發(fā)布時(shí)間：2022-02-16
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電動(dòng)螺絲刀，別名電批、電動(dòng)起子，是用于擰緊和旋松螺釘用的電動(dòng)工具，一般具有外殼和設(shè)置在輸出軸上的螺絲刀。廣泛的應(yīng)用于工業(yè)和家居領(lǐng)域中，通常用于安裝或拆卸螺紋緊固件，對(duì)工件施加扭矩或者轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)螺絲刀有如下類型：
1. 直接驅(qū)動(dòng)類
在電動(dòng)螺絲刀中不設(shè)置任何型式的安全離合器, 故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單, 加工方便, 成本較低。
(1) 非力矩控制型
這是一種非自動(dòng)切斷電源的工具。螺紋裝配完成與否由操作者主觀決定。操作者應(yīng)集中注意力觀察操作過程。雖然作業(yè)時(shí)緊張、勞動(dòng)強(qiáng)度大, 但無法保證裝配質(zhì)量。操作者主觀確認(rèn)裝配完成時(shí)斷開電源完成操作。但由于斷電后的回轉(zhuǎn)動(dòng)能的沖擊作用往往使十字槽或一字槽損壞; 操作者不當(dāng)心時(shí)也易使電機(jī)較長期制動(dòng), 降低工具的電機(jī)和開關(guān)壽命。這類工具早期用于分散性較大的木螺釘, 且其出軸轉(zhuǎn)速不宜高, 近期已基本不采用。我們在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)有些不重視質(zhì)量的用戶, 用電鉆夾一螺線刀頭裝配客車附件上的木螺釘, 雖然工具成本是低的, 但由于電鉆轉(zhuǎn)速過高, 裝配質(zhì)量無法控制, 廢品的報(bào)復(fù)很快就體現(xiàn)出來: 螺釘頭很快生銹(因槽鍍層被螺絲刀破壞) ; 乘客衣物被螺釘頭割壞(因有的螺釘頭未完全人座, 高出工件) ; 金屬裝飾條彈開或脫落(部分螺釘擰過頭使聯(lián)接失效) ; 拉手桿松動(dòng)或彈開(部分聯(lián)接失效)。凡此種種, 經(jīng)常乘坐公共汽車和大客車的人都有體會(huì)。
(2) 制動(dòng)力矩控制型
也是一種非自動(dòng)切斷電源的工具。電壓高, 制動(dòng)電流大, 制動(dòng)力矩也大。經(jīng)齒輪降速后輸出裝配力矩也大, 反之亦然。用降壓變壓器設(shè)置較多的抽頭, 以調(diào)節(jié)電壓的高低來調(diào)節(jié)裝配力矩的大小, 是這類電動(dòng)螺絲刀的設(shè)計(jì)思想。這種產(chǎn)品國內(nèi)尚有生產(chǎn)。下述緣由說明它是一種落后的不可取的機(jī)型
① 一定的電壓、電機(jī)的制動(dòng)力矩并不恒定。原因有二, 其一是電機(jī)的繞組隨溫度升高而提高, 在重復(fù)短期制動(dòng)下, 繞組溫升變化相對(duì)大, 故制動(dòng)電流也有較大差別, 制動(dòng)力矩也就有差別; 其二是換向器電機(jī)的制動(dòng)力矩與制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。當(dāng)一個(gè)電刷處于兩換向器片之間時(shí), 一個(gè)繞組元件被電刷短接而不產(chǎn)生力矩, 反之在沒有換向片被電刷短接時(shí)則全部繞組元件都起作用產(chǎn)生力矩。因此可知, 電機(jī)的換向片越多, 制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子位置不同對(duì)制動(dòng)力矩的影響就越小。遺憾的是電動(dòng)螺絲刀一般都用永磁直流微型電機(jī), 其轉(zhuǎn)子不能開很多槽, 用很多換向片(早期用三槽三片, 后用五槽五片?，F(xiàn)國外基本上用七槽七片, 甚至有七槽十四片, 以減少力矩脈動(dòng))。再加上工業(yè)電的士10 % 電壓容差, 因此, 用這種方法來控制恒定力矩是十分粗糙的, 即力矩控制精度很差。
② 頻繁制動(dòng)不是一般永磁直流微型電機(jī)的正常運(yùn)行狀態(tài), 它將導(dǎo)致電機(jī)異常發(fā)熱而縮短壽命, 特別是在操作工人有意無意加長制動(dòng)時(shí)間的情況下, 影響將更嚴(yán)重。③ 在電機(jī)制動(dòng)時(shí)斷開電源開關(guān)將使開關(guān)壽命大為縮短, 因制動(dòng)時(shí)電流大, 在繞組電感器儲(chǔ)存的磁能能量大, 當(dāng)斷開時(shí), 這些能量以電弧形式在觸頭間釋放出來, 對(duì)觸頭進(jìn)行燒蝕, 嚴(yán)重時(shí)熔化。
④ 由于電機(jī)運(yùn)行在制動(dòng)前夕狀態(tài), 轉(zhuǎn)速很低, 故此類電動(dòng)螺絲刀的工效一般也較低。這種類型電動(dòng)螺絲刀可用于要求不高的A、B、C、E 型聯(lián)接特性。在Mc》Mt的D 型聯(lián)
接特性也可應(yīng)用。
(3) 電流控制型電動(dòng)螺絲刀
屬自動(dòng)切斷電源工具。以電機(jī)的電磁力矩與電機(jī)電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立起以整定電機(jī)電流值來控制電動(dòng)螺絲刀的裝配力矩的控制方法。這種型式的電動(dòng)螺絲刀是國內(nèi)早期主要型式產(chǎn)品, 但近來幾乎不生產(chǎn)了, 因?yàn)槠淇刂乒δ苌醪?。人們不禁要? 為何這種控制方式用于定扭矩扳手則很有用，這種產(chǎn)品一直在生產(chǎn)在使用, 力矩控制精度可達(dá)士5%FS;為何近期進(jìn)口的電動(dòng)螺絲刀也有電流控制型的。研究表明, 關(guān)鍵在于斷電后, 電動(dòng)螺絲刀回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)化為不可控附加力矩所占比重很大之故。這是由于電動(dòng)螺絲刀為確保較高的效率, 減速器速比較小, 又為保證一定擰緊力矩, 相對(duì)電機(jī)功率不能太小(經(jīng)折算, 1500N·m 的定扭矩扳手產(chǎn)生1N·m 力矩只需約0.3W 額定功率, 而M4電動(dòng)螺絲刀產(chǎn)生I N·m力矩約需8W額定功率)。因此單位裝配力矩平均承擔(dān)回轉(zhuǎn)動(dòng)能就大, 故附加不可控力矩也大。解決的方法是在力矩到達(dá)切斷電源后, 立即對(duì)電機(jī)產(chǎn)生快速的能耗制動(dòng), 此時(shí)電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行, 把回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的大部分動(dòng)能變?yōu)殡娔芏挠陔娮璋l(fā)熱中, 從而控制不可控附加力矩提高了控制范圍和控制精度。實(shí)際上丹尼克爾電流控制型電動(dòng)螺絲刀( 也包括后面所述高精度安全離合器自停電動(dòng)螺絲刀), 確實(shí)采取這種措施而取得良好的裝配控制特性。這種改進(jìn)了的電流控制型電動(dòng)螺絲刀有較寬的立即控制范圍和較高的立即控制精度, 適用于要求較高的A、B、C、E 型螺釘裝配特性, 也適用于符合Mc》Mt的D 型裝配特性。
2. 安全離合器類
通常是在電動(dòng)螺絲刀傳動(dòng)鏈的低速端設(shè)置安全離合器機(jī)構(gòu)。當(dāng)傳遞力矩( 即裝配力矩) 超過其整定值時(shí), 則離合器脫扣。安全離合器種類很多, 適用于電動(dòng)螺絲刀的有摩擦離合器( 早期有應(yīng)用, 但因易磨損、發(fā)熱、性能不穩(wěn)定現(xiàn)已很少使用), 牙嵌式安全離合器,滾珠式安全離合器, 滾柱式安全離合器。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要和進(jìn)步, 實(shí)際電動(dòng)螺絲刀有各種各樣變種(如有的把離合器不安置在軸上而安置在內(nèi)齒圈上, 利用對(duì)反作用力矩來實(shí)現(xiàn)安全離合器功能), 不勝枚舉。但總的發(fā)展方向是小型化、簡單化、精細(xì)化和提高嚙合牙(珠、滾柱) 數(shù)以降低附加沖擊力矩提高裝配精度, 提高離合器壽命, 降低對(duì)操作者和工作刀頭接觸處的振動(dòng)。有的產(chǎn)品以多達(dá)24 只, 當(dāng)然這會(huì)增加加工工作量。這類工具按其原理、功能、特性可分下列幾類。
(1) 強(qiáng)制離合器型
屬非自動(dòng)切斷電源工具。主動(dòng)和從動(dòng)二半離合器間的壓力, 為操作者施加于電動(dòng)螺絲刀上的軸向壓力。因此施加的軸向壓力大, 離合器的脫扣力矩就大, 螺釘?shù)难b配力矩也大。反之亦然。應(yīng)特別指出, 當(dāng)脫扣后軸向壓力未撤除, 且電源未切斷, 則離合器周期性重復(fù)嚙合、脫扣而產(chǎn)生沖擊附加擰緊力矩特性, 因此裝配的結(jié)果完全取決于操作者的技藝, 故它只適于無精度要求的A、B、C、E 型裝配特性。但對(duì)于Mt > Mc的D型及F型裝配特性, 只要操作者有足夠經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心, 則這類工具不失為合適的選擇。
( 2 ) 可調(diào)緩沖離合器型
屬非自動(dòng)切斷電源工具。在結(jié)構(gòu)上采用可調(diào)壓力彈簧的壓力代替上述由操作者施加的軸向壓力, 因此可得到可調(diào)節(jié)的脫扣力矩。但其脫扣力矩重復(fù)性、可調(diào)性要比強(qiáng)制離合器優(yōu)良得多, 而且脫扣時(shí)也不引起工具的強(qiáng)烈軸向振動(dòng)。不單降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度,也降低由于螺絲刀頭振動(dòng)對(duì)一字槽或十字槽及其鍍層的損壞。所以只要操作者在離合器脫扣時(shí)停車, 盡量減少離合器的附加沖擊力矩的影響, 則可得到較恒定的近似于脫扣力矩的裝配力矩。因此可用于一定裝配力矩精度要求的A、B、C、E 型螺紋裝配。應(yīng)指出的是, 脫扣力矩與裝配力矩的精度除取決于工具的設(shè)計(jì)參數(shù)外也取決于操作者的操作水平。實(shí)驗(yàn)證明, 有意讓工具長期處于重復(fù)離合狀態(tài), 則裝配力矩可達(dá)2-3倍脫扣力矩。因此裝配質(zhì)量在很大程度上取決于操作者的水平。高水平的操作者也可用于裝配Mc> M t的D 型裝配特性, 也可利用重復(fù)離
合附加力矩增量來裝配F 類特性的聯(lián)接。當(dāng)然對(duì)離合器而言將加速磨損, 且裝配效率降低。
這類電動(dòng)螺絲刀按其彈簧壓力的調(diào)節(jié)方式可分為內(nèi)調(diào)節(jié)型和外調(diào)節(jié)型。內(nèi)調(diào)節(jié)型結(jié)果較簡單, 但調(diào)節(jié)彈簧壓力時(shí)需打開工作機(jī)構(gòu)的部分罩殼而顯得麻煩, 故現(xiàn)已少用。但國內(nèi)生產(chǎn)的單相電動(dòng)螺絲刀, 仍大量使用此結(jié)構(gòu)。外調(diào)節(jié)型的彈簧調(diào)節(jié)螺母是在罩殼之外, 操作者可方便地轉(zhuǎn)動(dòng)它改變彈簧壓力, 以改變脫扣力矩。近幾年國內(nèi)生產(chǎn)的永磁電動(dòng)螺絲刀, 特別是大量生產(chǎn)的電池式電動(dòng)螺絲刀已普遍采用此型式。
(3) 可調(diào)斷電離合器型
屬自動(dòng)切斷電源工具。在上述可調(diào)緩沖離合器的基礎(chǔ)上, 利用限位開關(guān)、光電變換式霍爾變換器等位置檢測器, 把脫扣時(shí)的離合器產(chǎn)生軸向位移檢測出來變?yōu)殡娪嵦?hào), 促使功能電路切斷電機(jī)的供電電流, 并快速進(jìn)行能耗制動(dòng)確保離合器不產(chǎn)生重復(fù)離合沖擊產(chǎn)生的附加力矩, 使裝配力矩準(zhǔn)確地等于脫扣力矩, 使裝配力矩的重復(fù)精度達(dá)士3 %~士5 %。因此適用于精度要求高的A、B、C、D(Mc> Mt)、E 等型螺紋裝配特性。上述功能電路在早期多用簡單的繼電器電路, 近期采用功率電子電路, 后者響應(yīng)時(shí)間快、無觸點(diǎn),故性能好、可靠性高。
電動(dòng)螺絲刀如何選擇
由于使用場合、使用工件的多樣性, 就決定電動(dòng)螺絲刀應(yīng)具有不同的結(jié)構(gòu)型式, 以滿足不同需要, 這就是應(yīng)解決電動(dòng)螺絲刀研制過程的選型問題。反之, 對(duì)于特定的用戶, 針對(duì)自己的工作場合和待裝組件的特性, 如何從可用性、經(jīng)濟(jì)性、合理性等角度合理地從眾多不同型式的電動(dòng)螺絲刀購買自己的裝配工具, 這就需要選擇。
從結(jié)構(gòu)和工件特性考慮, 對(duì)于用戶使用場合等考慮, 即對(duì)家用和無工業(yè)電之處一般用電池式電動(dòng)螺絲刀; 對(duì)功率較大、力矩較大的用串激電機(jī)構(gòu)成的電動(dòng)螺絲刀, 對(duì)大量集中使用的場合采用集中供電的低壓電動(dòng)螺絲刀, 對(duì)分散使用的場合用個(gè)體供電的低壓電動(dòng)螺絲刀或“高壓” 電動(dòng)螺絲刀。對(duì)于研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)者來說選型是十分重要的, 合理的選型能以較少類型的產(chǎn)品,滿足較多的各種不同用戶的需要, 而取得較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益; 反之, 對(duì)用戶而言, 針對(duì)自己的使用場合和工件裝配特性, 選擇不同類型的電動(dòng)螺絲刀也是十分必要。選購不當(dāng), 造成投入達(dá)不到應(yīng)有的效果, 甚至無法在自己的組件上使用而浪費(fèi)。為此不僅要按不同螺紋裝配特性設(shè)計(jì)產(chǎn)品, 而且應(yīng)加強(qiáng)普及用戶這方面知識(shí)。
