冲击钻毕设电机及元器件选型

1、 毕业设计（论文）报告纸第三章 电机及元器件选型3.1 电机的选型在电动冲击钻的设计中，电机的选择十分重要，也是本次毕业设计的主要部分。在电动工具中，电动冲击钻选用的电动机有单相串励电动机、三相工频、中频笼型异步电动机等类型。三相工频、中频笼型异步电动机需要相应的中频电源供电，在国内使用不多，所以大多数电动工具运用的电机都是单相串励电机，这种电机的优点是重量轻、体积小、转速高，但不适合长时间作业。电动冲击钻选用单相串励电机，符合电动工具的工作要求。电动冲击钻设计的功能性要求包括：功率小、体积小、重量轻、转速高。查单相串励电机的性能数据表，所得参数如下：表3.1 单相串励电机性能数据表输出功率电

2、压频率电流转速风扇直径换向器直效率500230240501.75320056.52465片数长度电刷宽度定子直径转子直径铁心长度槽数4811758.535.162243.2 碳刷装置的选型碳刷装置大体上可以包括三部分，碳刷、弹簧以及刷握。电动工具中使用的碳刷都由石墨制成，形状大部分为长方形方块，卡在金属的支架上，内部的弹簧把它紧压在转轴上，这样能使它与换向器接触，碳刷紧贴着转子，通过碳刷的导电作用，把电源导入到电机中，把电能经过换向器输传送给线圈。碳刷主要成分是碳，比较容易磨损，所以工作一段时间需要更换一副新的碳刷。在电动工具中，电动冲击钻常用的型号为51，查电动工具设计手册确定电刷的长度、宽

3、度、厚度的尺寸，所得结果如下表所示。表3.2 电刷的型号及尺寸型号宽度/mm长度/mm厚度/mm引线形式应用实例518135带弹簧电钻、部分角磨 1 碳刷 2引出线 3弹簧 4引线铜片图3.1碳刷结构简图 3.3 轴承的选型在电动冲击钻的设计中，轴承的选用同样很重要。查电动工具设计手册可以发现，电动工具常用的轴承有3类，包括滚动轴承、滚针轴承以及滑动轴承。在使用电动冲击钻时，常选用滚动轴承，常见的型号有606、607、608、609四种，根据设计要求选择607、608型号的滚动轴承，内径、外径、宽度、质量参数见下表： 表3.3 轴承的型号及尺寸型号内径/mm外径/mm宽度/mm质量/kg旧型号

4、60771960.00817型号内径/mm外径/mm宽度/mm质量/kg旧型号60882270.015183.4 开关的选型电动工具中，常用的开关包括电源开关、交流调速开关、直流调速开关、正反转开关、过电流保护开关等。大部分开关装在电动工具的手柄中，其优点是操作方便，安全可靠。手柄、开关、自锁按钮材料都是绝缘的，可以保护作业人员的人身安全。其中，电动冲击钻常用的开关是调速开关，型号有FA29-6/1BEZ、2085、FA29-4/1BEZA、FA2-2/1BEK等。根据开关的功能性要求，开关要有电子调速功能，能够正反转、带自锁功能。确定开关的型号及参数，见表3.4。 表3.4 开关的型号及参数

5、类型额定电压/V额定电流/A接触方式触点类型通断能力/AFA29-6/1BZE2302402.5接线柱单断30 3.5 换向器的选型换向器应用十分广泛，目前，市场上大约有1000多种规格，包括钩型、槽型、平面型等结构。在电动工具中，钩型换向器运用最广泛，所以本次设计选用钩型换向器。在电动工具中，对于换向器有一定的技术要求，要求外观完整、圆柱表面光滑、无裂纹、无毛刺等缺陷。电动冲击钻在工厂生产制造中，通常使用的换向器是沟形加固型换向器，选择型号参数如表格3.5 表格3.5 换向器的型号及参数型号结构片数内径外径总高片高沟长钩外径DZQD-RA-D-441钩型加固24102314.59.30.62

6、23.6 电源线的选型电源线品种繁多，使用条件、技术特征以及结构差异也比较大。像电动冲击钻这类电动工具在使用过程中，经常移动电源线，电缆线经常被弯曲和扭转。所以，电源线应该选择不轻易打结的软电缆，并且具有很好的耐磨性能。此外，电源线要色彩光鲜、轻巧灵活。 电动冲击钻使用的是QY型轻型橡套软电缆，这种电缆经常使用的规格有3种，分别是两芯电缆、三芯电缆、四芯电缆。冲击电钻使用单相电源，使用双芯电缆，具体的参数规格见表3.6。表3.6 电源线参数配用的电源线abcd芯线标称截面平均外径上限芯线股数 第四章 传动装置的设计4.1 齿轮传动设计电动工具中常用的齿轮传动方案有三种，包括圆柱齿轮传动、圆锥齿

7、轮传动以及行星齿轮传动。在电动冲击钻设计中，常用圆柱齿轮传动。圆柱齿轮分为直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，考虑到直齿圆柱齿轮的冲击载荷较大，噪音大的特点，设计时不予采用。而斜齿圆柱齿轮啮合性好、噪音小、运行平稳，符合电动冲击钻工作传动平稳，噪音低的要求。因此，齿轮传动方案中选用斜齿圆柱齿轮传动。电动冲击钻在工作时应该尽量地减少噪音，所以齿轮设计选用斜齿圆柱齿轮；动力转移依靠一对啮合齿轮来实现，传动装置采用一级齿轮传动，传动简图如图4.1所示。1风扇 2电机 3斜齿轮 4齿轮轴图4.1 冲击钻传动装置简图4.2 斜齿轮强度校核查询机械设计手册，选取齿轮的材料为40Cr，该材料经过高频淬火和调质后拥有

8、较好的韧性和强度。在电动冲击钻中，一般小齿轮的硬度为硬度5560HRC，大齿轮的硬度为5055HRC，小齿轮的硬度比大齿轮大5 HRC。先选择精度等级为7级的齿轮。为了符合电动冲击钻的性能要求，小齿轮的齿数通常选取较小的齿数，为34个。选择小齿轮的齿数4个，大齿轮的齿数42个，传动比i=10.5。如果螺旋角选取得太小，会失去斜齿轮啮合性好、噪音小、运转平稳的优点，但是如果取的太大，轴向力会变得很大。所以，螺旋角初选23。4.2.1 按齿面接触疲劳强度设计参照机械设计，斜齿轮分度圆直径公式，计算出公式内各值，其中载荷系数K=1.75，小齿轮的转矩，查机械设计手册，选取齿宽系数，材料弹性影响系数，

9、=计算小齿轮的分度圆直径，计算圆周速度，v=查机械设计表5.5，计算出的齿轮圆周速度小于齿轮最高圆周速度，符合7级精度要求的圆周速度。计算应力循环次数，N=60njn转速（r/min），j齿轮每转一周的啮合次数，工作寿命（h），；=；查机械设计得，小齿轮的接触疲劳强度=1500MPa 大齿轮的接触疲劳强度=1400MPa 计算接触疲劳强度，即持久寿命期内失效概率为1%的疲劳极限，= 1292MPa =1195MPa齿宽和模数计算， 纵向重合度计算，齿宽与齿高之比计算，载荷系数K的计算， 由，参照机械设计，得。载荷系数， 再按实际所得到的载荷系数，计算出分度圆直径，根据实际的分度圆直径，计算出模

10、数4.2.2按齿根接触疲劳强度设计参照机械设计，得到设计计算公式，计算出公式内各值，根据之前计算出的重合度，参照机械设计，查得螺旋角影响系数。查机械设计得，小齿轮的弯曲疲劳强度极限=1000MPa大齿轮的弯曲疲劳强度极限=900MPa查得弯曲疲劳寿命系数，计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数=625MPa=562.5MPa当量齿数的计算 查得齿形系数为查得应力校正系数为比较大齿轮和小齿轮的相比较而言，小齿轮比大齿轮大一点。把数值代入上面公式中计算，模数取整，则=所，则4.2.3 几何尺寸的计算中心距的计算， 中心距取整，所以按取整后的中心距，修正螺旋角，小齿轮、大齿轮分度圆直径计算，齿轮宽

11、度的计算，如果齿轮太窄会使得承载能力降低，所以要对算出的齿宽大小进行圆整，在圆整后基础上加宽5mm至10mm。可以得到取整后的大小齿轮的齿宽分别为，。斜齿轮的变位系数的计算 齿顶高的计算，其中取标准值为，齿根高的计算，其中取标准值为，齿高的计算，齿顶圆直径的计算， 齿根圆直径的计算，基圆直径的计算，4.3 齿轮轴的结构设计在电动冲击钻的齿轮设计中，所设计的小齿轮直径都比较小，其齿顶圆直径小于2倍的轴的最小直径。所以在设计的时，我们通常把轴和小齿轮设计为一体，也就是我们通常所称的齿轮轴，如图4.2 所示。 图4.2 齿轮轴的设计4.4齿轮轴的设计根据设计设计要求，我们可以得到齿轮轴上的转速、功率

12、以及扭矩分别为：转速 功率 扭矩计算圆周力，径向力，轴向力，根据前面计算得可知，小齿轮的分度圆直径为齿轮轴最小直径的计算 前面已经确定，齿轮轴所选用的材料是40Cr ，参考机械设计，得出A的值为106，所以初步计算轴的最小直径为 考虑到实际的设计要求，按小齿轮的分度圆直径、换向器、风扇的内径及转子的直径，初步确定齿轮轴的最小直径。在前面选择元器件的时候，根据电动工具的设计要求，我们选出轴上所使用的滚动轴承为型号为608的滚动轴承，轴承的尺寸为，所以我们可以确定，。左边滚动轴承的定位采用的定位方式为轴肩式，设计滚动轴承到换向器之间的距离为7.1mm，即，。换向器的内径为21mm，高度为13.5m

13、m，所以，。换向器到转子铁心之间的距离为16.9mm，即对于转子部分，转子的铁心长度尺寸为45mm即，转子的内径为35mm，即，转子整体的长度为149mm。铁心到风扇之间的距离设计为。对于风扇部分，风扇的直径尺寸为56mm，即，而风扇的厚度尺寸为9.5mm，即。风扇到右边轴承之间的距离设计为5mm，即。右边滚动轴承的尺寸，所以可以确定，。轴齿部分的长度设计为21.5mm，即，。所以，齿轮轴上各个零部件的装配及布置如图4-4，一般情况下滚动轴承在齿轮轴上的定位是靠过渡配合来保证的，在工厂里滚动轴承依靠压力机将其压入与齿轮轴配合，压入之后很难拆下，风扇和转子的装配是依靠胶水将其固定在齿轮轴上。图4.3 齿轮轴上零部件4.5齿轮轴的强度校核轴上载荷计算轴承支撑点是由轴承的布置方法以及轴承的种类确定的。本次设计中，已知该齿轮轴的传递扭矩为151.59N.mm，大小齿轮的分度圆直径分别为 ，啮合角为23度，根据电动工具的要求，需要考虑轴承同时受到径向力和轴向力的作用