迷你型輕型電錘設(shè)計(jì)

湯竣躍

（浙江亞特電器股份有限公司，浙江 嘉興 314009）

0 引言

傳統(tǒng)電錘體積較大，重型電錘重量可達(dá)5 kg 以上，輕型電錘重量一般在4.2 kg 以上，操作時(shí)工作強(qiáng)度大?？紤]到某些特定場(chǎng)合操作的特殊性，如狹小空間內(nèi)作業(yè)，需要考慮隨身攜帶、操作方便、使用安全等要求，本文提出一款體積小、重量輕的迷你型輕型電錘設(shè)計(jì)方案。

1 概述

設(shè)計(jì)的迷你型輕型電錘如圖1 所示。電錘本體中，電樞設(shè)置在沖擊機(jī)構(gòu)下方，成“乁”字型布置，電機(jī)與沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)一對(duì)錐齒輪連聯(lián)，帶動(dòng)中心齒軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中心齒軸套有擺桿軸承，通過(guò)花鍵式離合器與中心齒軸連接[1-2]。擺桿軸承帶動(dòng)鋁活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)吸氣壓氣推動(dòng)轉(zhuǎn)套中的撞錘往復(fù)敲擊沖擊桿，沖擊桿敲擊鉆頭實(shí)現(xiàn)“鑿”的功能，中心齒軸通過(guò)大齒輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套及鉆頭實(shí)現(xiàn)“鉆”的動(dòng)作[3-4]。通過(guò)功能旋鈕帶動(dòng)撥叉實(shí)現(xiàn)花鍵式離合器與擺桿軸承間的結(jié)合和分離，完成電錘的錘鉆和鉆功能的切換?；钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)擺桿軸承實(shí)現(xiàn)，電樞釆用永磁無(wú)刷電機(jī)和鋰電池驅(qū)動(dòng)，采用擺桿軸承和大傳動(dòng)比的錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在一定程度上減少了傳動(dòng)系統(tǒng)的體積和重量[5]。

圖1 迷你型輕型電錘

2 參數(shù)設(shè)計(jì)

尺寸規(guī)格：310 mm×81 mm×208 mm；

重量：2.3 kg；凈量(不帶電池包)：1.67 kg；

鉆孔直徑：6 mm ～17 mm；

沖擊頻：4 500 次/min；

轉(zhuǎn)速：810 r/min；

沖擊能量：1.2 J。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 電機(jī)選擇

整機(jī)選用4815 永磁無(wú)刷鋰電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)、20 V/5.0 Ah 電池包，電機(jī)額定電壓20 V，額定電流20 A，額定轉(zhuǎn)速14 000 r/min，輸出轉(zhuǎn)矩3.0 N·m，電機(jī)效率95%，溫升小于75 K。電機(jī)特性曲線見(jiàn)圖2。

圖2 電機(jī)特性曲線

3.2 傳動(dòng)方案

根據(jù)電機(jī)型號(hào)，空載轉(zhuǎn)速為14 000 r/min。實(shí)際電錘輸出轉(zhuǎn)速為815 r/min，如釆用傳統(tǒng)二級(jí)直齒輪傳動(dòng)，尺寸較大。綜合考慮后，決定第一級(jí)采用弧齒錐齒輪傳動(dòng)，第二級(jí)采用直齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比，滿足電錘體積小、低轉(zhuǎn)速、大扭矩和高沖擊頻的輸出要求。弧齒錐齒輪傳動(dòng)件參數(shù)見(jiàn)表1[6-7]。選用弧齒錐齒輪傳動(dòng)，精度為8C?？紤]第一級(jí)齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)速高，扭矩小，故小錐齒采用20CrMnTi，滲碳深度0.3 mm ～0.5 mm，硬度為HV(0.1)630～690；大錐齒輪采用20Cr，滲碳淬火，滲碳深度0.3 mm ～0.5 mm，硬度為HV(0.1)560～630。直齒輪傳動(dòng)件參數(shù)見(jiàn)表2。第二級(jí)齒輪傳遞扭矩大，轉(zhuǎn)速低，選用直齒輪正變位傳動(dòng)，精度為877FH?？紤]到第二級(jí)齒輪傳動(dòng)比大，傳遞扭矩大，轉(zhuǎn)速低，大齒輪體積大等因素，故小齒(齒軸)采用20CrMo，滲碳淬火，滲碳深度0.3 mm ～0.5 mm，硬度為80 HRA；大齒輪采用粉末冶金材料SMF5040，硬度為33 HRC ～43 HRC。直齒輪傳動(dòng)件參數(shù)見(jiàn)表2，齒輪示意圖如圖3 所示。

表1 弧齒錐齒輪傳動(dòng)件參數(shù)

表2 直齒輪傳動(dòng)件參數(shù)

圖3 齒輪示意圖

電機(jī)輸出軸小錐輪齒數(shù)Z1=10，中心間軸上大錐齒輪齒數(shù)Z2=31，中心間軸齒數(shù)Z3=9。

轉(zhuǎn)動(dòng)套上的大齒輪齒數(shù)Z4=50，第一級(jí)傳動(dòng)比：i1=Z2/Z1=31/10=3.1，兩級(jí)系統(tǒng)總傳動(dòng)比：i2=17.222。沖擊頻=4 516 次/min，轉(zhuǎn)速n=813 r/min。

3.3 裝夾機(jī)構(gòu)

輕型電錘常用SDS 鉆頭，采用如圖4 所示的快速裝夾結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖4 快速裝夾結(jié)構(gòu)與鉆頭

4 工作原理

圖5 所示為迷你型輕型電錘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)系統(tǒng)。圖5 中，電機(jī)輸出軸上的小錐齒輪（3）與齒軸（2）上的大錐齒輪（4）形成一級(jí)減速；齒軸（小齒）與轉(zhuǎn)動(dòng)套（10）上大齒輪（1）形成二級(jí)減速，二級(jí)減速帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鉆夾頭實(shí)現(xiàn)鉆頭跟著轉(zhuǎn)動(dòng)套轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)齒軸的花鍵帶動(dòng)齒軸上的離合器（6）轉(zhuǎn)動(dòng)，離合器通過(guò)擺桿軸承（5）上的花鍵,帶動(dòng)套在中間軸上的擺桿軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，使擺桿軸承的擺桿前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擺桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)套在擺桿上的鋁氣缸（7）沿著轉(zhuǎn)動(dòng)套內(nèi)壁前后運(yùn)動(dòng)形成氣缸壓氣和吸氣，推氣缸中的撞錘（8）向前沖擊和向后復(fù)位運(yùn)動(dòng)，撞錘向前沖擊打擊沖擊桿（9），沖擊桿打擊鉆頭（11）實(shí)現(xiàn)鑿的動(dòng)作。撞錘向后復(fù)位，吸氣及鉆頭的反彈力使沖擊桿復(fù)位，循環(huán)打擊鉆頭和轉(zhuǎn)動(dòng)套帶著鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合成電錘鉆頭邊鑿邊轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在石料鉆孔即電錘的主要功能。通過(guò)功能旋鈕撥動(dòng)撥叉，使離合器與擺桿軸承分離，擺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，停止氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而停止壓氣和吸氣。停止鉆頭打擊動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鉆頭只鉆不錘，即電鉆的功能。

圖5 迷你型輕型電錘內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)系統(tǒng)

5 結(jié)語(yǔ)

迷你型輕型電錘可滿足市場(chǎng)需求，適合巖石打孔、建筑安裝，在石柱、橫梁或家庭墻體等場(chǎng)合作業(yè)，便于攜帶且操作安全。采用孤齒錐齒輪和直齒輪兩級(jí)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了較大的傳動(dòng)比，通過(guò)一級(jí)、二級(jí)傳動(dòng)比的合理分配實(shí)現(xiàn)錘、鉆功能切換效果。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕、體積小，使整機(jī)產(chǎn)品性能得到了優(yōu)異的體現(xiàn)。