1J1Z-6型單相串勵式手電鉆設(shè)計（工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械電子工程系，機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)韓東）（學(xué)號1999111244）指導(dǎo)教師：王華權(quán)副教授、粱莉副教授、程安運(yùn)講師內(nèi)容提要：電動工具作為一種高效、快捷、輕便、省力的加工工具已在工業(yè)、建筑、裝潢、汽修、園林甚至是普通家庭里得到了廣泛的應(yīng)用，并且日益向小型、高效、多功能、結(jié)構(gòu)符合人體工程學(xué)等方面發(fā)展。本文著重介紹了利用Pro/Engineer對電動工具分支之一的手電鉆的總體設(shè)計過程。關(guān)鍵詞：J1Z-6型手電鉆Pro/Engineer外殼教師點評：該生在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，利用工程設(shè)計軟件PRO/E自行設(shè)計了6mm手電鉆，完成了零部件建模，復(fù)雜外殼的曲面和結(jié)構(gòu)設(shè)計，工程文件編撰的工作，在曲面建模和實體建模的銜接處理上，有獨(dú)特之處，并進(jìn)行了旨在評價曲面光滑程度的高斯分析，遺憾的是有些耗時，耗神的工作在本綜述中沒能反映出來。（點評教師：王華權(quán)，高級工程師）Pro/Engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC公司)的產(chǎn)品,自1988年問世以來，十多年來已成為全世界最普及的3DCAD/CAM系統(tǒng)。在今天，Pro/Engineer已成為3DCAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計、汽車、自行車、航天、家電、玩具等各行業(yè)。Pro/Engineer可謂是個全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動量測、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能于一體，其模塊眾多，能將整設(shè)計至生產(chǎn)過程集成在一起。因此，利用Pro/Engineer來設(shè)計手電鉆是非常適合的。本設(shè)計旨在用Pro/Engineer設(shè)計一在鋼材上的最大鉆孔直徑達(dá)到6mm、木材達(dá)到10mm的手電鉆，設(shè)計的總體思路是對比現(xiàn)有6mm手電鉆進(jìn)行參照設(shè)計,這也是國內(nèi)手電鉆設(shè)計的常用方法。利用Pro/Engineer設(shè)計手電鉆可分為以下幾個步驟：1.部件的選擇和設(shè)計計算2.利用Pro/Engineer進(jìn)行傳動系統(tǒng)和零部件的建模3.利用Pro/Engineer對外殼進(jìn)行裝配建模4.利用Pro/Engineer分析曲面外殼質(zhì)量一.部件的選擇和設(shè)計計算根據(jù)在鋼材上的最大鉆孔直徑，手電鉆主要可分為6毫米、10毫米、13毫米三種。根據(jù)手電鉆鉆孔能力的不同，鉆孔直徑越大的手電鉆鉆孔時所受的阻力矩越大，故其鉆頭需輸出更大的力矩以克服阻力矩，因此，鉆孔直徑越大的手電鉆通常其電機(jī)的額定功率就越大，齒輪的級數(shù)通常也越多，6毫米和10毫米手電鉆大都采用一級齒輪傳動，13毫米手電鉆就大都采用二級齒輪傳動。下圖為J1Z6型手電鉆的結(jié)構(gòu)圖：21.開關(guān)2.單相串勵電機(jī)3.傳動軸4.鉆夾頭5.機(jī)殼J1Z6型手電鉆的在鋼材上的最大鉆孔能力為6毫米，由圖可見，其由單相串勵電機(jī)、軸承、風(fēng)扇、齒輪組、傳動軸、含油軸承、鉆夾頭、開關(guān)、墊片、掛鉤、碳刷、機(jī)殼、各種螺釘和導(dǎo)線組合而成。其中，除了外殼的筋板要在裝配圖中建模外，其余都在Pro/Engineer的parts模塊下建模。傳動系統(tǒng)的設(shè)計通過對現(xiàn)有J1Z6型手電鉆的對比，可看出現(xiàn)今手電鉆的額定轉(zhuǎn)速在13003000r/min之間,輸入功率一般隨最大鉆孔直徑的增大而增大。1）鉆頭轉(zhuǎn)速的確定：高速鋼麻花鉆切削速度推薦值加工材料低碳鋼中高碳鋼合金鋼不銹鋼切削速度cV（米/分）253020251520鉆削速度cV=1000ndd鉆頭直徑從而dVnc*1000*=，取切削速度Vc30m/min由于是設(shè)計6mm手電鉆，故，取d=6mm，得n=306*1000=1591.5r/min但同時注意到現(xiàn)今6mm手電鉆都趨于大功率、高轉(zhuǎn)速，輸入功率很多在300w以上，參考資料，鉆頭額定功率定為n2=2000r/min.2)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的確定：由1）中所述，電機(jī)輸入功率確定為P輸入=300W.又由電機(jī)參考資料,初選電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n1=12000r/min.3)擬定傳動方案：由調(diào)查知，現(xiàn)今大部分6mm手電鉆均采用一級斜齒輪傳動，原因是6mm手電鉆（包3括10mm和部分13mm手電鉆）采用一級傳動已可以達(dá)到設(shè)計的減速比，且在單對圓柱斜齒輪傳動的許可減速比范圍內(nèi)。現(xiàn)以本手電鉆設(shè)計為例：本設(shè)計若采用一級傳動，則單對圓柱斜齒輪的減速比為：i=n1：n2=12000：2000=6：1由資料查的單對圓柱斜齒輪傳動的傳動比范圍為：16.故上述傳動比是符合的。4）電機(jī)的選擇：定子、轉(zhuǎn)子的設(shè)計：本電鉆采用單相串勵電機(jī)，單相串勵電機(jī)具有體積小、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大的特點，而且由于其特殊的電路結(jié)構(gòu)，使其在交流、直流下都能正常運(yùn)行，故此種電機(jī)特別適合用于電動工具。根據(jù)已有的J1Z6型手電鉆的定子直徑為52mm的情況，采用類比法，本設(shè)計中定子外徑選為50mm.換向器的選擇：產(chǎn)品代號外徑D升高片外徑/鉤外徑D1片長h升高片長/鉤長l內(nèi)孔d片數(shù)n總高度H襯套壓塑料材料備注DZQC0821.525.512.82.882416.6有電木粉銀銅無鉤型整流子5）齒輪尺寸的計算齒輪設(shè)計也采用類比法。根據(jù)測量已有J1Z6型手電鉆的情況，初步定為：法面模數(shù)mn=0.5mm螺旋角=25.3634法面壓力角取為n=20大齒輪：分度圓直徑：2d=Z2mt=Z2mn/cos=48*0.5/cos25.36=26.559mm基圓直徑2bd=d2cost=d2/)1(2ttg+=d2cos/)(cos22ntg+=)20tan36.25(cos36.25cos559.2622+24.636mm齒頂圓直徑：4mmhmmZhddannnaa559.275.0236.25cos/5.0482cos/2222=+=+=+=齒根圓直徑：mmxchmddnnannf309.25)25.01(5.02559.26)(222=+=+=電樞前端斜齒輪：分度圓直徑mmmZdn4267.436.25cos/5.08cos/11=基圓直徑mmxchmddnnannf1767.3)25.01(5.024267.4)(211=+=+=齒頂圓直徑：mmhmmZhddannnaa42657.515.0236.25cos/5.082cos/2111=+=+=+=基圓直徑：mmdddttb1061.4sec/cos111=6)其他部分的選擇設(shè)計：1.鉆夾頭：型號夾持范圍(mm)連接尺寸DL重量(Kg)J3160.6-63/8-24UNF30490.1152.傳動軸：自行設(shè)計加工，待電鉆外殼設(shè)計完成后再定其尺寸。3.軸承：由于手電鉆轉(zhuǎn)速較高，輸出鉆頭部分達(dá)到2000r/m,轉(zhuǎn)子部分更達(dá)到12000r/m，而傳動軸部分所承受的軸向力不是太高，故，選用轉(zhuǎn)速高且能承受一定軸向載荷的深溝球軸承：傳