项目一、电钻结构

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1、项目一 电钻结构设计项目一 电钻结构设计任务一 电动工具结构设计综述11电动工具用途和分类111电动工具用途电动工具是一种运用小容量电动机或电磁铁，通过传动机构驱动工作头的手持式或可移式的机械化工具。电动工具品种繁多，目前世界上的电动工具已经有近500多个品种；他们共同的特点是：结构轻巧，携带使用方便。比手动工具可提高劳动生产率数倍到数十倍；比风动工具效率高，费用低，振动小并且易于控制。1.1.2电动工具分类（一）电动工具按照不同的应用领域，有如下几个类型：31机械工业中：禁锢或拆卸螺丝的电动扳手；去除金属工件上的披锋毛刺以及锈蚀的角向磨光机；钻孔和攻丝的电钻，切割金属板的电剪，电锯等等。2建

2、筑及矿山开采中：凿岩开石的重型电锤；混凝土捣实的振动机；云石切割机；墙壁开槽机等等。3)木材加工中：曲线锯；台锯；斜切锯；电刨；开榫机；修边机；电木铣；砂光机等等。4)农牧业中：电动羊毛剪。5)林业中：伐木用的电链锯。6)工艺美术中：雕刻机。（二）从电力来源区分电动工具有有绳电动工具（图1.2）和充电（无绳）（图1.3）电动工具两类。从电力来源区分电动工具有充电电动工具和有绳电动工具两类。通过外接电缆线提供电力到工具内部电机的电动工具称为有绳电动工具。通常这类工具采用交流马达，体型较大，动力强劲，可持续长时间工作。但是电源线和插头的规格在不同的国家和地区会有所区别，并且操作的灵活性会受电源线长

3、度和电源所在位置的影响。通过工具自身配备的电池提供电力到工具内部电机的电动工具称为充电电动工具或无绳电动工具。通常这类工具采用直流马达，体型较小，动力性有限，可持续工作时间视电池容量而定。由于没有电源线，所以充电器是必不可少的。但操作的灵活性不会受电源线长度和电源所在位置的影响。 （三）从产品使用者的角度讲专业工具和家用工具从产品使用对象的角度讲，电动工具通常可分为专业电动工具和家用电动工具。图1.2图1.34这两种工具最明显区别在于使用寿命。专业电动工具可能每一天被使用46个小时，并且每天都可能被使用。而家用工具可能一个月才使用一次，甚至一年一次。更为重要的是，专业人员依靠专业工具谋生，工具

4、的失效就意味着时间或金钱的损失。在欧洲市场上，博世公司有两个系列产品，博世篮为专业电动工具；博世绿为家用电动工具。从下图（图1.4）可以看出，这个去除硬质表面污物的电铲有两个不同版本。尽管从造型上没有区别，但是，在专业版电铲的整个背部覆盖有软胶，长期使用会感觉更舒适；考虑到工具的跌落是经常发生的，尤其专业电动工具，专业电铲的整个前端为金属结构，使工具更加结实耐用。（四）电动工具的另外一些分类方式1）金工工具和木工工具从产品操作对象的角度讲，电动工具又可分为金工电动工具和木工电动工具。如打磨金属的角向磨光机（图1.5），切割铁板的电剪（图1.6），,以及往复锯（图1.7）。图1.4图1.5图1.

5、6图1.7打磨木器的砂光机（图1.8），修整边缘或雕刻木器的电木铣（图1.9），等等都属于木工机械。这种分类方式并不严谨，一些工具在设计时可以更换不同的工作部件实现一机多用。上图为百得手电据，当安装了木工锯片时（图1.10），可以切割木材；当安装了金工锯片时（图1.11），就可以切割金属了。2）园林工具除了上述几种分类以外，还有不同种类的园林工具也叫户外工具。如割草机（图1.12），剪枝机（图1.13）、电链锯（图1.14）、碎枝机等等。图1.8图1.9图1.10图1.11大类与代号品种代号功能与特点实物示例金属切削电动工具(J)电钻多速电钻角向电钻适合狭窄空间作业万向电钻磁座钻电绞刀电动刮刀

6、电剪刀电冲剪电动往复锯电动锯管机电动攻丝机电动型材切割机电动斜切割机电动焊缝坡口机多功能电动工具.1.1.3电动工具型号（例1） 最大钻孔直径为26MM的电锤，使用电源为单相交流50HZ，该产品由上海日立电动工具（代号：SD）有限公司第41次设计。 型号为： 回 Z 1 C SD 41 26 回： 双重绝缘代号； 1： 大类代号； Z：建筑道路类 2： 电源类别代号； 1：单相交流50HZ 3： 品名代号； C：电锤 4： 设计单位代号； SD：上海日立电动工具有限公司 5： 设计序号，以阿拉伯数字表示； 第41次设计 6： 规格代号，以阿拉伯数字表示； 最大钻孔直径为26MM （例2） 最大

7、钻孔直径为6mm的C型（轻型）电钻，使用电源为单相交流50HZ，该产品由上海日立电动工具（代号：SD）有限公司第6次设计。 型号为： 回 J 1 Z SD 06 6C 回： 双重绝缘代号； 1： 大类代号； J：金属切削类 2： 电源类别代号； 1：单相交流50HZ 3： 品名代号； C：电钻 4： 设计单位代号； SD：上海日立电动工具有限公司 5： 设计序号，以阿拉伯数字表示； 第06次设计 6： 规格代号，以阿拉伯数字表示； 最大钻孔直径为06MM (例3) 砂盘直径为100MM的角向磨光机，使用电源为单相交流50HZ，该产品由上海锋利电动工具厂（代号：SF）第1次设计。 型号为： 回

8、S 1 M SF 1 100 回： 双重绝缘代号； 1： 大类代号； J：砂磨类 2： 电源类别代号； 1：单相交流50HZ 3： 品名代号； C：角向磨光机 4： 设计单位代号； SF：上海锋利电动工具厂 5： 设计序号，以阿拉伯数字表示； 第1次设计 6： 规格代号，以阿拉伯数字表示；砂盘直径为100MM （例4） 刨刀宽度为80MM，最大刨削深度为2MM的电刨，使用电源为单相交流50HZ，由公司自行设计。该规格是该单位第三次设计的产品。 型号为： M 1 B 03 802 1： 大类代号； M：林木类 2： 电源类别代号； 1：单相交流50HZ 3： 品名代号； B：电刨 4： 设计单位

9、代号； ： 设计单位 5： 设计序号，以阿拉伯数字表示； 03：第3次设计 6： 规格代号，以阿拉伯数字表示； 802：刨刀宽度为80MM，最大刨削深度为2MM12 电动工具基本结构组成 电动工具由电动机、传动机构、工作头、电源开关等电器组件、机壳组成。1钻夹头；2传动机构；3开关；4机壳；5电缆线；6内部导线；7电动机1.3电动工具发展情况近5 年电动工具产品的年进出口数量和金额近5 年各种类电动工具产品的出口数量和金额近5 年电动工具产品出口区域及数量、金额我国电动工具的出口量已占世界电动工具销售量的7080%，已成为世界上主要的电动工具制造国和产品出口国。1.4 电动工具质量保证 电动工

10、具不同与一般的电器产品, 电动工具是一种电气器具，使用的特点是：电力驱动、手持操作。电动工具的使用不当会给操作者带来了生命、健康、财产安全的危险隐患，电动工具中带换向器电动机的运行火花发射的杂散、有害的电磁波对环境带来污染。国际上，尤其是工业国家对电动工具比较早就采用制定技术标准来控制危险隐患和电磁环境污染。1.4.1电动工具的标准1.4.2电动工具的产品认证1.4.3电动工具的检验1.5本课程的学习任务二J1Z-100A电钻设计开发计划书制订电动工具的产品开发来源于市场需求与技术进步，其流程如下图所示：公司销售部门、技术部门、生产部门可根据市场反馈、技术创新、生产工艺革新，为满足市场需求、提

11、高电动工具质量、降低成本，亦可应客户要求或接受OEM订单，通过上述渠道，各部门向公司总经理提出电动工具开发项目建议书，总经理批准后下达设计开发任务书给技术部门，而总经理亦可综合各方面信息直接下达设计开发任务书。设计部接受设计开发任务书，技术部长根据上述项目来源与特点，确定项目负责人，并将设计开发任务书及时转化为设计开发计划书。计划书内容包括：a）设计开发的输入、输出、评审、验证、确认等各阶段的划分和主要工作内容；b）各阶段人员职责和权限、进度要求和配合单位；c）资源配置需求，如人员、信息、设备、资金保证等及其他相关内容。2.1J1Z-100A电钻设计开发任务书本项目的为J1Z-100A电钻设计

12、的开发，其项目来自市场客户要求，由销售部门提供的项目建议如下表所示。项 目 建 议 书提出部门销售部建议人*项目名称电钻型号规格J1Z-100A销售对象欧洲建议日期2008年5月5日至2008年8月25日基本要求（包括主要功能、性能、结构、外观包装、技术参数说明等）：230，50Hz，600W，11000/min，10，M14。外观根据客人要求。达到欧洲GS标准，取得GS证书。市场预测分析（包括市场需求、用户期望、竞争对手情况、产品质量现状、预期首批销量、交货期限、出厂价格等）：客人包销产品，出厂价格按与客人签订的协议，预期首批销量为2000台，交货期限为2008年10月25日。产品必须取得G

13、S证书，FFU测试“very good”级别报告。环保测试Rohs，PAHs，Phth,NP等四项测试。可引用的原有技术：可行性分析（包括技术、采购、工艺、成本等方面）：项目所需费用、参加人员：总经理批示：签名： 日期：（所列各项，可另加页叙述）设计开发任务书项目名称起止日期型号规格预算日期依据的标准、法律法规及技术协议的主要内容：设计内容（包括产品主要功能、性能、技术指标，主要结构等）：设计部门及项目负责人：备注： 总经理/日期： 序号2.2确定J1Z-100A电钻设计开发计划书2.2.1电钻结构与性能电钻是一种在金属、塑料及类似材料上钻孔的工具，是电动工具中较早开发的产品，品种多、规格齐、

14、产量大的广泛使用的工具。电钻换上专用砂轮可切割砖、石等建筑材料；换上圆盘钢丝刷可砂光金属表面并除锈，换上抛轮可抛光各种材料的表面。电钻的基本结构组成如下图所示：由电机、减速箱、手柄、电源开关、夹头装置等组成。2.2.2电钻的技术要求1、电钻的规格电钻规格是指电钻钻销钢材时所用允许的最大外头直径，同一直径，可分A、B、C型。A型电钻，主要用于普通钢材的钻孔，具有较高的切销效率，通用性强，适用于一般负载下使用，规格齐全。B型电钻主要用于优质钢材的钻孔，适用长时间连续使用与较高的切销容量，额定输出功率与转矩比A型的大。C型电钻主要用于有色金属、塑料等材料的钻孔，具有轻便、结构简单的特点，钻孔时不能施

15、加强力，额定输出功率小，以一级变速为玉，转速高。下面是单相串励电钻与三相工频电钻系列的性能参数。2.电钻的标准额定空载转速：制造厂对工具规定的在额定电压或额定电压范围上限时的空载转速。基本绝缘：用来对带电部分提供防止触电的基本保护的绝缘附加绝缘：为了在基本绝缘损坏时防止触电而在基本绝缘之外又设置的独立绝缘。双重绝缘：由基本绝缘和附加绝缘组成的绝缘加强绝缘：指用于带电部分的单一绝缘系统。它在本标准规定的条件下，对防止触电具有双重绝缘相当的防护程度。爬电距离：指两个导电零件之间或导电零件与工具界面之间，沿绝缘材料表面量得的最短路径。电气间隙：指两个导电零件之间或导电零件与工具界面之间穿过空气量得的

16、最短距离。引用标准:规范性引用文件(GB/T7442-2007)EN60745-1，EN60745-2-3，GB 3883.1，GB 3883.3电钻的型号按GB/T9088规定:本项目设计的型号:J1Z-10A2.2.4确定设计开发计划书1、J1Z-10A型电钻主要技术参数的确定根据串激电钻钻削试验得知，一般钻4 毫米孔，需要施加压力2025 公斤左右；钻6 毫米孔，需压力30 公斤左右；钻10 毫米孔，需压力4550 公斤左右。从实际操作测得，一般轻体力劳动者施加20 公斤压力是轻易的，施加30 公斤的压力是一般的，施加4045 公斤压力则往往要全力以赴。从提高钻削生产效率情况看，当电钻钻

17、速较低时，增加轴向压力对提高劳动生产率并不显著，但劳动强度却要大大增加；而电钻由低速提高到高速时，效果就较显著。如6 毫米电钻有850 转/分提高到1400 转/分时，施加压力为30 公斤不变，劳动生产率则提高50。但是高转速又受到钻头寿命的限制。根据上海工具厂1972 年11 月制定的钻头切削规范看，在施加冷却液情况下，钻头的极限线速度为35 米/分。由于串激电钻使用时是不加冷却液的，根据上海工具厂的建议，钻头的线速度应控制在27 米/分以下为佳。其次考虑到由于大规格电钻的转矩大，在操作使用时转速高难以扶持，应适当降低转速，故电钻系列转速选用表1 数据。规格（毫米）转速（转/分）钻头线速度（

18、米/分4610131619232200120070050050033025027.622.62220.425.119.718从电钻使用实测数据看，电钻进给量在0.05 毫米/转左右较为合理，钻头寿命较长。当进给量小于0.01 毫米/转时，即使转速较低，也会使钻头很快磨损。一般钻头进给量以小规格偏小，大规格偏大为好。根据所作试验来看，取4 毫米电钻施加2025 公斤压力；6毫米电钻施加3035 公斤压力；10 毫米电钻施加约50 公斤压力；13 毫米及以上电钻需两个人操作，并要用杠杆来施加压力，现取13 毫米电钻施加90 公斤压力，16 毫米电钻施加120 公斤压力，19 毫米电钻施加170 公

19、斤压力，23 毫米电钻施加225 公斤压力。根据公式 S = ( 轴压 / 57D )1.43 毫米/转按上述钻头直径和所定的轴向压力值，便可算得钻头每转进给量S，如表2 所示参照上述资料，根据国内已有电钻的技术参数，确定串激电钻基本系列的技术参数如表5 所示：2、J1Z-10A型电钻整机概念设计J1Z-10A电钻参数确定：220V50HZ，230W，0-2600r/min3、确定J1Z-10A型电钻的开发计划书项目名称起止日期型号规格预算费用职 责设计开发人员职 责设计开发人员资源配置(包括人员、生产及检测设备、设计经费预算分配及信息交流手段等)要求：设计开发阶段的划分及主要内容设计开发人员

20、负责人配合部门完成期限备注：编制： 日期： 审核： 日期： 批准： 日期：2.3本项目实训内容 为掌握电钻的工作特点、结构组成，制订合理的开发计划书，实训项目安排如下：2.3.1折装某一型号电钻，画出结构简图。2.3.2对照判断该型号电钻技术参数与技术标准符合情况。2.3.3明确J1Z-10A型电钻的设计要求任务三、J1Z-10A电钻电机与电器组件设计本课程主要学习掌握的是电动工具结构设计,电机设计与电器组件设计选用的学习由电动工具电气设计课程承担，但电机与电器是电动工具结构的非常重要组成部分，为再现一个完整的电动工具结构设计流程，不应弱化该任务，只是其中的电磁设计不作为讲述重点。3.1电机设

21、计根据J1Z-10A型角磨的技术参数标准。3.1.1电磁设计（简要介绍,以结果为主）3.1.2定转子冲片设计定转子冲片的类型，按冲片的槽形分有深槽、半深槽、普通三种。冲片的按材料分有冷轧片和热轧片。冲片按冲压成形工艺方式分有普通冲和高速冲。常用的冲片外径大小有：50，56，58.5，62，66.5，72，80，86，90，95，98等。 98定子冲片 98转子冲片本电机冲片设计，图纸如下：58.5定子冲片 58.5转子冲片3.1.3换向器的选用换向器按材质分有银铜换向器，电解铜换向器；按结构分有钩型换向器，槽型换向器；按强度分有加固型换向器，普通换向器。 槽型换向器 槽型加固换向器 钩型换向器

22、 钩型加固换向器换向器的型号表达如下图：换向器的主要尺寸：换向器外径D，换向器内孔d，换向器片长L1，换向器片数。所有一般电动工具厂对换向器的尺寸标注为：23.5101324（外径内孔片长片数）换向器的选用：根据功率、电机转速、冲片结构和生产工艺，选择此电机的换向器为槽型加固银铜换向器。尺寸为24.5101324。3.1.4电机轴芯设计（1）电机轴与转子的一次绝缘的方法：包轴、接轴分析。芯轴的结构有包轴、一次成型、接轴等。包轴的优点：表面金加工，压入冲片后，冲片的表面跳动会很小，可以考虑在后加工时对冲片档不进行加工，冲片档不加工对电机的性能有一定的提高作用。缺点：成本高，加工工艺复杂。这要用在

23、精品机上面比较多。一次成型的优点：和包轴相比较少了磨冲片档，磨换向器档、压冲片这几道工艺，降低了成本，操作方便。是现在电动工具使用最多的方式。缺点是：冲片表面的跳动比较大，必须再次加工。接轴：主要用于小冲片上面。由于冲片内孔太小，导致电机芯轴太小。为了保证芯轴的强度，而使用接轴。缺点是，成本高，工艺多。现在由于工艺的改进，接轴已经基本不使用。 图:包轴结构 图 接轴结构（2）电机的轴颈各段设计，轴承选用（3）强度与刚度的校核芯轴的技术参数：1.毛坯调质HB 240270；（注：轴进行调质后，能增加轴的强度，在做成转子后，能减少振动）2. 13、11.7和10三档车正反二条螺旋槽，槽宽1.0,槽

24、深0.3，螺距为89，（注：正反“八”字槽是能让绝缘材料能更好地与轴芯捏合。防止松动现象）并去净毛刺；（注：去毛刺是为防止在加工过程中，毛刺进入绝缘层，而导致高压击穿）3.齿轮档和轴承档高频淬火,硬度为HRC3845;（注：齿轮档和轴承档在动转过程中会和齿轮和轴承产生轻微的相对运动，必须增加强度，不然转子轴的寿命会很低）4.未注倒角为0.545%d;5.未注退刀槽为1.20.5；6.未注公差尺寸的极限偏差按GB/T1804-m;7.未注形位公差的极限偏差按GB/T1184-K。3.1.5转子总成设计3.1.6定子总成设计定子的技术要求：1.定子采用自动绕线机绕线,宽度方向不得超出 两铣扁平面,

25、高度方向保证图示尺寸;2.冷态绝缘电阻不小于50M;3.绕组与铁芯间应能承受50Hz、5mA，实际正弦波电压 1250V ,历时1分钟,（或1500V，历时3S）不被击穿或发生闪络;4.滴漆按定子工艺手则进行, 定子铁芯内壁的漆瘤要清除干净;5.未注线性尺寸的极限偏差按GB/T1804-m;6.未注形位公差的极限偏差按GB/T1184-K3.2、刷架和碳刷的设计碳刷，根据最大电流密度计算碳刷的尺寸，要求碳刷磨损的要求计算并验证碳刷的长度。一般现在碳刷电流密度不得大于10A/cm2。但在设计过程中一般会设计成8A/cm2左右。碳刷与换向器的接触宽度一般不超过换向器的二片云母片。 碳刷的长度，1、

26、外形尺寸允许；碳刷不得碰到壳体，至少要求保留1mm的间隙；2、碳刷弹簧（或盘簧）的压力。主要防止由于碳刷由于磨损的情况而造成碳刷弹簧压力变小，造成火花加大。而在碳刷磨损前，碳刷弹簧压力又不得太大，以防止磨损严重。碳刷主要结构有如图所示三种情况。分别针对不同的刷架结构。3.3开关选用设计3.4控制电路设计简要3.5结构数据表任务四、J1Z-10A电钻传动设计计算4.1传动机构设计用齿轮减速根据电机转速和额定输出转速计算速比。电钻速比：1：7.83采用圆柱斜齿轮传动，小模数齿轮0.7，Z1=6，Z2=47压力角20，小齿变位系数取0.4，螺旋角B=23，大齿变位系数取-0.4，齿顶系数限0.25法

27、向模数的估算：Mn=0.467*Pow,钻头最大额定扭矩2.51N.m，得0.63，法向模数取0.74.2转子芯轴小齿轮设计4.3输出轴系设计大齿轮：大齿轮由于内孔比较大，一般都是用半圆键联接。而在要求较高的产品中，为了减少大齿轮和输出轴的相对运动，而装半圆键联接的间隙改为过盈配合。在一些工厂，过盈配合的装配工艺达不到要求，就改为分段配合装配，前面半段为间隙配合，后半段为过盈配合。输出轴与大齿轮的间隙配合，输出轴公差为12-0.005-0.014。大齿轮的公差为12+0.018 0。他们的配合间隙是0.0050.032。输出轴与大齿轮的间隙配合，输出轴公差为120.0055。大齿轮的公差为12

28、+0.018 0。他们的配合间隙是-0.00550.0235。为了半圆键好装配，在输出轴的前端（大概输出轴与大齿轮配合长度的1/3位置左右）的配合为间隙配合，而等到半圆键已经导入后，输出轴和大齿轮才真正起到配合作用。输出轴与大齿轮的间隙配合，输出轴公差为12+0.051 +0.04。大齿轮的公差为12+0.018 0。他们的配合过盈量是+0.0220.051。输出轴主要起到输出的作用。相对应的侧重点主要有轴承档与轴承的配合为过度配合，如果太紧会造成压伤轴承，降低轴承寿命；太松易造成轴承走内圆，加速输出轴轴承档的磨损。如图120.0055。滚针档与滚针或含油轴承（又称铜套）的配合是间隙配合。而且

29、表面光洁度一定要高，不然易磨损。任务五、J1Z-10A电钻机壳设计5.1机壳结构总体要求结构上满足电机安装、电器零件及走线布局、传动机构安装、工作装置安装，布局合理，满足手持使用的人体工程，外形美观，方便维修与碳刷等零件更换，有足够的强度与刚性，符合二次绝缘要求，机身的各零件划分合理，机身选材合理，塑料机壳与铝合金头壳的成型工艺良好。5.2机身整体设计按功能与满足机身内各零部件定位安装的条件下，结构紧凑，美观。作为双重绝缘的电动工具塑料外壳,既是安全防护的要求,也是作为机具的结构支承件,故对其性能要求较高,应具备较高的强度和刚性,高的耐热变性,保证电机在温度较高时高速度运转的可靠性,同时还要考

30、虑塑料的加工性,用作机壳的采用综合性能良好的工程塑料,目前一般用PA66+GF。5.4内部各零件部定位安装结构设计5.5走线设计5.6手柄设计5.7塑料机壳零件成型工艺塑料机壳为外形复杂的制品, 其特点不仅尺寸波动即误差很大, 而且表面变化和形状误差也很大。提高塑料机壳的制造精度, 除了尽可能准确计算注塑模具型腔的加工尺寸外, 还与正确考虑那些对选择工艺公差有影响的因素有关系。而提高采用塑料机壳的手持式机具的装配精度, 则与详细分析那些决定转子轴承圈和机具其它零件歪斜程度的尺寸链有关系。在手持式机具中, 塑料机壳的尺寸精度是决定塑料机壳质量和可靠性的主要因素之一。从用户方面来讲, 对它们提出要求是不断地提高和增加。实践证明, 为塑料制品选择一种合适的材料, 并给以最佳的加工条件, 就可以大大提高各个部位的尺寸精度。任务六、J1Z -10A电钻夹头选用6.1钻夹头设计选用1、19MM以下的电钻大多采用扳手式钻夹头,是标准件,钻头与电钻主轴的联接方式有螺纹联接与锥孔联接.钻夹头的规格如下表所示:2、19MM以上的电钻采用莫氏圆锥套筒。钻头选用锥柄麻花钻头，莫式锥度如下：任务七、J1Z -10A电钻使用说明书编制7.1 电钻整体结构设计资料7.2电钻说明书编制标准7.3电钻使用与维修说明书编制