電動螺絲刀的設計研究

摘 要：設計電動螺絲刀的傳動系統，闡述電動螺絲刀的組成和工作原理。該電動螺絲刀設計精巧，有擰緊保護機構，扭矩調節機構，可實現自動擰緊和松開螺絲，提高了手動擰螺絲的效率。

關鍵詞： 電動螺絲刀；行星輪系；扭矩調節；傳動系統

中圖分類號：TH139 文獻標識碼：A

本文所設計的便捷式電動螺絲刀具有以下特點：

（1）通過獨特的擰緊保護機構，防止螺絲擰到位后繼續施力，保護了螺絲和螺絲刀頭。

（2）采用微型馬達，使用過程中不會產生高溫、碳粉、性能更優越，特別適合長時間連續使用。

（3）內部齒輪組件為優質合金鋼直接沖壓而成，使用更持久、穩定。

（4）外殼采用流線型設計，手感好，使用更舒適。

（5）正反開關設計更具人性化、更簡易。

（6）柔軟的專用電源線，使用過程中不易折斷。

（7）無噪音、無干擾、低雜訊。

1 電動螺絲刀的組成結構

1.1 行星輪系

（1）行星輪系的組成

圖1 行星輪組成

Fig.1 The planetary gear

行星輪系主要由行星輪g、行星架H及中心輪k組成。行星輪的個數一般為2～6個。在計算傳動比時，僅考慮1個行星輪的轉速即可，其余的行星輪為虛約束在計算時不用考慮。它們均勻地分布在中心輪的四周，載荷由幾個行星輪共同來承擔，以減小齒輪尺寸；同時又可使行星輪[1]公轉所產生的離心和各嚙合處的徑向分力得以平衡，以減小作用在主軸上的力，使運轉更加平穩。行星輪由行星架支承，并在行星架上做公轉運動。

（2）行星輪系傳動比的計算

①齒輪傳動比

②齒輪轉速

由計算可知，行星輪具有減低轉速的作用。

圖2 傳動簡圖

Fig.2 Transmission diagram

1.2 扭矩調節器

電動螺絲刀的扭矩調節器由扭矩調節內套、扭矩調節外套 、彈簧套、彈簧、壓套，大小鋼球組成。扭矩調節內套和扭矩調節外套[2]之間靠螺紋相連接，使得內套在外套里左右移動，壓縮彈簧，頂住壓套，以調節小鋼球跳脫凹槽的力矩大小。彈簧套用來壓住凹槽內的大鋼球，使扭矩調節內套定位，而不竄動。

2電動螺絲刀的工作原理

⑴ 擰緊/松開原理

電動機帶動齒輪，通過行星齒輪系，傳遞至齒輪軸，使彈簧卡頭體帶動鉆頭（螺絲刀）旋轉，撥動正反轉切換開關可以實現正/反轉（擰緊/松開）的轉換。以上是正常擰緊松開工作的狀態，此時內齒輪不旋轉。

⑵ 過載保護（扭矩調節）原理

正常擰緊松開情況下，通過彈簧，使壓套壓緊在外殼上，從而使鋼球將內齒輪定位，這樣將轉動傳遞至回轉軸.當螺絲已經擰緊時，齒輪軸將停止轉動，通過對齒輪系的分析，可以看出，在電機不停的情況下，內齒輪將轉動，此時上的斜槽將鋼球及套克服彈簧力向左頂出，即實現電機不停而螺絲刀停轉，也就是過載保護，保護力的大小可以通過扭矩調節機構來實現。

⑶ 彈簧卡頭原理

當將彈簧卡頭套克服彈簧力向右推，然后將螺絲刀頭插入彈簧卡頭體時，鋼球向外徑向移動，可以將螺絲刀頭插入卡頭體， 鋼球落入螺絲刀頭的凹槽內，以防止螺絲刀頭軸向竄動。彈簧卡頭體左端的扁尾用來阻止螺絲刀頭的軸向回轉。取下鉆頭過程與上述安裝過程相同。

3電動螺絲刀的傳動系統

如圖5所示，電機帶動齒輪32（Z=15）轉動3周，即轉過45個齒，齒輪32帶動行星輪8，使齒輪安裝板9轉過1周，從而帶動與它相鉚接的齒輪10轉1周，使與其相嚙合的齒輪轉動，回轉軸即跟著轉了1/3周，由彈簧卡頭夾著鉆頭鉆1/3周，完成了傳動過程。

結語

本文所設計的電動螺絲刀工作安全、體積小、重量輕，造型美觀、操作簡單、效率高，采用優秀電機、質量可靠。有專用的低壓直流配套電源。大大提高了手動擰螺絲的效率。

參考文獻

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