迷你型輕型電錘設計

湯竣躍

（浙江亞特電器股份有限公司，浙江 嘉興 314009）

0 引言

傳統電錘體積較大，重型電錘重量可達5 kg 以上，輕型電錘重量一般在4.2 kg 以上，操作時工作強度大?？紤]到某些特定場合操作的特殊性，如狹小空間內作業，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計方案。

1 概述

設計的迷你型輕型電錘如圖1 所示。電錘本體中，電樞設置在沖擊機構下方，成“乁”字型布置，電機與沖擊傳動機構通過一對錐齒輪連聯，帶動中心齒軸轉動，中心齒軸套有擺桿軸承，通過花鍵式離合器與中心齒軸連接[1-2]。擺桿軸承帶動鋁活塞往復運動，通過吸氣壓氣推動轉套中的撞錘往復敲擊沖擊桿，沖擊桿敲擊鉆頭實現“鑿”的功能，中心齒軸通過大齒輪帶動轉動套及鉆頭實現“鉆”的動作[3-4]。通過功能旋鈕帶動撥叉實現花鍵式離合器與擺桿軸承間的結合和分離，完成電錘的錘鉆和鉆功能的切換?；钊耐鶑瓦\動通過擺桿軸承實現，電樞釆用永磁無刷電機和鋰電池驅動，采用擺桿軸承和大傳動比的錐齒輪轉動，在一定程度上減少了傳動系統的體積和重量[5]。

圖1 迷你型輕型電錘

2 參數設計

尺寸規格：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；

轉速：810 r/min；

沖擊能量：1.2 J。

3 結構設計

3.1 電機選擇

整機選用4815 永磁無刷鋰電池驅動電機、20 V/5.0 Ah 電池包，電機額定電壓20 V，額定電流20 A，額定轉速14 000 r/min，輸出轉矩3.0 N·m，電機效率95%，溫升小于75 K。電機特性曲線見圖2。

圖2 電機特性曲線

3.2 傳動方案

根據電機型號，空載轉速為14 000 r/min。實際電錘輸出轉速為815 r/min，如釆用傳統二級直齒輪傳動，尺寸較大。綜合考慮后，決定第一級采用弧齒錐齒輪傳動，第二級采用直齒輪傳動，實現大傳動比，滿足電錘體積小、低轉速、大扭矩和高沖擊頻的輸出要求?；↓X錐齒輪傳動件參數見表1[6-7]。選用弧齒錐齒輪傳動，精度為8C?？紤]第一級齒輪傳動轉速高，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。直齒輪傳動件參數見表2。第二級齒輪傳遞扭矩大，轉速低，選用直齒輪正變位傳動，精度為877FH?？紤]到第二級齒輪傳動比大，傳遞扭矩大，轉速低，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。直齒輪傳動件參數見表2，齒輪示意圖如圖3 所示。

表1 弧齒錐齒輪傳動件參數

表2 直齒輪傳動件參數

圖3 齒輪示意圖

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

轉動套上的大齒輪齒數Z4=50，第一級傳動比：i1=Z2/Z1=31/10=3.1，兩級系統總傳動比：i2=17.222。沖擊頻=4 516 次/min，轉速n=813 r/min。

3.3 裝夾機構

輕型電錘常用SDS 鉆頭，采用如圖4 所示的快速裝夾結構來實現。

圖4 快速裝夾結構與鉆頭

4 工作原理

圖5 所示為迷你型輕型電錘的內部結構與傳動系統。圖5 中，電機輸出軸上的小錐齒輪（3）與齒軸（2）上的大錐齒輪（4）形成一級減速；齒軸（小齒）與轉動套（10）上大齒輪（1）形成二級減速，二級減速帶動轉動套轉動，通過鉆夾頭實現鉆頭跟著轉動套轉動；同時齒軸的花鍵帶動齒軸上的離合器（6）轉動，離合器通過擺桿軸承（5）上的花鍵,帶動套在中間軸上的擺桿軸承轉動，使擺桿軸承的擺桿前后往復運動，擺桿的往復運動帶動套在擺桿上的鋁氣缸（7）沿著轉動套內壁前后運動形成氣缸壓氣和吸氣，推氣缸中的撞錘（8）向前沖擊和向后復位運動，撞錘向前沖擊打擊沖擊桿（9），沖擊桿打擊鉆頭（11）實現鑿的動作。撞錘向后復位，吸氣及鉆頭的反彈力使沖擊桿復位，循環打擊鉆頭和轉動套帶著鉆頭轉動復合成電錘鉆頭邊鑿邊轉動，實現在石料鉆孔即電錘的主要功能。通過功能旋鈕撥動撥叉，使離合器與擺桿軸承分離，擺桿停止轉動，停止氣缸往復運動，從而停止壓氣和吸氣。停止鉆頭打擊動作，實現鉆頭只鉆不錘，即電鉆的功能。

圖5 迷你型輕型電錘內部結構與傳動系統

5 結語

迷你型輕型電錘可滿足市場需求，適合巖石打孔、建筑安裝，在石柱、橫梁或家庭墻體等場合作業，便于攜帶且操作安全。采用孤齒錐齒輪和直齒輪兩級傳動，實現了較大的傳動比，通過一級、二級傳動比的合理分配實現錘、鉆功能切換效果。設計結構緊湊，重量輕、體積小，使整機產品性能得到了優異的體現。