迷你型轻型电锤设计

2024-01-15汤竣跃

电动工具 2023年6期

汤竣跃

（浙江亚特电器股份有限公司，浙江嘉兴 314009）

0 引言

传统电锤体积较大，重型电锤重量可达5 kg 以上，轻型电锤重量一般在4.2 kg 以上，操作时工作强度大。考虑到某些特定场合操作的特殊性，如狭小空间内作业，需要考虑随身携带、操作方便、使用安全等要求，本文提出一款体积小、重量轻的迷你型轻型电锤设计方案。

1 概述

设计的迷你型轻型电锤如图1 所示。电锤本体中，电枢设置在冲击机构下方，成“乁”字型布置，电机与冲击传动机构通过一对锥齿轮连联，带动中心齿轴转动，中心齿轴套有摆杆轴承，通过花键式离合器与中心齿轴连接[1-2]。摆杆轴承带动铝活塞往复运动，通过吸气压气推动转套中的撞锤往复敲击冲击杆，冲击杆敲击钻头实现“凿”的功能，中心齿轴通过大齿轮带动转动套及钻头实现“钻”的动作[3-4]。通过功能旋钮带动拨叉实现花键式离合器与摆杆轴承间的结合和分离，完成电锤的锤钻和钻功能的切换。活塞的往复运动通过摆杆轴承实现，电枢釆用永磁无刷电机和锂电池驱动，采用摆杆轴承和大传动比的锥齿轮转动，在一定程度上减少了传动系统的体积和重量[5]。

图1 迷你型轻型电锤

2 参数设计

尺寸规格：310 mm×81 mm×208 mm；

重量：2.3 kg；净量(不带电池包)：1.67 kg；

钻孔直径：6 mm ～17 mm；

冲击频：4 500 次/min；

转速：810 r/min；

冲击能量：1.2 J。

3 结构设计

3.1 电机选择

整机选用4815 永磁无刷锂电池驱动电机、20 V/5.0 Ah 电池包，电机额定电压20 V，额定电流20 A，额定转速14 000 r/min，输出转矩3.0 N·m，电机效率95%，温升小于75 K。电机特性曲线见图2。

图2 电机特性曲线

3.2 传动方案

根据电机型号，空载转速为14 000 r/min。实际电锤输出转速为815 r/min，如釆用传统二级直齿轮传动，尺寸较大。综合考虑后，决定第一级采用弧齿锥齿轮传动，第二级采用直齿轮传动，实现大传动比，满足电锤体积小、低转速、大扭矩和高冲击频的输出要求。弧齿锥齿轮传动件参数见表1[6-7]。选用弧齿锥齿轮传动，精度为8C。考虑第一级齿轮传动转速高，扭矩小，故小锥齿采用20CrMnTi，渗碳深度0.3 mm ～0.5 mm，硬度为HV(0.1)630～690；大锥齿轮采用20Cr，渗碳淬火，渗碳深度0.3 mm ～0.5 mm，硬度为HV(0.1)560～630。直齿轮传动件参数见表2。第二级齿轮传递扭矩大，转速低，选用直齿轮正变位传动，精度为877FH。考虑到第二级齿轮传动比大，传递扭矩大，转速低，大齿轮体积大等因素，故小齿(齿轴)采用20CrMo，渗碳淬火，渗碳深度0.3 mm ～0.5 mm，硬度为80 HRA；大齿轮采用粉末冶金材料SMF5040，硬度为33 HRC ～43 HRC。直齿轮传动件参数见表2，齿轮示意图如图3 所示。

表1 弧齿锥齿轮传动件参数

表2 直齿轮传动件参数

图3 齿轮示意图

电机输出轴小锥轮齿数Z1=10，中心间轴上大锥齿轮齿数Z2=31，中心间轴齿数Z3=9。

转动套上的大齿轮齿数Z4=50，第一级传动比：i1=Z2/Z1=31/10=3.1，两级系统总传动比：i2=17.222。冲击频=4 516 次/min，转速n=813 r/min。

3.3 装夹机构

轻型电锤常用SDS 钻头，采用如图4 所示的快速装夹结构来实现。

图4 快速装夹结构与钻头

4 工作原理

图5 所示为迷你型轻型电锤的内部结构与传动系统。图5 中，电机输出轴上的小锥齿轮（3）与齿轴（2）上的大锥齿轮（4）形成一级减速；齿轴（小齿）与转动套（10）上大齿轮（1）形成二级减速，二级减速带动转动套转动，通过钻夹头实现钻头跟着转动套转动；同时齿轴的花键带动齿轴上的离合器（6）转动，离合器通过摆杆轴承（5）上的花键,带动套在中间轴上的摆杆轴承转动，使摆杆轴承的摆杆前后往复运动，摆杆的往复运动带动套在摆杆上的铝气缸（7）沿着转动套内壁前后运动形成气缸压气和吸气，推气缸中的撞锤（8）向前冲击和向后复位运动，撞锤向前冲击打击冲击杆（9），冲击杆打击钻头（11）实现凿的动作。撞锤向后复位，吸气及钻头的反弹力使冲击杆复位，循环打击钻头和转动套带着钻头转动复合成电锤钻头边凿边转动，实现在石料钻孔即电锤的主要功能。通过功能旋钮拨动拨叉，使离合器与摆杆轴承分离，摆杆停止转动，停止气缸往复运动，从而停止压气和吸气。停止钻头打击动作，实现钻头只钻不锤，即电钻的功能。