許曉淳 潘玉華 劉志君

摘? 要：電動扳手的彈性儲能錘擊作為一項經(jīng)典的傳動設(shè)計，其本質(zhì)是使微型電機恒定的轉(zhuǎn)矩通過儲能釋放形成具有超強力矩的扭力，并在此基礎(chǔ)上進行換向減速?；诖?，本文了設(shè)計一種可以切斷大直徑、高硬度電纜的電動工具。

關(guān)鍵詞：電動扳手;刀座;刀架;絲桿;等高螺絲

中圖分類號：TP242? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

0引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，許多經(jīng)典的機械設(shè)計，使人們的勞動強度、工作方式得到了巨大的改變，其中應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)設(shè)計有液壓、氣壓設(shè)備，通過經(jīng)典的機構(gòu)，將電能轉(zhuǎn)化成強大的氣壓、液壓，由此衍生出氣動機械臂、氣動螺絲刀、氣動鋸、液壓折彎、沖孔等一系列的衍生裝置，且該裝置在不同的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用[1]。

隨著電池技術(shù)、電機技術(shù)、材料技術(shù)、機械加工技術(shù)的發(fā)展，這些原來應(yīng)用于重型工業(yè)的裝置，通過改變形成了一大批便攜式生產(chǎn)工具，這些工具攜帶方便、造價低廉卻有著強大的功能，使原有的使用場景不再局限于工廠內(nèi)，而是可以隨時隨地使用，因此極為便利。

本文基于電動鋰電池扳手的工作原理，提出一種線纜剪切工具的設(shè)計方案，為省力工具領(lǐng)域提供一種新思路[2]。

1設(shè)計背景

在電力施工過程中，電纜裁剪是一項最基本的工作，當前電動工具一共有2種類型，一種是通過油泵的液壓工作方式，另一種是通過多級齒輪減速增加力矩的方式。

液壓油缸通過油泵向油缸注油，并由單向閥門控制其油回流，不斷增加油缸內(nèi)油的壓力，從而提供給活塞足夠壓力推動剪刀切斷電纜。液壓模式結(jié)構(gòu)比較笨重，需要由油泵、油缸組成，由于液壓力要求較大，因此電機的大小，油缸壁都需要由強度很高的金屬材料制作，因此其攜帶不便，另外由于油缸內(nèi)油壓較大，為了防止?jié)B漏，對于油缸、活塞的加工工藝要求較高，造價較高，且隨著使用損耗的增大，其維護成本也增大[3]。

多級齒輪的減速方式相對于液壓在加工難度及成本方面均有改善，但是其結(jié)構(gòu)依然復雜，需要一個復雜的齒輪箱來安裝齒輪。此外研究發(fā)現(xiàn)由于其末端的執(zhí)行機構(gòu)也是齒輪狀，刀片鑲嵌在非全圓齒輪盤中間，這樣使用不如液壓方式便利。

2設(shè)計方案概述

電纜剪切需要一個超強大的力量，同時要求結(jié)構(gòu)簡單、動力足夠、且重量輕巧，實踐證明電動扳手就剛好滿足這一要求，電動扳手將微型電機通過行星齒輪減速后，連接一個帶彈簧的錘擊機構(gòu)，當輸出軸的軸向阻力足夠大時，彈簧會帶動錘擊機構(gòu)捶打輸出軸，由于彈簧的勢能到達錘擊面時間極短，則每一次錘擊都將給輸出軸輸送一次強大的扭力。

如何將這種強大的扭力轉(zhuǎn)化成切斷電纜的力，研究發(fā)現(xiàn)絲桿傳動是當前最好的選擇，絲桿傳動可將扭力運動轉(zhuǎn)換成直線運動，且具備一定的減速效果，可進一步增加扭力帶來的效果。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 裝置結(jié)構(gòu)圖及各部件功能

①-軸套固定孔：軸套固定孔設(shè)置在絲桿末端，與電動扳手輸出端相連，提供穩(wěn)定可靠的力矩輸出;

②-限位塊：限位塊由四個螺絲固定在⑧-刀座上，使得絲桿受力后，保持前后位置不移動，從而推動絲桿法蘭向前移動，切斷線纜;

③-壓力軸承：壓力軸承安裝在此主要減小絲桿受力時，旋轉(zhuǎn)對于②-限位塊的摩擦力，④-傳動絲桿在此處外徑變小，在壓力軸承處形成一個臺階，絲桿向左受力時，絲桿的力通過壓力軸承再傳輸給②-限位塊，由于②-限位塊與⑧-刀座相連，則傳動絲桿的力將全部傳輸給⑧-刀座;

④-傳動絲桿：絲桿直接與電動扳手連接，提供動力，其材質(zhì)為304不銹鋼，外牙為T型牙，可以承受較大的力;

⑤-絲桿法蘭：絲桿法蘭內(nèi)牙與④-傳動絲桿外牙配合，傳動絲桿轉(zhuǎn)動時，帶動絲桿法蘭前后移動，絲桿法蘭采用黃銅制作，具有強度高、耐磨等特性;

⑥-刀架：刀架一端與絲桿法蘭連接，在運動過程中隨著絲桿法蘭的運行而運動，刀架另一端連接刀頭，其功能是將絲桿法蘭傳遞的力量轉(zhuǎn)化給刀頭。刀架的底部與⑧-刀座相平行，為了避免受力后刀架偏離與刀座的平行方向，在刀架的底部設(shè)置了四顆⑩-等高螺絲進行限制，確保其運行軌道與刀座平行。

⑦-刀頭：刀頭是與被剪切材料直接接觸的部件，采用Cr12材質(zhì)，并進行熱處理，使其硬度達到58-60HRC，確保在剪切過程中有足夠的硬度切開線纜;

⑧-刀座：刀座相對于⑦-刀頭是靜止的，其末端有一個向上的支撐面，與⑦-刀頭形成閉合狀，為剪切動作提供靜止的支撐面;

⑨-避位缺口：避位缺口是當⑦-刀頭運行至支撐面時，支撐面與⑦-刀頭之間尚有未完全閉合的區(qū)域， 此時⑦-刀頭需要繼續(xù)前進，通過避位缺口，使二者完全閉合，也就完成了剪切的動作;

⑩-等高螺絲：等高螺絲安裝在⑥-刀架，螺桿通過⑧-刀座長圓孔，由螺絲帽在長圓孔上形成卡阻，為⑥-刀架在⑧-刀座上的水平運動提供了固定的軌道;

?-避位臺階：沿著⑧-刀座長圓孔下沉同心的等高螺絲帽避位孔，可以減小等高螺絲的高度，提高等高螺絲的支撐強度[4]。

3.2 運動路徑（圖2 ）

（1）首先將待剪切電纜放入刀口，當傳動絲桿在電動扳手的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動時，絲桿法蘭、刀架、刀座以及等高螺絲均向右移動;

（2）持續(xù)移動中，刀片將對被剪斷電纜形成擠壓并切割，等高螺絲限制進刀方向始終與電纜的軸徑方向垂直;

（3）當?shù)镀ㄟ^刀座避位缺口且二者弧面完全重合時，電纜已經(jīng)切斷。

4優(yōu)勢分析

（1）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，便于攜帶;

（2）加工工藝要求不高，基本的車銑機械加工就可以制作完成;

（3）造價低廉，生產(chǎn)及維護成本低。

5結(jié)語

通過對電動扳手的衍生設(shè)計，為便攜式工具的研究提供了新思路，如折彎、沖孔、拉伸等均可進行相關(guān)嘗試。

參考文獻

[1]濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]肖正義.滾珠絲杠副的發(fā)展趨勢[J].制造技術(shù)與機床，2002（5）：8-11.

[3]田地銀，田云.關(guān)于滾珠絲杠副的選擇[J].電子工藝技術(shù)，1997（1）：18-21.

[4]催忠析，覃耀春.金屬與熱處理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

收稿日期：2020-08-15

作者簡介：許曉淳（1986—），男，廣東汕頭人，本科，工程師，研究方向：生產(chǎn)技術(shù)。