電錘安全離合器的種類及特點(diǎn)

王俊豪，姜肖軍

（ 1.浙江省永康市石柱電器廠，浙江 永康 321301 2.浙江精力工具有限公司，浙江 武義 321200 ）

電錘安全離合器的種類及特點(diǎn)

王俊豪1，姜肖軍2

（ 1.浙江省永康市石柱電器廠，浙江 永康 321301 2.浙江精力工具有限公司，浙江 武義 321200 ）

基于應(yīng)用在輕型電錘以及中、重型電錘上的安全離合器基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)，介紹脫扣扭矩的計(jì)算方法以及影響不同結(jié)構(gòu)的離合器扭矩大小的主要因素。

電動(dòng)工具；電錘；安全離合器；扭矩

0 引言

為了避免電錘在工作中因過(guò)載或反力矩現(xiàn)象造成的損壞及可能的人身傷害，在電錘產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造時(shí)，必須設(shè)置安全離合器，即脫扣機(jī)構(gòu)，并規(guī)范設(shè)定不同規(guī)格型號(hào)的電錘最大脫扣扭矩。

1 結(jié)構(gòu)種類

常見(jiàn)的機(jī)械式電錘安全離合器為三種：摩擦片式、牙嵌式以及鋼球式。

1）摩擦片式安全離合器

摩擦式安全離合器由錐齒軸、方孔墊片（兩片）、摩擦片（兩片）、大平板齒、碟形彈簧、鎖緊螺母組成，如圖1所示。電錘正常工作時(shí)，鉆頭阻力扭矩小于離合器的摩擦力矩，電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)齒輪、離合器帶動(dòng)錐齒軸、大錐齒輪、氣缸、轉(zhuǎn)套、鉆頭旋轉(zhuǎn)。一旦過(guò)載或者堵轉(zhuǎn)，阻力扭矩瞬間增加并超過(guò)摩擦離合器的摩擦力矩，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩使摩擦離合器的摩擦片打滑，從而起到保護(hù)作用。

2）牙嵌式安全離合器

牙嵌式安全離合器由靜止固定件、運(yùn)動(dòng)件、彈簧、擋圈、開口軸用彈性擋圈組成。其中，靜止固定件分為兩種：靜止件與氣缸成一體及靜止件與氣缸通過(guò)其他零件連結(jié)。

相對(duì)于氣缸靜止，與運(yùn)動(dòng)件相對(duì)的面有凸牙。運(yùn)動(dòng)件是一個(gè)齒輪環(huán)，內(nèi)周有可嵌入靜止件上凸牙的凹槽。通常情況下，在彈簧的作用下與靜止件嚙合。電錘正常工作時(shí)，電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)經(jīng)減速齒輪帶動(dòng)中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中間軸齒輪帶動(dòng)離合器運(yùn)動(dòng)件、靜止件、氣缸轉(zhuǎn)套、鉆頭旋轉(zhuǎn)。當(dāng)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，阻力扭矩驟增，超過(guò)離合器的維持嚙合狀態(tài)的力矩，離合器打滑，運(yùn)動(dòng)件被推向前，彈簧被軸向壓縮。當(dāng)運(yùn)動(dòng)件內(nèi)周端面滑過(guò)靜止件凸牙后，由于彈簧的壓力，離合器再次嚙合，由此形成嚙合—脫離—嚙合，起到了保護(hù)作用。

圖1 摩擦片式安全離合器

圖2 牙嵌式安全離合器

3）鋼球式安全離合器

該種安全離合器目前有兩種：一種由齒輪架、大平板齒、鋼球（或圓柱銷）、彈簧、壓板、碟形彈簧、鎖緊螺母、錐齒軸、平鍵組成，見(jiàn)圖3。當(dāng)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，阻力扭矩瞬增，通過(guò)大平板齒內(nèi)孔凹槽擠壓鋼球或圓柱銷，使齒輪架內(nèi)的彈簧壓縮，促使齒輪架與大平板齒產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，此時(shí)電機(jī)還在轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆頭已經(jīng)不再旋轉(zhuǎn)，從而起到安全保護(hù)作用。當(dāng)運(yùn)動(dòng)件即齒輪架內(nèi)的鋼球由于彈簧的壓力，再次運(yùn)動(dòng)到大平板齒內(nèi)圈上的凹槽時(shí)，鋼球再次嵌入凹槽帶動(dòng)大平板齒旋轉(zhuǎn)。

圖3 鋼球式安全離合器一

另一種由錐齒軸、大平板齒、鋼球、定位圈、壓板、彈簧、彈簧定位圈、軸用鋼絲擋圈或鎖緊螺母組成，見(jiàn)圖4。當(dāng)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，阻力扭矩瞬增，通過(guò)大平板齒端面的凹槽擠壓鋼球，使脫扣大小彈簧的彈簧壓縮，此時(shí)電機(jī)還在轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼球不能帶動(dòng)大平板齒旋轉(zhuǎn)，鉆頭不再旋轉(zhuǎn)，從而起到安全保護(hù)作用。當(dāng)運(yùn)動(dòng)件即定位圈內(nèi)的鋼球由于彈簧的壓力，再次運(yùn)動(dòng)到大平板齒端面上的凹槽時(shí)，鋼球再次嵌到凹槽帶動(dòng)大平板齒旋轉(zhuǎn)。

圖4 鋼球式安全離合器二

2 使用情況

摩擦片式離合器是目前業(yè)界使用最為廣泛的一種安全離合器。重型、中型電錘中如26電錘、28電錘、30電錘、38E電錘基本上都使用該種結(jié)構(gòu)安全離合器。

牙嵌式離合器在在輕型電錘上應(yīng)用較多。靜止件與氣缸一體的牙嵌式安全離合器多見(jiàn)于牧田款、日立款輕型電錘，靜止件與氣缸分離的牙嵌式安全離合器在博世26款、得偉款、麥太?？畹妮p型電錘較常見(jiàn)，但博世20、22、24的輕型電錘仍使用靜止件與氣缸一體的牙嵌式安全離合器。

鋼球式離合器成本較高，在一些國(guó)外品牌的原裝機(jī)型較多使用，目前，我國(guó)一線高檔機(jī)上也已經(jīng)逐漸使用該機(jī)構(gòu)。

2.1 應(yīng)用特點(diǎn)

摩擦式離合器技術(shù)成熟，配件通用性強(qiáng)，生產(chǎn)企業(yè)眾多，配件價(jià)格低廉。不同規(guī)格型號(hào)的電錘，只需更換錐齒軸及大平板齒規(guī)格，其他配件其本都可通用。其缺點(diǎn)是一旦發(fā)生過(guò)脫扣動(dòng)作，由于摩擦片被方孔墊片及大平板齒磨損，雖有碟形彈簧壓緊，但仍失去或大大減少傳動(dòng)扭矩，必須拆下并將離合器鎖緊螺母擰緊后再投入使用，對(duì)使用者而言，一旦該現(xiàn)象發(fā)生，拆裝極為不便。

牙嵌式離合器相對(duì)于摩擦式離合器最大特點(diǎn)是發(fā)生脫扣動(dòng)作后可自動(dòng)復(fù)位，無(wú)需拆卸重裝。但是，該種結(jié)構(gòu)的安全離合器氣缸加工較為繁瑣。另外如果脫扣彈簧及彈簧墊圈的鋼絲擋圈安裝不到位，使用過(guò)程中鋼絲擋圈極易彈出，失去傳動(dòng)扭力功能。所以在裝配時(shí)必須確保鋼絲擋圈完全安裝至氣缸及彈簧墊圈上擋圈槽內(nèi)。

鋼球式離合器同屬發(fā)生脫扣動(dòng)作后可自動(dòng)復(fù)位的離合器，脫扣原理與牙嵌式離合器相同。

根據(jù)圖3結(jié)構(gòu)，其脫扣彈簧伸縮方向沿徑向動(dòng)作。該結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，齒輪架結(jié)構(gòu)一般采用粉末冶金制作。由于零件眾多，裝配繁瑣。最大的缺陷在于脫扣彈簧規(guī)格小，鋼絲直徑也較小，經(jīng)熱處理后，鋼絲硬度均勻性不理想，致使裝配后脫扣扭矩一致性較差。

根據(jù)圖4結(jié)構(gòu)，脫扣彈簧伸縮方向沿軸向動(dòng)作。該結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，零配件制作工藝及裝配等都較為簡(jiǎn)單。該結(jié)構(gòu)彈簧鋼絲直徑略粗（3 mm左右），脫扣扭矩一致性較易控制。圖4中（c、d）結(jié)構(gòu)在組裝時(shí)還可以鎖緊螺母旋進(jìn)量的大小來(lái)設(shè)定的脫扣扭矩的大小，整批電動(dòng)工具的脫扣扭矩可保持基本一致。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有較多工具制造企業(yè)使用該結(jié)構(gòu)。

3 脫扣扭矩計(jì)算與選擇

3.1 脫扣扭矩計(jì)算

3.1.1 牙嵌式安全離合器輸出扭矩計(jì)算

式中 T—輸出扭矩

Pw—輸出功率

n—輸出轉(zhuǎn)速

安全離合器直接安裝在轉(zhuǎn)套氣缸上，無(wú)其他任何傳動(dòng)部件，工作時(shí)鉆頭作用于離合器上的扭矩與作用輸出轉(zhuǎn)套上的扭矩一致。

3.1.2 其他安全離合器輸出扭矩計(jì)算

式中 T—輸出扭矩

Pw—輸出功率

n—安全離合器的轉(zhuǎn)速

z2—從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)

z1—主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)

k—轉(zhuǎn)套與離合器之間其他傳動(dòng)的數(shù)比，如沒(méi)有其他傳動(dòng)部件傳動(dòng)，則k=1。

根據(jù)數(shù)比，k×z2÷z1大于1，轉(zhuǎn)套上鉆頭的扭矩大于離合器輸出的力矩；k×z2÷z1小于1，轉(zhuǎn)套上鉆頭的扭矩小于離合器輸出的扭矩。

在設(shè)計(jì)安全離合器的脫扣扭矩時(shí)，按照式1或式2計(jì)算扭矩，傳遞至輸出鉆頭上的扭矩不得大于GB/T7443-2007《電錘》中規(guī)定的限值。

3.2 影響安全離合器脫扣扭矩大小的主要因素

相對(duì)于摩擦式安全離合器：摩擦片接觸面積大小與材質(zhì)，接觸面越大，脫扣扭矩越大，材料越耐磨、越粗糙，脫扣扭矩越大；碟形彈簧強(qiáng)度，強(qiáng)度和剛性越高，脫扣扭矩越大；裝配時(shí)施加在鎖緊螺母上的扭力，扭力越大，脫扣扭矩越大。

相對(duì)于牙嵌式安全離合器：脫扣彈簧的強(qiáng)度，彈簧線徑越粗、壓縮量越大、淬火硬度越高，離合器脫扣扭矩越大；牙嵌的深度與角度，深度越大、牙嵌角度越直，脫扣扭矩越大。

相對(duì)于鋼球式安全離合器：脫扣彈簧的強(qiáng)度，彈簧的線徑越粗、壓縮量越大、淬火硬度越高，離合器脫扣扭矩越大；大齒輪內(nèi)圈與圓柱銷或鋼球接觸的凹槽越深，脫扣扭矩越大。

4 結(jié)語(yǔ)

電錘的安全離合器種類眾多，各種離合器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)都各不相同。本文探討的僅為目前市場(chǎng)較為常見(jiàn)的相關(guān)產(chǎn)品。相關(guān)工具制造企業(yè)還是應(yīng)該根據(jù)自身產(chǎn)品的特點(diǎn)、價(jià)格、功率大小等因素來(lái)定位，有選擇的使用安全離合器，并且在設(shè)計(jì)、裝配時(shí)確保輸出鉆頭上的脫扣扭矩在GB/T7443-2007《電錘》4.2.5中規(guī)定的限值以內(nèi)。

[1]全國(guó)電動(dòng)工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).手持式可移式電動(dòng)工具和園林工具的安全 第一部分：通用部分: GB 3883.1-2004[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[2]全國(guó)電動(dòng)工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).手持式電動(dòng)工具的安全 第二部分：錘類工具的專用要求:GB 3883.7-2012[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[3]全國(guó)電動(dòng)工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).電錘:GB/T7443-2007[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[4]李邦協(xié),實(shí)用電動(dòng)工具手冊(cè)[M].北京:中國(guó)機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

Types and Characteristics of Safety Clutch of Electric Hammer

Wang Junhao1, Jiang xiaojun2

( 1. Zhejiang YongkangShizhu Electric Appliances Factory, Yongkang, 321301, China 2. Zhejiang JingliTools Co., Ltd., Wuyi, 321301, China)

Based on the basic structure and application characteristics of the safety clutch in application of light, medium and heavy sized hammer, this paper introduced the calculation of release torque and main factors affecting the structure of the clutch torque in different sizes.

Electric tools, Hammer, Safety clutch, Torque

TM205

A

1674-2796（2017）03-0016-04

2017—02-17

王俊豪（1964—），男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要從事電動(dòng)工具設(shè)計(jì)與研發(fā)工作。