J1Z-6型单相串励式手电钻设计.pdf

1J1Z-6型单相串励式手电钻设计（工程技术学院机械电子工程系，机械设计制造及其自动化专业韩东）（学号1999111244）指导教师：王华权副教授、粱莉副教授、程安运讲师内容提要：电动工具作为一种高效、快捷、轻便、省力的加工工具已在工业、建筑、装潢、汽修、园林甚至是普通家庭里得到了广泛的应用，并且日益向小型、高效、多功能、结构符合人体工程学等方面发展。本文着重介绍了利用Pro/Engineer对电动工具分支之一的手电钻的总体设计过程。关键词：J1Z-6型手电钻Pro/Engineer外壳教师点评：该生在市场调研的基础上，利用工程设计软件PRO/E自行设计了6mm手电钻，完成了零部件建模，复杂外壳的曲面和结构设计，工程文件编撰的工作，在曲面建模和实体建模的衔接处理上，有独特之处，并进行了旨在评价曲面光滑程度的高斯分析，遗憾的是有些耗时，耗神的工作在本综述中没能反映出来。（点评教师：王华权，高级工程师）Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(PTC公司)的产品,自1988年问世以来，十多年来已成为全世界最普及的3DCAD/CAM系统。在今天，Pro/Engineer已成为3DCAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。Pro/Engineer可谓是个全方位的3D产品开发软件，集合了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动量测、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，其模块众多，能将整设计至生产过程集成在一起。因此，利用Pro/Engineer来设计手电钻是非常适合的。本设计旨在用Pro/Engineer设计一在钢材上的最大钻孔直径达到6mm、木材达到10mm的手电钻，设计的总体思路是对比现有6mm手电钻进行参照设计,这也是国内手电钻设计的常用方法。利用Pro/Engineer设计手电钻可分为以下几个步骤：1.部件的选择和设计计算2.利用Pro/Engineer进行传动系统和零部件的建模3.利用Pro/Engineer对外壳进行装配建模4.利用Pro/Engineer分析曲面外壳质量一.部件的选择和设计计算根据在钢材上的最大钻孔直径，手电钻主要可分为6毫米、10毫米、13毫米三种。根据手电钻钻孔能力的不同，钻孔直径越大的手电钻钻孔时所受的阻力矩越大，故其钻头需输出更大的力矩以克服阻力矩，因此，钻孔直径越大的手电钻通常其电机的额定功率就越大，齿轮的级数通常也越多，6毫米和10毫米手电钻大都采用一级齿轮传动，13毫米手电钻就大都采用二级齿轮传动。下图为J1Z6型手电钻的结构图：21.开关2.单相串励电机3.传动轴4.钻夹头5.机壳J1Z6型手电钻的在钢材上的最大钻孔能力为6毫米，由图可见，其由单相串励电机、轴承、风扇、齿轮组、传动轴、含油轴承、钻夹头、开关、垫片、挂钩、碳刷、机壳、各种螺钉和导线组合而成。其中，除了外壳的筋板要在装配图中建模外，其余都在Pro/Engineer的parts模块下建模。传动系统的设计通过对现有J1Z6型手电钻的对比，可看出现今手电钻的额定转速在13003000r/min之间,输入功率一般随最大钻孔直径的增大而增大。1）钻头转速的确定：高速钢麻花钻切削速度推荐值加工材料低碳钢中高碳钢合金钢不锈钢切削速度cV（米/分）253020251520钻削速度cV=1000ndd钻头直径从而dVnc*1000*=，取切削速度Vc30m/min由于是设计6mm手电钻，故，取d=6mm，得n=306*1000=1591.5r/min但同时注意到现今6mm手电钻都趋于大功率、高转速，输入功率很多在300w以上，参考资料，钻头额定功率定为n2=2000r/min.2)电机额定转速的确定：由1）中所述，电机输入功率确定为P输入=300W.又由电机参考资料,初选电机额定转速n1=12000r/min.3)拟定传动方案：由调查知，现今大部分6mm手电钻均采用一级斜齿轮传动，原因是6mm手电钻（包3括10mm和部分13mm手电钻）采用一级传动已可以达到设计的减速比，且在单对圆柱斜齿轮传动的许可减速比范围内。现以本手电钻设计为例：本设计若采用一级传动，则单对圆柱斜齿轮的减速比为：i=n1：n2=12000：2000=6：1由资料查的单对圆柱斜齿轮传动的传动比范围为：16.故上述传动比是符合的。4）电机的选择：定子、转子的设计：本电钻采用单相串励电机，单相串励电机具有体积小、转速高、启动转矩大的特点，而且由于其特殊的电路结构，使其在交流、直流下都能正常运行，故此种电机特别适合用于电动工具。根据已有的J1Z6型手电钻的定子直径为52mm的情况，采用类比法，本设计中定子外径选为50mm.换向器的选择：产品代号外径D升高片外径/钩外径D1片长h升高片长/钩长l内孔d片数n总高度H衬套压塑料材料备注DZQC0821.525.512.82.882416.6有电木粉银铜无钩型整流子5）齿轮尺寸的计算齿轮设计也采用类比法。根据测量已有J1Z6型手电钻的情况，初步定为：法面模数mn=0.5mm螺旋角=25.3634法面压力角取为n=20大齿轮：分度圆直径：2d=Z2mt=Z2mn/cos=48*0.5/cos25.36=26.559mm基圆直径2bd=d2cost=d2/)1(2ttg+=d2cos/)(cos22ntg+=)20tan36.25(cos36.25cos559.2622+24.636mm齿顶圆直径：4mmhmmZhddannnaa559.275.0236.25cos/5.0482cos/2222=+=+=+=齿根圆直径：mmxchmddnnannf309.25)25.01(5.02559.26)(222=+=+=电枢前端斜齿轮：分度圆直径mmmZdn4267.436.25cos/5.08cos/11=基圆直径mmxchmddnnannf1767.3)25.01(5.024267.4)(211=+=+=齿顶圆直径：mmhmmZhddannnaa42657.515.0236.25cos/5.082cos/2111=+=+=+=基圆直径：mmdddttb1061.4sec/cos111=6)其他部分的选择设计：1.钻夹头：型号夹持范围(mm)连接尺寸DL重量(Kg)J3160.6-63/8-24UNF30490.1152.传动轴：自行设计加工，待电钻外壳设计完成后再定其尺寸。3.轴承：由于手电钻转速较高，输出钻头部分达到2000r/m,转子部分更达到12000r/m，而传动轴部分所承受的轴向力不是太高，故，选用转速高且能承受一定轴向载荷的深沟球轴承：传