山东世达工具|大扭矩耐冲击电动工具探索

　　电动工具是一种由电磁旋转式或往复式小容量电动机通过传动机构带动作业装置进行工作的手提式或移动式的生产工具(如图1所示)，具有携带方便、操作简单、功能多样、安全可靠等特点，可以大大减轻劳动强度提高工作效率，实现手工操作机械化，广泛用于建筑、住房装潢、汽车、机械、电力、桥梁、园艺等部门，并大量进入家庭。

　　一、国内外电动工具发展现状经过近20年的发展，我国电动工具制造业已经成为世界电动工具的生产大国和外贸出口大国，全世界每年所需要的电动工具，80%以上是“中国制造”，当长期以来，我国电动工具生产企业在与众多外资电动工具企业相比，规模明显偏小，产品档次和营销能力偏差，产品质量与水平存在差距，在产品设计能力、核心零部件技术研发方面存在着明显的差距，缺乏技术竞争力;国外厂商已经开始生产电子控速的产品，如，松下的电动冲击扳手采用了无刷电机，体积更小，功率更大，寿命比传统有刷串励电机高10倍;瑞典生产的智能割草机器人已在全球热卖了，而我国则刚起步研究。目前大多数电动工具企业还未攻克这些技术，现有技术以模仿为主，大多没有做技术开发，更没有成熟的下一代的技术储备。

　　电动冲击扳手是一种典型的手持便携式电动工具，其技术原理在于利用短促爆发力来向紧固件施加扭矩，电动冲击扳手包括：驱动电机、齿轮减速机构和冲击装置;主动冲击块由齿轮减速机构的输出轴旋转驱动，被动冲击块可与主动冲击块啮合而被旋转驱动。工作轴连接于被动冲击块上且由被动冲击块带动旋转，其中主动冲击块在工作轴所受的负载增大到特定值时可选择地与被动冲击块脱离啃合，进而在输出轴的旋转驱动下又与被动冲击块重新啃合，从而在旋转方向上对工作轴施以间歇性的冲击，具有很高的功率重量比，近年来逐渐成为制造重型卡车、农用机械、施工设备和铁路车辆等产品时大型螺纹紧固件的理想拧紧工具。

　　从国际电动工具技术发展来看，小型化、无绳化、锂电池驱动已逐渐成为行业发展的必然，小型化的基础是零件的小型化、微型化;对于手持式电动冲击扳手而言，由于受高功率重量比和装配空间限制，产品的机械传动部件要尽可能小，而且要尽可能地获得较大的功率输出，其核心就在于传动系统的小型化结构设计，对比国际先进水平的电动冲击扳手，不难发现，冲击扳手的传动系统多采用高精密微型“行星齿轮传动”形式，全部由模数m<1.0mm的小模数齿轮组构成，具有结构紧凑，体积小、重量轻，传动比大，同轴性好、传动效率高等优点，同时可以通过机械方式来调节扭矩，输出扭矩大，耐冲击性能好，寿命长;而国内受技术水平限制，绝大部分产品只能通过电子调输入电流来改变电机转速从而实现冲击扭矩的调节，不但限制了马达输出功率和效率，而且扭矩调节方式单一、调节有限，不能在不改变电机输出功率的情况下进行扭矩调节;此外，在手持式电动工3 具工作噪音和耐冲击特性方面，差距明显。

　　二、对行星齿轮结构原理分析研究

　　(1)行星齿轮减速机构采用41齿的行星内齿圈，2个17齿的行星齿轮，和1个7齿的太阳齿轮的齿轮组，(图一)通过优化调整行星齿轮齿数比，获得大减速比，进而实现齿轮箱传递大扭矩输出，解决行星齿轮在较小的空间获得大减速比，将电机的功率转化为250N〃m的冲击扭矩;
       图一：大扭矩耐冲击电动工具专用高精密齿轮箱结构

　　(2)机械扭矩调节机构在已有的冲击扳手结构基础上，增设了能够调节主动冲击块与被动冲击块啮合量大小的第一调节单元和/或能够调节复位压簧预压量大小的第二调节单元，其中第一调节单元可以改变冲击过程中可转化的扭矩大小;第二调节单元可以调整主动冲击块复位时获得的弹性势能，从而可以调整输出的冲击扭矩，在不改变电机输出功率的情况下进行扭矩调节。(3)齿轮箱螺旋球道结构当冲击板手工作，在外部承载时，冲击座通过螺旋球道与行星架配合后退，由于球道呈螺旋状，(如图二)运动过程中摩擦系数很小，因此噪音低，使用寿命也得到了很大的提升。螺旋球道对称的分布在行星支架的外圆与冲击座的内孔上，模拟钢球在球道内的运动轨迹，行星支架的球道成对称的58度，冲击座螺旋球道成对称的56度，通过四轴加工中心和对刀仪将配合位置准确的定位，因此工作时运动轨迹十分准确，对降低工作噪音，提升使用寿命起到关键的作用和效果。
      图二：齿轮箱螺旋球道结构

　　(4)双向冲击结构的作用和分析双向冲击结构，形成冲击平衡，可以减少冲击板手工作时的振动，降低工人使用的疲劳强度;在输出轴与冲击座的工作部位圆弧设计，是一方面减少应力集中，另一方面可以改善冲击的面面接触，更加平稳。在冲击板手工作时，各原件之间的配合间隙，冲击座的冲击工作面角度为72度，而与之配合的输出轴冲击面的工作角度为89度，通过模拟，冲击板手在工作时，可以很好的面面接触，振动小。行星减速结构、机械扭矩调节机构、齿轮箱螺旋球道结构和双向冲击结构的设计，实现了电动工具大扭矩、耐冲击等共性关键功能。通过行星减速结构，实现在较小的空间获得大减速比、大扭矩传递;在通过螺旋球道和冲击结构，减少了齿轮箱工作噪音和振动，对提高使用寿命，降低疲劳强度起得关键作用，行星减速齿轮箱传动机构设计巧妙，具有体积小、输出扭矩大、耐冲击、噪音低、长寿命等特点，设计技术水平明显优于国内同类产品，可适用于冲击扳手、冲击钻、电锯等手持式小型电动工具。行星减速结构的技术也为我国气动工具发展提供很好的技术样板。

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