆的總體設(shè)計方案、電動機(jī)及其電器元件的選擇、傳動裝置的設(shè)計、外殼的設(shè)計等等。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。設(shè)計過程中經(jīng)常用到UG、Auto CAD和公式編輯器等輔助軟件。第2章 電鉆的總體設(shè)計

17、方案2.1 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。電鉆的工作原理是電動機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運動通過兩級齒輪減速后，驅(qū)動工作頭作鉆孔等加工。2.2 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2.1中。表2.1電鉆主要技術(shù)參數(shù)型號規(guī)格最大鉆孔直徑/ mm額定電壓/V輸入功率/W空載轉(zhuǎn)速/(r/min)額定輸出功率/WJIZ-10A鋼材10木材25220350028001602.3 電鉆的傳動裝置電鉆的傳動裝置采用一級齒輪傳動。其傳動裝置簡圖如下：1齒輪 2軸齒輪 3風(fēng)扇 4電動機(jī)圖2.1 電鉆傳動裝置簡圖第

18、3章 電動機(jī)及電器元件的選擇3.1 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”。不同的電鉆使用的電動機(jī)種類規(guī)格不盡相同，通常采用以下三種電動機(jī)：單相串勵電動機(jī)、三相工頻電動機(jī)和三相中頻電動機(jī)。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。因為它的特點符合電鉆體積小、重量輕等特點，故采用單相串勵電動機(jī)。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

19、為2極，凸級上繞有勵磁繞組。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、電樞繞組、換向器及轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成，轉(zhuǎn)子鐵心也是由硅鋼片沖制成具有槽的圓片疊壓而成，轉(zhuǎn)子沖片的槽形一般是半閉口槽，在槽內(nèi)放置絕緣材料后，在鐵心上疊繞電樞線圈，線圈的進(jìn)、出線端與整流子銅片相焊接。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。斜槽結(jié)構(gòu)可使極面和電樞間的磁組變化較小，在運行時可減小電動機(jī)噪聲。1冷卻風(fēng)扇也裝置在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上。為了趕超世界先進(jìn)水平，我國早在60年代對電動工具用單相串勵電動機(jī)進(jìn)行了大量的試驗研究工作，設(shè)計制造了電動工具用DT系列單相串勵電動機(jī)，共有7種定子、轉(zhuǎn)子沖片，15個功率等級，此外，每種沖片還派生一個正

20、反轉(zhuǎn)規(guī)格，共計22個規(guī)格。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、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。這三擋沖片設(shè)計的電動機(jī)性能數(shù)據(jù)列于表3.1中。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3.1電動機(jī)性能數(shù)據(jù)表定子沖片輸出功率 電壓頻率電流轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)定子每級匝數(shù)轉(zhuǎn)子每元件匝數(shù)實槽節(jié)距561402205010.096140002473642041.570.1361430062.30.9524197274712752.10.221210063.80.9391852053852.710.27813200680

21、.955138175905504.10.53990068.20.9171341397705.420.55713200690.93611610912508.050.93812500750.94888定子沖片定子繞組線規(guī)轉(zhuǎn)子繞組線規(guī)風(fēng)扇直徑換向器直徑換向器片數(shù)電刷長度電刷寬度定子內(nèi)徑轉(zhuǎn)子直徑560.330.234822270.650.43.13.030.380.27710.490.336426330.80.53.93.810.550.389020.490.49819033381.250.85.14.9820.550.5720.640.64定子沖片轉(zhuǎn)子內(nèi)徑鐵心長度氣隙長度槽數(shù)轉(zhuǎn)子齒寬定子軛高560.

22、93.80.03590.2690.465711.154.40.045110.3260.6855.2901.65.20.06190.2580.97.6單相串勵電動機(jī)型號的選擇因為電鉆的規(guī)格為10A（普通型），根據(jù)電鉆輸入功率較低、轉(zhuǎn)速快、體積小、質(zhì)量輕等特點，綜合表3.1和1單相串勵電鉆系列性能數(shù)據(jù)表，可得到電動機(jī)的基本參數(shù)如表3.2所示。表3.2定子沖片輸出功率電壓頻率電流轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速效率71385220502.710.2781320068功率因數(shù)風(fēng)扇直徑換向器直徑換向器片數(shù)電刷長度電刷寬度定子內(nèi)徑轉(zhuǎn)子直徑0.9556426330.80.53.93.81轉(zhuǎn)子內(nèi)徑鐵心長度氣隙長度槽數(shù)轉(zhuǎn)子齒寬定子軛高

23、1.155.20.045110.3260.6853.2 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。風(fēng)扇分為軸輪式和離心式，電鉆所采用的是離心式風(fēng)扇。為減輕重量，采用工程塑料制造風(fēng)扇。在選擇電鉆用離心式風(fēng)扇時應(yīng)考慮：3.2.1 風(fēng)扇直徑串勵電動機(jī)的風(fēng)扇外徑應(yīng)比定子鐵心外徑小68mm。在本章3.1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。3.2.2 葉片數(shù)由于單相串勵電動機(jī)轉(zhuǎn)速高，為減小葉片間的渦流，風(fēng)扇外徑處的葉片數(shù)以選取較多的葉片為佳。風(fēng)扇底板有平板式和傾斜式兩種。根據(jù)1單相串勵電動工具常用離心式風(fēng)扇主要尺寸表2-4，選擇該風(fēng)扇的尺寸列于表3.3中：

24、表3.3風(fēng)扇直徑葉片形狀片數(shù)底板形狀64復(fù)合式371312.8平板式3.3 換向器的選擇轉(zhuǎn)子上與風(fēng)扇對立的一端是換向器。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。換向器按片間絕緣分為半塑性和全塑性兩種。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。全塑性換向器是在梯形換向片間采用耐弧酚醛塑料絕緣。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。換向器按其每一換向片與繞組相應(yīng)的線圈聯(lián)接的形式可分為槽形換向器和鉤形換向器。溝形

25、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。換向器內(nèi)孔有金屬襯套，與塑料壓在一起，與軸配合結(jié)為一體；無套則結(jié)構(gòu)簡單，精度不高，金屬襯套與軸配合較差。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。綜合以上特點選擇溝形加固型換向器，內(nèi)孔結(jié)構(gòu)有襯套。其規(guī)格尺寸如表3.4。（該換向器為瑞安安固電器有限公司產(chǎn)品）。表3.4 型號結(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241025.518.517.33.0303.4 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

26、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。電刷裝置按其結(jié)構(gòu)形式可分為卡式、辮式和芯式?？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。這種結(jié)構(gòu)的電刷產(chǎn)生火花等級在二級以內(nèi)。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)。芯式結(jié)構(gòu)是在電刷內(nèi)部埋有帶反力彈簧的圓柱塑料芯。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

27、面，同時電刷脫離換向器表面，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。4上述三種結(jié)構(gòu)中，前兩種結(jié)構(gòu)簡單、易制作且成本低，但是電刷磨短至一定程度時，電刷與換向器之間的火花就會增大，從而損壞換向器。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。由于辮式結(jié)構(gòu)較卡式結(jié)構(gòu)可靠耐用，故選擇辮式結(jié)構(gòu)。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。它由刷架定位，用彈簧加一定壓力使其與換向器面接觸。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。單相串勵電動機(jī)有兩個電刷，其位置相差。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

28、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。選用電刷主要考慮它的溫升，而溫升與電刷電流密度及其與換向器之間壓降密切相關(guān)，此外還要考慮電刷硬度、磨損性能和惰性等因素。電動工具用電刷常用的型號為D374L，由表3.2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3.5中，電刷的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。 表3.5型號/mm規(guī)格/mmlar導(dǎo)線截面/mm2導(dǎo)線長度/mm電阻率/mWm硬度/HRC電流密度/Acm-2允許圓周速度/ms-1使用壓力/kPaD374L0.3295090125019.639.21-電刷 2-引出線 3-彈簧

29、4-引線銅片圖3.1電刷結(jié)構(gòu)簡圖3.5 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。為操作方便，開關(guān)一般裝在手柄內(nèi)，因此要求開關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安全可靠、操作方便。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。目前電動工具常用的開關(guān)有普通電源開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)和無級調(diào)速開關(guān)三類。手柄的規(guī)格有倒板式、推動式、手槍式等。 電鉆按照規(guī)格10mm可將手柄設(shè)計為手槍式。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。電鉆在不同材料上鉆孔所需的轉(zhuǎn)

30、速也不同，如在鋼材上鉆孔要求轉(zhuǎn)速較高，而在塑料、玻璃等脆性材料上，則要求轉(zhuǎn)速較低，因此為了擴(kuò)大電鉆的使用范圍，可采用電子無級調(diào)速開關(guān)，轉(zhuǎn)速可以在零至最大值之間無級調(diào)速。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。另外電鉆開關(guān)還應(yīng)設(shè)有自鎖機(jī)構(gòu)（閉合鎖定），鎖定開關(guān)閉合、斷開狀態(tài)。自鎖按鈕裝置在開關(guān)手柄的適當(dāng)部位。綜合以上內(nèi)容，選擇的開關(guān)類型為電子調(diào)速開關(guān)，并具有正反轉(zhuǎn)功能，帶自鎖機(jī)構(gòu)。根據(jù)1表2-5和2表1-15得到開關(guān)的規(guī)格及性能數(shù)據(jù)如表3.6所示：表3.6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/ADZKE

31、-A3802205接線柱單級單斷扳機(jī)式1353.6 電源線及護(hù)套的選擇電鉆在使用時經(jīng)常移動，連接電源與工具的軟電纜或軟線要承受頻繁的彎曲和扭轉(zhuǎn)。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。此外，還要求電源線輕便、色澤鮮艷。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。電鉆是由單相電源供電，故采用兩芯電纜，其規(guī)格見表3.7。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)。護(hù)套采用橡膠等彈性絕緣材料制造，它能承受20000次彎曲后不發(fā)生裂紋的撕裂等缺陷；能承受試驗電壓為2500V、頻率為50Hz、歷時1min的耐電壓

32、試驗。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3.7中。表3.7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4章 傳動裝置的設(shè)計4.1 齒輪傳動的設(shè)計電鉆采用的齒輪一般要求速比大，體積小、重量輕、強(qiáng)度高、使用壽命長，故其特點為模數(shù)小，按國家機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)JB111-60選用，一般為0.52mm范圍內(nèi)；齒數(shù)少，小齒輪最少齒數(shù)為5齒；材質(zhì)好，一般采用鉻錳鈦鋼、鉻鋼和鎳鉻鋼等。精度較高，一般為67級精度。壽命長，齒面經(jīng)高頻淬火、氯化或氮化等熱處理，以便形成表面硬化、耐磨損、芯部有韌性，不易折斷齒。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。直齒圓柱齒輪的特

33、點是設(shè)計計算比較簡單，無軸向力，易制造；不足之處是沖擊負(fù)荷較大、噪音大。斜齒圓柱齒輪的特點是嚙合性能好、噪音低、運轉(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。為減小軸向力，齒的傾斜角一般取。相比較而言，選擇質(zhì)量較好的斜齒輪。4.1.1 斜齒輪的強(qiáng)度計算選擇齒輪的材料、精度等級、齒數(shù)、傳動比及螺旋角。(1) 材料及熱處理。由5表10-1選擇齒輪的材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)和高頻淬火后具有較好的強(qiáng)度和韌性，齒面硬度為4855HRC。(2) 選擇齒輪的精度等級為6級。(3) 選擇小齒輪的齒數(shù)，傳動比，則大齒輪的齒數(shù)，取整；齒數(shù)比。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

34、系數(shù)用公式計算。(4) 螺旋角初選。按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計。按5式（10-21）試算，即： （4.1）（1）確定公式內(nèi)各計算數(shù)值：1) 試算載荷系數(shù)。2) 計算小齒輪傳送的轉(zhuǎn)矩 （4.2）3) 由5表10-7選取齒寬系數(shù)。4) 由6圖13-1-7查得0.58，則端面重合度1.38。5) 由5圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。6) 由5表10-6查得材料彈性影響系數(shù)。7) 由5式10-13計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) （4.3）8) 由5圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)，。9) 由5圖10-21e按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。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

35、=1，由5式10-12得： （4.4）（2）計算1) 試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得2) 計算圓周速度 （4.5）3) 計算齒寬及模數(shù) （4.6） （4.7）4) 計算齒寬與齒高之比齒高 5) 計算縱向重合度 （4.8）6) 計算載荷系數(shù)K 由5表10-2查得使用系數(shù) 根據(jù)，6級精度，由5圖10-8查得動載系數(shù)。 由5表10-3查得。 由5表10-4查得硬齒面齒輪6級精度，小齒輪作懸臂布置，時，代入數(shù)據(jù)后得： 由，查5圖10-13得。故載荷系數(shù) （4.9）7) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由5式（10-10a）得 (4.10)8) 計算模數(shù)4.1.1.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計由5

36、式（10-17）得設(shè)計計算公式為 （4.11）（1）確定各計算參數(shù)1) 計算載荷系數(shù)2) 根據(jù)縱向重合度，從5圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)。3) 由5圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。4) 由5圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，。5) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)，由5式（10-12）得 （4.12）6) 計算當(dāng)量齒數(shù) （4.13）7) 由6圖13-1-38查得齒形系數(shù)為；由圖13-1-43查得應(yīng)力校正系數(shù)為。8) 計算大、小齒輪的并加以比較小齒輪的數(shù)值較大。（2）設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算

37、的法面模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，故可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)0.65并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，為了同時滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 （4.14）取，則。4.1.1.4 幾何尺寸的計算(1) 計算中心距 （4.15）將中心距圓整為17.4mm。(2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 （4.16）(3) 根據(jù)螺旋角修正以下參數(shù)；(4) 計算大、小齒輪的分度圓直徑 （4.17）(5) 計算齒輪寬度 （4.18）由于齒輪過窄會降低它的承載能力，所以應(yīng)對齒寬作適當(dāng)?shù)膱A整，并且常將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上加寬。故圓整后取，。(6) 計

38、算該斜齒輪的變位系數(shù) （4.19）(7) 計算齒頂高（取標(biāo)準(zhǔn)值） （4.20）(8) 計算齒根高（取標(biāo)準(zhǔn)值） （4.21）(9) 計算齒高 （4.22）(10) 計算齒頂圓直徑 （4.23）(11) 計算齒根圓直徑 （4.24）(12) 計算基圓直徑 （4.25）(13) 計算齒頂圓壓力角 （4.26）(14) 計算總重合度4.1.2 斜齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于小齒輪的直徑很小，其齒頂圓直徑小于2倍的軸的最小直徑，故將小齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。齒輪軸的設(shè)計詳見4.2。大齒輪則因為其齒頂圓直徑，故以選用實心結(jié)構(gòu)為宜。其結(jié)構(gòu)尺寸如附圖（大齒輪零件圖）所示。4.2 齒輪軸的設(shè)計4.2.1基本參數(shù)的計算

39、4.2.1.1求軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。由已知可得： ；4.2.1.2求作用在齒輪上的力。已知小齒輪的分度圓直徑為，則圓周力，徑向力及軸向力為 （4.27）4.2.1.3初步確定軸的最小直徑。選取齒輪軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)熱處理。根據(jù)5表15-3查取 ，于是按式（15-2）初步估算軸的最小直徑得 （4.28） 軸的最小直徑應(yīng)當(dāng)與所安裝零件的孔徑相適應(yīng)，根據(jù)小齒輪分度圓直徑，換向器、轉(zhuǎn)子及風(fēng)扇的內(nèi)徑可初步確定軸的最小直徑為。4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.2.2.1擬定軸上零件的裝配方案該齒輪軸上零件的裝配方案如圖4.1所示：圖4.1齒輪軸的結(jié)構(gòu)與裝配4.2.2.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直

40、徑和長度(1) 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受到徑向力和軸向力的作用，且作用力不大，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查7表6-2-53選擇左端軸承代號為608-Z（一面帶防塵蓋的深溝球軸承），其尺寸為，故可確定，。左端滾動軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由9表1-31查得608-Z型軸承定位軸肩高度為，則，而滾動軸承到換向器之間的距離設(shè)為8mm，即。(2) 已知換向器內(nèi)徑為10mm，總高18.5mm，取換向器到轉(zhuǎn)子端的距離為4mm。于是得到，。(3) 已知轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為11.5mm，鐵心長度為52mm，取轉(zhuǎn)子總長度約為74mm,可得到，。取轉(zhuǎn)子到風(fēng)扇間的距離為4mm，已知風(fēng)扇內(nèi)徑為13mm，厚度12.8mm，可

41、得，。(4) 由于小齒輪齒頂圓直徑為9.44mm，故查8表1-5選擇右端的滾動軸承代號為6000-Z，其尺寸為。右端滾動軸承也采用軸肩定位，軸肩高度為，則，。風(fēng)扇到右端軸承的距離定為4mm，故可知。(5) 已知小齒輪的齒寬為18mm，故可計算出齒輪軸的總長度為由于小齒輪的直徑很小，其齒頂圓直徑小于2倍的軸的最小直徑，故將小齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。齒輪軸的設(shè)計詳見4.2。大齒輪則因為其齒頂圓直徑，故以選用實心結(jié)構(gòu)為宜。其結(jié)構(gòu)尺寸如附圖（大齒輪零件圖）所示。4.2.2.3軸上零件的周向定位 換向器、轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇均采用膠粘合的方法將其固定在軸上。滾動軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，此處選軸的直

42、徑尺寸公差為j5。4.2.2.4確定軸上圓角和倒角尺寸 參考5表15-2，取軸左端倒角為，各軸肩處的圓角半徑如附圖（齒輪軸零件圖）所示。4.2.3 軸的強(qiáng)度計算4.2.3.1求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖4.1）作出軸的計算簡圖（圖4.2），軸承的支點位置根據(jù)軸承的類型和布置方式確定，參照5圖15-23得深溝球軸承的支承點在中點位置。已知608-Z型軸承寬7mm，6000-Z型軸承寬8mm。因此，作為外伸梁的軸的支承跨距為。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖4.2）。水平面： 垂直面： 合成彎矩： 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面D是軸的危險截面，將計算出的截面D處的

43、各項值列于下表。表4.1載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T圖4.2齒輪軸的載荷分析圖4.2.3.2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面D）的強(qiáng)度。根據(jù)5式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取，軸的計算應(yīng)力 （4.29）前面已選定軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由5表15-1查得=70。因此小于，故安全。軸疲勞強(qiáng)度的精確校核在此省略，軸的零件圖見附圖。4.3 主軸的設(shè)計4.3.1基本參數(shù)的計算4.3.1.1求軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。取齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)），則根據(jù) （4.30）4.3.1.2求作用在齒輪上的力。 因已知大齒輪

44、的分度圓直徑為，根據(jù)（4.27）則4.3.1.3初步確定軸的最小直徑。 按式（4.28）初步估算主軸的最小直徑。選取主軸的材料也為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。故，于是得4.3.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.3.2.1擬定軸上零件的裝配方案主軸上零件的裝配方案如圖4.3所示：圖4.3主軸的結(jié)構(gòu)與裝配4.3.2.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度(1) 由圖4.3可知軸的最小直徑是安裝軸承處的軸的直徑，軸承選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù)查7表6-1-64選擇軸承代號為628/8，其尺寸為。故取。(2) 由于齒輪亦安裝在軸段-，故取齒輪的內(nèi)徑為8mm。已知齒輪輪轂的寬度為10mm，齒輪左端采用套筒固定，套

45、筒長為3mm，內(nèi)徑為8mm。則軸段-的長度為。齒輪右端采用軸肩定位。(3) 初步選擇滾動軸承。由計算可知軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，且受力不大，故選用一面帶防塵蓋的深溝球軸承。根據(jù)并參照齒輪的直徑，查7表6-2-53初步選取標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承代號為6001-Z，其尺寸為，故，取軸承左端面到齒輪右端面間的距離為5mm,則。滾動軸承左端采用彈性擋圈固定，根據(jù)，查9表5-5選擇內(nèi)徑11mm、厚度1mm的彈性擋圈，其材料為65Mn,熱處理44-57HRC。軸承左端采用軸肩定位，查得6001-Z型軸承定位軸肩高度為，則軸環(huán)處直徑，取軸環(huán)寬度為8mm，即。(4) 軸段-為螺紋，為滿足軸的結(jié)構(gòu)工藝性，切制螺

46、紋的軸段應(yīng)留有退刀槽。取螺紋公稱直徑D為12mm,螺紋長為20mm。由9表3-1查得螺距，再根據(jù)螺距p查表3-25得到螺紋退刀槽的尺寸：，。故可得，；，。綜上可計算出主軸的總長度為。4.3.2.3軸上零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按由9表4-1查得圓頭普通平鍵的截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為6mm。為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位采用過渡配合，選擇軸的直徑尺寸公差為H7。4.3.2.4確定軸上圓角和倒角尺寸參考9表1-27，取軸左端倒角為，軸右端倒角為。各軸肩處的圓角半徑如附圖（主軸零件圖）所示。4.3.3軸的強(qiáng)度計算4.

47、3.3.1求軸上的載荷。首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖4.3）作出軸的計算簡圖（圖4.4），參照5圖15-23得向心軸承的支承點在中點位置，因此該滑動軸承和滾動軸承的作用點均取其中點。已知滑動軸承寬8mm，6001-Z型軸承寬8mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距為。再根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖4.4）。水平面：合成彎矩：圖4.4主軸的載荷分析圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面，將計算出的截面C處的各項值列于下表。表4.2載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M4.開關(guān)按鍵與鍵孔的間隙設(shè)計：周圍單邊間隙要求0.3mm0.5mm，如下圖：前端避空距離：1mm。5.機(jī)

48、殼散熱孔的設(shè)計：設(shè)計原則是確保氣流（從進(jìn)氣口到出氣口）流經(jīng)軸承，碳刷管，轉(zhuǎn)子，定子，散熱片等組件且熱空氣不會被阻塞于機(jī)殼內(nèi)，并得到充分冷卻。通風(fēng)孔不能過大，電動工具行業(yè)常用直徑6mm鋼球驗證，所塞鋼球不能掉入機(jī)殼內(nèi)。散熱孔處的機(jī)殼內(nèi)壁到風(fēng)扇葉片頂端的距離應(yīng)為46mm，原因有三個：保證空氣流量充足，減小噪音，避免小件異物從散熱孔處于風(fēng)扇葉片相撞。散熱孔空氣入口與馬達(dá)風(fēng)窗要對正，并沿氣流方向設(shè)計15的角度，便于空氣流通；空氣出口應(yīng)設(shè)計氣流導(dǎo)向板有15向上的角度，防止熱空氣直接吹到手上（下圖左）。另外，為降低空氣噪音，進(jìn)氣口和出氣口應(yīng)沿氣流方向作如下圖（右）所示的倒角。的電位增高，晶閘管的導(dǎo)通角增大

49、，此時a、b兩點電壓提高，從而保持整定的轉(zhuǎn)速不變。反之，當(dāng)負(fù)載減小，轉(zhuǎn)子回路電流減小，轉(zhuǎn)子回路電勢減小，c點的電位下降，從而保持整定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦不變，達(dá)到單相串勵電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下近似恒功率調(diào)速，即轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速下降而提高的工作特性。當(dāng)轉(zhuǎn)速小于200r/min，或空載運轉(zhuǎn)時，由于轉(zhuǎn)子電流小，c點電位下降，晶閘管導(dǎo)通角較小，晶閘管的維持電流難以保持穩(wěn)定，容易出現(xiàn)電鉆的抖動以及運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定而出現(xiàn)異常雜聲。為增加運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，電路中加入反饋電容器C2和二極管D3，使空載時C2 、D3、SR和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成反饋電路，以增加回路電流，保持晶閘管在低速時導(dǎo)通角的穩(wěn)定性。D1是為阻止轉(zhuǎn)子中與觸發(fā)信號反向的雜散諧波進(jìn)入晶閘管的觸發(fā)極，從而破壞晶閘管工作的穩(wěn)定性，產(chǎn)生電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定，使單相串勵電動機(jī)的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動、噪聲而設(shè)置的。R1為限流電阻 ，R3為移相、取樣電路的保護(hù)電阻。上述電路的特點是：一、轉(zhuǎn)子繞組串接在晶閘管的主回路中，反饋信號取自轉(zhuǎn)子電勢（電流），從而改變晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子兩端電壓，獲得單相串勵電動機(jī)的近似于恒功率的調(diào)壓、