1、摘 要電鉆是一種切削類電動工具，它適用于在金屬材料和非金屬材料上作鉆孔加工。其特點是體積小、質量輕、便于攜帶、操作靈活及使用安全等，因此，在機械、建筑、維修、家居裝修等領域得到了廣泛應用。近年來，隨著建筑裝潢業的發展，電鉆的應用更加普及。電鉆由電動機、齒輪減速機構、鉆夾頭、外殼、開關和電源聯接裝置等組成，其工作原理是：電動機的高速旋轉通過一對圓柱斜齒輪減速后，驅動工作頭作鉆孔加工。本文首先通過對國內外電鉆的比較和對電鉆發展趨勢的分析，確定了電鉆的總體設計方案及主要技術參數，然后對電鉆各個部分的設計進行了詳細說明，如電動機及其輔助元件的選型、齒輪傳動裝置的設計、外殼的設計和控制電路設計等，其中著

2、重介紹了齒輪傳動裝置的分析、設計與計算過程，并運用了大量的圖表對其進行說明。另外，本文還特別介紹了人體工程學技術以及它在電鉆外殼設計中的運用；電子無級調速技術在電路中的應用使電鉆具有鉆孔和擰螺釘兩種功能。關鍵詞：電鉆，設計，人體工程學技術，電子無級調速ABSTRACTThe electric drill is a kind of electric metal-cutting tools which is applied to the metal and non-metallic materials for drilling. It has many characteristics such a

3、s the small cubage, the light quality, easy to carry, safety and reliability .Therefore, it has been widely used in the machinery, metallurgy, transport and other fields. In recent years, with the construction and decoration development, the electric drill will be applicated more widely. Electric dr

4、ill consists of the electric motor, the speed reducer gear, drill chuck, the outer covering, the switch and the power connecting devices. The working principle is : The electric motor rotating with a high-speed ,through the speed reducer gear, to drive the drill bit for drilling. This article has fi

5、rst analyzed the electric drill, determined the overall design of the electric drill program and the main technical parameter. Then the design of each part has been introduced, such as the selection of the electric motor and its auxiliary components, the design of gear wheel actuator, the outer cove

6、ring and the control circuit. Among them, this paper has introduced the analysis, the design and the calculate process of the gear wheel actuator. And this paper has used a lot of graphics and charts to explain it. Additionally, this paper has also introduced a special ergonomic technology and how t

7、o use that in an electric drill casing design; The application of electronic variable speed technology in circuit design make the electric drill has two functions of drilling hole and scerw.Keywords: Electric drill，Design，Ergonomic technology, Electronic variable speed technology目 錄第1章 概述11.1 電鉆及其應用

8、11.2 電鉆的基本結構11.3 電鉆的發展概況21.4 存在的問題與解決方案2第2章 電鉆的總體設計方案42.1 電鉆的結構及工作原理42.2 主要技術參數的確定42.3 電鉆的傳動裝置4第3章 電動機及電器元件的選擇53.1 電動機的選擇5 3.1.1 單向串勵電動機的結構和規格5 3.1.2 單向串勵電動機型號的選擇63.2 風扇的選擇73.2.1 風扇的直徑73.2.2 葉片數73.2.3 葉片形狀73.3 換向器的選擇73.4 電刷裝置的選擇83.5 開關的選擇93.6 電源線及護套的選擇9第4章 傳動裝置的設計104.1 齒輪傳動的設計104.1.1 斜齒輪的強度計算10 斜齒輪的

9、結構設計154.2 齒輪軸的設計164.2.1基本參數的計算164.2.2軸的結構設計164.2.3軸的強度計算174.3 主軸的設計204.3.1基本參數的計算204.3.2軸的結構設計204.3.3軸的強度計算21第5章 其他零部件的設計255.1 鉆夾頭的設計255.2 鉆頭的選擇265.3 外殼的設計265.3.1 人體工程學的概述265.3.2 外殼的結構設計275.4 零件的緊固和聯接31第6章 控制電路的設計32第7章 三維建模結構設計補充說明34結論40參考文獻41致謝42附錄43第1章 概述1.1 電鉆及其應用手持式電鉆通常稱為手電鉆，亦稱電鉆，是開發最早、使用最廣泛的電動工

10、具。它適用于金屬材料上鉆孔，也可在木材、塑料、磚等非金屬構件上鉆孔加工。其特點是：體積小、質量輕、便于攜帶、操作簡單、使用靈活等。電鉆的種類繁多，按使用電源可分為：單相串勵、三相工頻和永磁直流電鉆；按速度可分為：單速、雙速和無級電子調速電鉆；按電氣安全方式可分為：單絕緣、雙重絕緣和特低安全電壓電鉆；按手柄類型可分為：直筒式、手槍式、后直手柄（D型柄）+ 側手柄電鉆等類型。電鉆廣泛應用于機械制造、冶金、造船、車輛等領域，隨著建筑裝潢業的不斷發展，電鉆的應用更加普遍，并開始進入家庭。1.2 電鉆的基本結構電鉆的基本結構如圖1.1所示，它由電動機、齒輪傳動機構、外殼、鉆夾頭和電源聯接裝置等組成。圖片

11、來源：汪鎮國主編.電機工程手冊（第二版）6應用卷（一）圖6.2.11-電動機 2-外殼 3-齒輪傳動機構 4-鉆夾頭 5-手柄 6-電源開關圖1.1電鉆的基本結構圖1.3 電鉆的發展概況世界上最早的電動工具出現在歐洲，1985年，一臺采用直流電動機驅動鉆頭的手電鉆在德國Fein廠誕生，其外殼是鑄鐵的，重達7.5kg，能在鋼鐵件上鉆直徑4mm的孔。它雖然簡單而且顯得笨重，但它已具備電動工具的典型結構和基本特征，使手工勞動實現機械化。 隨著科學技術的進步，電鉆在不斷的改進。1900年，出現了采用三相異步電動機的電鉆；1905年，電鉆外殼開始采用鋁合金，減輕了整機重量。19121913年間，第一批交

12、直流兩用單相串激電鉆問世，這使電鉆的單位重量出力有了很大提高。1914年，美國Blacr&Decker廠槍式手柄電鉆正式申請專利。為提高電鉆的使用安全性，1946年，美國出現采用熱固性酚醛塑料外殼的電鉆；從1950起，英國Wolf、德國AEG等歐洲電動工具廠開始生產雙重絕緣結構的電鉆。隨后為擴大使用范圍、提高鉆孔精度，又出現角向電鉆、調速電鉆、磁座鉆等。1961年，美國Blacr&Decker廠制造出用電池做電源的永磁直流電鉆。我國電動工具制造史也是由電鉆開始的。1941年，上海大威電機廠開始仿造美國香賓牌電鉆。新中國成立后，上海華生和亞美電器廠分別仿制生產英國狼牌電鉆。1954年，大威電機廠

13、明確為電動工具專業生產廠，試制了生產6、13、19、23mm單相串激和三相工頻電鉆。1965年，沈陽電動工具廠試制成功JIZ-10型雙重絕緣電鉆；1988年，上海宇宙電動工具廠開發成功JOD-SZ01-6型電池式雙速多能電鉆。近年來，我國電動工具產品在品種、規格、產量、質量上都有較大發展。1.4 存在的問題與解決方案由于我國電動工具生產起步較晚，因此我國的產品始終與國外先進水平有著一定的差距。過去我國產品存在著品種少、外觀差、噪音大、有電磁干擾、單位重量輸出低和使用壽命短等問題，且大量的產品及原材料依賴于進口，經過不斷的發展，我國在電動工具生產上取得了可喜的成績，如今已成為世界電動工具的生產大

14、國和出口大國，逐漸縮小了與發達國家之間的差距，但是我國的產品在質量與水平上仍存在一些問題：一是單位重量出力低。國產的電鉆單位重量出力大都在120w/kg以下，國外電鉆都在150w/kg，有的甚至超過200w/kg。二是國外電鉆大都采用電子調速，還有不少采用電子控制，除了調速功能外，還有起動保護、過載保護、電刷自停保護量顯示等。國內僅有部分產品采用電子調速，電子控制產品則剛開發。三是噪聲、振動比較大。據了解，國產電鉆噪聲約比國外高2分貝以上，有的還有高頻尖叫聲，國外先進產品聲音柔和，對人體健康危害小。并經振動實驗，表明振動指標，我國尚未開展此項研究。四是在外殼設計上不夠完美。國外先進水平產品的外

15、殼均采用人體工程學原理設計，其外形美觀，操作舒適，低疲勞，避免了長期手持操作而產生腕管綜合癥等。此外，我國產品的平均使用壽命也較國外低。針對以上提出的問題，本文將從以下幾個方面來解決：一、提高單位重量出力。可以通過提高電動機額定轉速，使額定負載轉速與空載轉速基本相同來提高單位重量出力，還可采用深槽定子結構、提高絕緣結構的耐熱等級、提高電動機額定轉速等技術措施。二、采用電子無級調速開關裝置，使電鉆能夠實現從0額定負載轉速之間無級調速，并有正反轉和自鎖功能。三、減小噪聲和振動。噪聲、振動是影響電動工具正常使用的重要質量指標，要減小振動和噪聲，取決于選用的材料及零部件的質量和加工工藝水平，可在齒輪的

16、加工精度、換向器的質量、軸絕緣工藝等方面采取技術措施。此外，電鉆在工作時會干擾無線電和電視，應安裝無線電干擾抑制電容器。四、使外殼具有外表美觀、質輕、操作舒適等特點。故采用人體工程學原理設計電鉆的外殼，具體包括材料的選擇、結構的設計、手柄的設計等。本設計說明書總共分為六個章節，包括電鉆的總體設計方案、電動機及其電器元件的選擇、傳動裝置的設計、外殼的設計等等。其中第四章傳動裝置的設計是本次設計的核心，也是本設計最困難、工作量最大的一部分，匯集了大量的計算公式和圖表說明，軸承、鍵等標準件的參數均通過嚴格查表而得。設計過程中經常用到UG、Auto CAD和公式編輯器等輔助軟件。第2章 電鉆的總體設計

17、方案2.1 電鉆的結構及工作原理電鉆由電動機、齒輪傳動機構、鉆夾頭、外殼、開關、電源聯接裝置等部分構成。電鉆的工作原理是電動機的高速旋轉運動通過兩級齒輪減速后，驅動工作頭作鉆孔等加工。2.2 主要技術參數的確定 根據1單相串勵電鉆性能數據表，初步選定所設計的電鉆主要技術參數列于表2.1中。表2.1電鉆主要技術參數型號規格最大鉆孔直徑/ mm額定電壓/V輸入功率/W空載轉速/(r/min)額定輸出功率/WJIZ-10A鋼材10木材25220350028001602.3 電鉆的傳動裝置電鉆的傳動裝置采用一級齒輪傳動。其傳動裝置簡圖如下：1齒輪 2軸齒輪 3風扇 4電動機圖2.1 電鉆傳動裝置簡圖第

18、3章 電動機及電器元件的選擇3.1 電動機的選擇電動機是電鉆的驅動源，可謂電鉆的“心臟”。不同的電鉆使用的電動機種類規格不盡相同，通常采用以下三種電動機：單相串勵電動機、三相工頻電動機和三相中頻電動機。其中使用最廣泛的是單相串勵電動機，據統計在交流電動工具中有95% 使用這種電動機，其特點是：轉速高、體積小、重量輕、啟動轉矩大、過載力強等，適用于交、直流兩種電源。因為它的特點符合電鉆體積小、重量輕等特點，故采用單相串勵電動機。單相串勵電動機的結構和規格單相串勵電動機由定子、轉子、電刷裝置及風扇等部件組成，其中定子由定子鐵心和定子繞組構成，定子鐵心是由硅鋼片沖制成具有凸級的定子片疊壓而成的，一般

19、為2極，凸級上繞有勵磁繞組。轉子由轉子鐵心、電樞繞組、換向器及轉軸等構成，轉子鐵心也是由硅鋼片沖制成具有槽的圓片疊壓而成，轉子沖片的槽形一般是半閉口槽，在槽內放置絕緣材料后，在鐵心上疊繞電樞線圈，線圈的進、出線端與整流子銅片相焊接。為簡化工藝，轉子鐵心的槽，一般與轉軸軸線相平行，也可以疊裝成斜槽形式。斜槽結構可使極面和電樞間的磁組變化較小，在運行時可減小電動機噪聲。1冷卻風扇也裝置在轉子的轉軸上。為了趕超世界先進水平，我國早在60年代對電動工具用單相串勵電動機進行了大量的試驗研究工作，設計制造了電動工具用DT系列單相串勵電動機，共有7種定子、轉子沖片，15個功率等級，此外，每種沖片還派生一個正

20、反轉規格，共計22個規格。1974年，電動工具行業在DT系列單相串勵電動機中擇優選取了、mm三擋沖片進行了單相串勵電動工具的設計，本次設計的電鉆所用的電動機將從這三檔沖片中選擇。這三擋沖片設計的電動機性能數據列于表3.1中。表中數據來源于1 單相串勵電動機性能數據表。表3.1電動機性能數據表定子沖片輸出功率 電壓頻率電流轉矩轉速效率功率因數定子每級匝數轉子每元件匝數實槽節距561402205010.096140002473642041.570.1361430062.30.9524197274712752.10.221210063.80.9391852053852.710.27813200680

21、.955138175905504.10.53990068.20.9171341397705.420.55713200690.93611610912508.050.93812500750.94888定子沖片定子繞組線規轉子繞組線規風扇直徑換向器直徑換向器片數電刷長度電刷寬度定子內徑轉子直徑560.330.234822270.650.43.13.030.380.27710.490.336426330.80.53.93.810.550.389020.490.49819033381.250.85.14.9820.550.5720.640.64定子沖片轉子內徑鐵心長度氣隙長度槽數轉子齒寬定子軛高560.

22、93.80.03590.2690.465711.154.40.045110.3260.6855.2901.65.20.06190.2580.97.6單相串勵電動機型號的選擇因為電鉆的規格為10A（普通型），根據電鉆輸入功率較低、轉速快、體積小、質量輕等特點，綜合表3.1和1單相串勵電鉆系列性能數據表，可得到電動機的基本參數如表3.2所示。表3.2定子沖片輸出功率電壓頻率電流轉矩轉速效率71385220502.710.2781320068功率因數風扇直徑換向器直徑換向器片數電刷長度電刷寬度定子內徑轉子直徑0.9556426330.80.53.93.81轉子內徑鐵心長度氣隙長度槽數轉子齒寬定子軛高

23、1.155.20.045110.3260.6853.2 風扇的選擇通常在電動機轉軸上裝有風扇，用以進行冷卻。風扇分為軸輪式和離心式，電鉆所采用的是離心式風扇。為減輕重量，采用工程塑料制造風扇。在選擇電鉆用離心式風扇時應考慮：3.2.1 風扇直徑串勵電動機的風扇外徑應比定子鐵心外徑小68mm。在本章3.1電動機的選擇中已確定風扇的外徑為64mm,定子鐵心外徑為71mm，符合要求。3.2.2 葉片數由于單相串勵電動機轉速高，為減小葉片間的渦流，風扇外徑處的葉片數以選取較多的葉片為佳。風扇底板有平板式和傾斜式兩種。根據1單相串勵電動工具常用離心式風扇主要尺寸表2-4，選擇該風扇的尺寸列于表3.3中：

24、表3.3風扇直徑葉片形狀片數底板形狀64復合式371312.8平板式3.3 換向器的選擇轉子上與風扇對立的一端是換向器。換向器由銅或銀等材料制成梯形換向片、塑料、內襯套、云母片組成。換向器按片間絕緣分為半塑性和全塑性兩種。半塑性換向器是在換向片間用云母片隔開，其下部壓入玻璃纖維酚醛塑料，不但使換向片、云母片、銅襯套等固定，使之構成圓柱體，而且起到絕緣作用。全塑性換向器是在梯形換向片間采用耐弧酚醛塑料絕緣。云母片不允許高于換向器的圓柱面，以免凸出的云母絕緣會使電刷和換向片接觸不良而在換向器上形成火花，并加快電刷磨耗。換向器按其每一換向片與繞組相應的線圈聯接的形式可分為槽形換向器和鉤形換向器。溝形

25、換向器的換向片端部有一舌形小溝，轉子繞組引線繞在小鉤上，點焊，連接質量好。換向器內孔有金屬襯套，與塑料壓在一起，與軸配合結為一體；無套則結構簡單，精度不高，金屬襯套與軸配合較差。換向片燕尾槽內設有鋼制加強環，或用無緯玻璃帶繞制的絕緣加強環，機械強度較高；無環則強度一般。綜合以上特點選擇溝形加固型換向器，內孔結構有襯套。其規格尺寸如表3.4。（該換向器為瑞安安固電器有限公司產品）。表3.4 型號結構片數內徑外徑總高片高溝長鉤外徑DZQD-RA-D-441鉤型加固241025.518.517.33.0303.4 電刷裝置的選擇電刷裝置由電刷、刷握和彈簧等組成，其結構應能保證電刷能在正確的位置與換向

26、器保持連續不斷的全面的良好接觸，使其接觸電壓降保持恒定。電刷裝置按其結構形式可分為卡式、辮式和芯式。卡式結構是盤簧通過導電片把電刷壓在換向器表面，隨著電刷的磨短，盤簧、導電片和電刷下移，當電刷磨損使得盤簧、導電片被凹槽底部擋住，電刷就不再受壓，電流不再導通，此時需更換新電刷。這種結構的電刷產生火花等級在二級以內。辮式結構是壓縮彈簧作用于電刷上，使之與換向器表面接觸，彈簧隨著電刷磨短而伸長，同時電刷辮也逐漸伸直，當電刷磨至刷辮完全伸直時，彈簧不再對電刷施壓，此時電刷與換向器面脫離接觸，電動機停轉。芯式結構是在電刷內部埋有帶反力彈簧的圓柱塑料芯。當電刷磨到某一位置時，反力彈簧作用力使塑料芯沖破電刷

27、面，同時電刷脫離換向器表面，電動機停轉。4上述三種結構中，前兩種結構簡單、易制作且成本低，但是電刷磨短至一定程度時，電刷與換向器之間的火花就會增大，從而損壞換向器。芯式結構能彌補這一不足，但是加工要求較高，成本也高。由于辮式結構較卡式結構可靠耐用，故選擇辮式結構。電刷也稱為“碳刷”，一般采用電化石墨制成，形狀為長方形，上裝有彈簧及引線。它由刷架定位，用彈簧加一定壓力使其與換向器面接觸。電刷除接通轉子繞組與定子繞組外還起到電流換向作用。單相串勵電動機有兩個電刷，其位置相差。電刷與高速旋轉的換向器面接觸是熱動接觸，且有一定壓力，故電刷與換向器間存在著機械磨損的振動，電流換向時產生火花使用不當時，火

28、花會很嚴重，從而使換向器壽命大大縮短，影響電動工具正常工作。選用電刷主要考慮它的溫升，而溫升與電刷電流密度及其與換向器之間壓降密切相關，此外還要考慮電刷硬度、磨損性能和惰性等因素。電動工具用電刷常用的型號為D374L，由表3.2可知電刷長度為8mm,寬度為5mm，根據電刷規格、結構形式及性能表，查出所選電刷的規格及性能數據列于表3.5中，電刷的結構如圖3.1所示。 表3.5型號/mm規格/mmlar導線截面/mm2導線長度/mm電阻率/mWm硬度/HRC電流密度/Acm-2允許圓周速度/ms-1使用壓力/kPaD374L0.3295090125019.639.21-電刷 2-引出線 3-彈簧

29、4-引線銅片圖3.1電刷結構簡圖3.5 開關的選擇開關是電鉆控制電動機的元件，其主要功能是接通和斷開電源。為操作方便，開關一般裝在手柄內，因此要求開關結構緊湊、體積小、安全可靠、操作方便。由于開關直接與人接觸，為防止觸電，開關、手柄、自鎖按鈕均采用絕緣塑料制造。目前電動工具常用的開關有普通電源開關、正反轉開關和無級調速開關三類。手柄的規格有倒板式、推動式、手槍式等。 電鉆按照規格10mm可將手柄設計為手槍式。為使電鉆不僅用于鉆孔之外，還具備擰螺釘功能，可采用正反轉開關，正反轉開關的原理是保持定子或轉子中的一個電流方向不變，另一個電流改變方向，電動機的轉向也就改變了。電鉆在不同材料上鉆孔所需的轉

30、速也不同，如在鋼材上鉆孔要求轉速較高，而在塑料、玻璃等脆性材料上，則要求轉速較低，因此為了擴大電鉆的使用范圍，可采用電子無級調速開關，轉速可以在零至最大值之間無級調速。調速開關是通過改變加于電動機上的電壓來調節轉速的，改變電壓的方法最常用的是改變晶閘管的導通角進行調壓。另外電鉆開關還應設有自鎖機構（閉合鎖定），鎖定開關閉合、斷開狀態。自鎖按鈕裝置在開關手柄的適當部位。綜合以上內容，選擇的開關類型為電子調速開關，并具有正反轉功能，帶自鎖機構。根據1表2-5和2表1-15得到開關的規格及性能數據如表3.6所示：表3.6型號額定電壓/V額定電流/A接線方式觸點類型手柄類型撳手種類通斷能力/ADZKE

31、-A3802205接線柱單級單斷扳機式1353.6 電源線及護套的選擇電鉆在使用時經常移動，連接電源與工具的軟電纜或軟線要承受頻繁的彎曲和扭轉。因此，工具的電源線在工具進線處除采用橡膠護套外，選用的軟電纜或軟線應柔軟、不易扭結的有較高的耐磨性。此外，還要求電源線輕便、色澤鮮艷。1軟電纜采用QY型輕型橡套軟電纜，常用的規格有兩芯電纜、三芯電纜和四芯電纜。電鉆是由單相電源供電，故采用兩芯電纜，其規格見表3.7。護套用在電源線進線處對軟電纜或軟線進行保護。護套采用橡膠等彈性絕緣材料制造，它能承受20000次彎曲后不發生裂紋的撕裂等缺陷；能承受試驗電壓為2500V、頻率為50Hz、歷時1min的耐電壓

32、試驗。電動工具電源線護套有A型和B型兩種，該電鉆選擇B型護套，尺寸列于表3.7中。表3.7配用的電源線abcd芯線標稱截面平均外徑上限芯線股數第4章 傳動裝置的設計4.1 齒輪傳動的設計電鉆采用的齒輪一般要求速比大，體積小、重量輕、強度高、使用壽命長，故其特點為模數小，按國家機械標準JB111-60選用，一般為0.52mm范圍內；齒數少，小齒輪最少齒數為5齒；材質好，一般采用鉻錳鈦鋼、鉻鋼和鎳鉻鋼等。精度較高，一般為67級精度。壽命長，齒面經高頻淬火、氯化或氮化等熱處理，以便形成表面硬化、耐磨損、芯部有韌性，不易折斷齒。圓柱齒輪在電動工具中應用較為普遍，圓柱齒輪分為直齒和斜齒。直齒圓柱齒輪的特

33、點是設計計算比較簡單，無軸向力，易制造；不足之處是沖擊負荷較大、噪音大。斜齒圓柱齒輪的特點是嚙合性能好、噪音低、運轉平穩；不足之處是有軸向力，且齒的傾斜角越大，軸向力越大。為減小軸向力，齒的傾斜角一般取。相比較而言，選擇質量較好的斜齒輪。4.1.1 斜齒輪的強度計算選擇齒輪的材料、精度等級、齒數、傳動比及螺旋角。(1) 材料及熱處理。由5表10-1選擇齒輪的材料為40Cr，經調質和高頻淬火后具有較好的強度和韌性，齒面硬度為4855HRC。(2) 選擇齒輪的精度等級為6級。(3) 選擇小齒輪的齒數，傳動比，則大齒輪的齒數，取整；齒數比。由于小齒輪的齒數少，為避免根切，選擇高度變位齒輪，其最小變位

34、系數用公式計算。(4) 螺旋角初選。按齒面接觸強度設計。按5式（10-21）試算，即： （4.1）（1）確定公式內各計算數值：1) 試算載荷系數。2) 計算小齒輪傳送的轉矩 （4.2）3) 由5表10-7選取齒寬系數。4) 由6圖13-1-7查得0.58，則端面重合度1.38。5) 由5圖10-30選取區域系數。6) 由5表10-6查得材料彈性影響系數。7) 由5式10-13計算應力循環系數 （4.3）8) 由5圖10-19查得接觸疲勞壽命系數，。9) 由5圖10-21e按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。10) 計算接觸疲勞許用應力，取失效概率為1%，安全系數S

35、=1，由5式10-12得： （4.4）（2）計算1) 試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得2) 計算圓周速度 （4.5）3) 計算齒寬及模數 （4.6） （4.7）4) 計算齒寬與齒高之比齒高 5) 計算縱向重合度 （4.8）6) 計算載荷系數K 由5表10-2查得使用系數 根據，6級精度，由5圖10-8查得動載系數。 由5表10-3查得。 由5表10-4查得硬齒面齒輪6級精度，小齒輪作懸臂布置，時，代入數據后得： 由，查5圖10-13得。故載荷系數 （4.9）7) 按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由5式（10-10a）得 (4.10)8) 計算模數4.1.1.3 按齒根彎曲強度設計由5

36、式（10-17）得設計計算公式為 （4.11）（1）確定各計算參數1) 計算載荷系數2) 根據縱向重合度，從5圖10-28查得螺旋角影響系數。3) 由5圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的彎曲疲勞強度極限。4) 由5圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數，。5) 計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數，由5式（10-12）得 （4.12）6) 計算當量齒數 （4.13）7) 由6圖13-1-38查得齒形系數為；由圖13-1-43查得應力校正系數為。8) 計算大、小齒輪的并加以比較小齒輪的數值較大。（2）設計計算對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算

37、的法面模數，由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，故可取由彎曲強度算得的模數0.65并就近圓整為標準值，為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑來計算應有的齒數。于是由 （4.14）取，則。4.1.1.4 幾何尺寸的計算(1) 計算中心距 （4.15）將中心距圓整為17.4mm。(2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 （4.16）(3) 根據螺旋角修正以下參數；(4) 計算大、小齒輪的分度圓直徑 （4.17）(5) 計算齒輪寬度 （4.18）由于齒輪過窄會降低它的承載能力，所以應對齒寬作適當的圓整，并且常將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎上加寬。故圓整后取，。(6) 計

38、算該斜齒輪的變位系數 （4.19）(7) 計算齒頂高（取標準值） （4.20）(8) 計算齒根高（取標準值） （4.21）(9) 計算齒高 （4.22）(10) 計算齒頂圓直徑 （4.23）(11) 計算齒根圓直徑 （4.24）(12) 計算基圓直徑 （4.25）(13) 計算齒頂圓壓力角 （4.26）(14) 計算總重合度4.1.2 斜齒輪的結構設計由于小齒輪的直徑很小，其齒頂圓直徑小于2倍的軸的最小直徑，故將小齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。齒輪軸的設計詳見4.2。大齒輪則因為其齒頂圓直徑，故以選用實心結構為宜。其結構尺寸如附圖（大齒輪零件圖）所示。4.2 齒輪軸的設計4.2.1基本參數的計算

39、4.2.1.1求軸上的功率、轉速和轉矩。由已知可得： ；4.2.1.2求作用在齒輪上的力。已知小齒輪的分度圓直徑為，則圓周力，徑向力及軸向力為 （4.27）4.2.1.3初步確定軸的最小直徑。選取齒輪軸的材料為40Cr，調質熱處理。根據5表15-3查取 ，于是按式（15-2）初步估算軸的最小直徑得 （4.28） 軸的最小直徑應當與所安裝零件的孔徑相適應，根據小齒輪分度圓直徑，換向器、轉子及風扇的內徑可初步確定軸的最小直徑為。4.2.2軸的結構設計。4.2.2.1擬定軸上零件的裝配方案該齒輪軸上零件的裝配方案如圖4.1所示：圖4.1齒輪軸的結構與裝配4.2.2.2根據軸向定位的要求確定軸的各段直

40、徑和長度(1) 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受到徑向力和軸向力的作用，且作用力不大，故選用深溝球軸承。根據，查7表6-2-53選擇左端軸承代號為608-Z（一面帶防塵蓋的深溝球軸承），其尺寸為，故可確定，。左端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由9表1-31查得608-Z型軸承定位軸肩高度為，則，而滾動軸承到換向器之間的距離設為8mm，即。(2) 已知換向器內徑為10mm，總高18.5mm，取換向器到轉子端的距離為4mm。于是得到，。(3) 已知轉子內徑為11.5mm，鐵心長度為52mm，取轉子總長度約為74mm,可得到，。取轉子到風扇間的距離為4mm，已知風扇內徑為13mm，厚度12.8mm，可

41、得，。(4) 由于小齒輪齒頂圓直徑為9.44mm，故查8表1-5選擇右端的滾動軸承代號為6000-Z，其尺寸為。右端滾動軸承也采用軸肩定位，軸肩高度為，則，。風扇到右端軸承的距離定為4mm，故可知。(5) 已知小齒輪的齒寬為18mm，故可計算出齒輪軸的總長度為由于小齒輪的直徑很小，其齒頂圓直徑小于2倍的軸的最小直徑，故將小齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。齒輪軸的設計詳見4.2。大齒輪則因為其齒頂圓直徑，故以選用實心結構為宜。其結構尺寸如附圖（大齒輪零件圖）所示。4.2.2.3軸上零件的周向定位 換向器、轉子和風扇均采用膠粘合的方法將其固定在軸上。滾動軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，此處選軸的直

42、徑尺寸公差為j5。4.2.2.4確定軸上圓角和倒角尺寸 參考5表15-2，取軸左端倒角為，各軸肩處的圓角半徑如附圖（齒輪軸零件圖）所示。4.2.3 軸的強度計算4.2.3.1求軸上的載荷首先根據軸的結構圖（圖4.1）作出軸的計算簡圖（圖4.2），軸承的支點位置根據軸承的類型和布置方式確定，參照5圖15-23得深溝球軸承的支承點在中點位置。已知608-Z型軸承寬7mm，6000-Z型軸承寬8mm。因此，作為外伸梁的軸的支承跨距為。根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖4.2）。水平面： 垂直面： 合成彎矩： 從軸的結構圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面D是軸的危險截面，將計算出的截面D處的

43、各項值列于下表。表4.1載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T圖4.2齒輪軸的載荷分析圖4.2.3.2按彎扭合成應力校核軸的強度。進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面D）的強度。根據5式（15-5）及上表中的數值，并取，軸的計算應力 （4.29）前面已選定軸的材料為40Cr，調質處理，由5表15-1查得=70。因此小于，故安全。軸疲勞強度的精確校核在此省略，軸的零件圖見附圖。4.3 主軸的設計4.3.1基本參數的計算4.3.1.1求軸上的功率、轉速和轉矩。取齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內），則根據 （4.30）4.3.1.2求作用在齒輪上的力。 因已知大齒輪

44、的分度圓直徑為，根據（4.27）則4.3.1.3初步確定軸的最小直徑。 按式（4.28）初步估算主軸的最小直徑。選取主軸的材料也為40Cr，調質處理。故，于是得4.3.2軸的結構設計。4.3.2.1擬定軸上零件的裝配方案主軸上零件的裝配方案如圖4.3所示：圖4.3主軸的結構與裝配4.3.2.2根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度(1) 由圖4.3可知軸的最小直徑是安裝軸承處的軸的直徑，軸承選用深溝球軸承，參照工作要求并根據查7表6-1-64選擇軸承代號為628/8，其尺寸為。故取。(2) 由于齒輪亦安裝在軸段-，故取齒輪的內徑為8mm。已知齒輪輪轂的寬度為10mm，齒輪左端采用套筒固定，套

45、筒長為3mm，內徑為8mm。則軸段-的長度為。齒輪右端采用軸肩定位。(3) 初步選擇滾動軸承。由計算可知軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，且受力不大，故選用一面帶防塵蓋的深溝球軸承。根據并參照齒輪的直徑，查7表6-2-53初步選取標準滾動軸承代號為6001-Z，其尺寸為，故，取軸承左端面到齒輪右端面間的距離為5mm,則。滾動軸承左端采用彈性擋圈固定，根據，查9表5-5選擇內徑11mm、厚度1mm的彈性擋圈，其材料為65Mn,熱處理44-57HRC。軸承左端采用軸肩定位，查得6001-Z型軸承定位軸肩高度為，則軸環處直徑，取軸環寬度為8mm，即。(4) 軸段-為螺紋，為滿足軸的結構工藝性，切制螺

46、紋的軸段應留有退刀槽。取螺紋公稱直徑D為12mm,螺紋長為20mm。由9表3-1查得螺距，再根據螺距p查表3-25得到螺紋退刀槽的尺寸：，。故可得，；，。綜上可計算出主軸的總長度為。4.3.2.3軸上零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用平鍵聯接，按由9表4-1查得圓頭普通平鍵的截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為6mm。為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位采用過渡配合，選擇軸的直徑尺寸公差為H7。4.3.2.4確定軸上圓角和倒角尺寸參考9表1-27，取軸左端倒角為，軸右端倒角為。各軸肩處的圓角半徑如附圖（主軸零件圖）所示。4.3.3軸的強度計算4.

47、3.3.1求軸上的載荷。首先根據軸的結構圖（圖4.3）作出軸的計算簡圖（圖4.4），參照5圖15-23得向心軸承的支承點在中點位置，因此該滑動軸承和滾動軸承的作用點均取其中點。已知滑動軸承寬8mm，6001-Z型軸承寬8mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距為。再根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖4.4）。水平面：合成彎矩：圖4.4主軸的載荷分析圖從軸的結構圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面，將計算出的截面C處的各項值列于下表。表4.2載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M4.開關按鍵與鍵孔的間隙設計：周圍單邊間隙要求0.3mm0.5mm，如下圖：前端避空距離：1mm。5.機

48、殼散熱孔的設計：設計原則是確保氣流（從進氣口到出氣口）流經軸承，碳刷管，轉子，定子，散熱片等組件且熱空氣不會被阻塞于機殼內，并得到充分冷卻。通風孔不能過大，電動工具行業常用直徑6mm鋼球驗證，所塞鋼球不能掉入機殼內。散熱孔處的機殼內壁到風扇葉片頂端的距離應為46mm，原因有三個：保證空氣流量充足，減小噪音，避免小件異物從散熱孔處于風扇葉片相撞。散熱孔空氣入口與馬達風窗要對正，并沿氣流方向設計15的角度，便于空氣流通；空氣出口應設計氣流導向板有15向上的角度，防止熱空氣直接吹到手上（下圖左）。另外，為降低空氣噪音，進氣口和出氣口應沿氣流方向作如下圖（右）所示的倒角。的電位增高，晶閘管的導通角增大

49、，此時a、b兩點電壓提高，從而保持整定的轉速不變。反之，當負載減小，轉子回路電流減小，轉子回路電勢減小，c點的電位下降，從而保持整定的轉子轉速亦不變，達到單相串勵電動機在額定轉速以下近似恒功率調速，即轉矩隨著轉速下降而提高的工作特性。當轉速小于200r/min，或空載運轉時，由于轉子電流小，c點電位下降，晶閘管導通角較小，晶閘管的維持電流難以保持穩定，容易出現電鉆的抖動以及運轉不穩定而出現異常雜聲。為增加運轉的穩定性，電路中加入反饋電容器C2和二極管D3，使空載時C2 、D3、SR和轉子繞組構成反饋電路，以增加回路電流，保持晶閘管在低速時導通角的穩定性。D1是為阻止轉子中與觸發信號反向的雜散諧波進入晶閘管的觸發極，從而破壞晶閘管工作的穩定性，產生電路工作狀態不穩定，使單相串勵電動機的運轉產生振動、噪聲而設置的。R1為限流電阻 ，R3為移相、取樣電路的保護電阻。上述電路的特點是：一、轉子繞組串接在晶閘管的主回路中，反饋信號取自轉子電勢（電流），從而改變晶閘管的導通角，調節轉子兩端電壓，獲得單相串勵電動機的近似于恒功率的調壓、