磁力冲击机构.doc

一种具有磁力冲击机构的冲击钻（ZL200710070110.5）。

图1 发明专利：具有磁力冲击机构的电锤（ZL200710070248.5）
具有磁力冲击机构电锤钻的方案设计
磁力冲击式转换机构工作原理
如图2所示为发明专利“具有磁力冲击机构的电锤” （ZL200710070248.5）的工作原理，包括了壳体、运动传递机构、磁力冲击式转换机构。结构中旋转套筒1通过轴承2固定在壳体15内，旋转套筒1内的冲击轴3的一端装有冲击锤，驱动盘7轴套在固定套筒5的导向槽中，驱动盘7和转动盘10的底座上有环形凹槽，槽内装有环形永久磁铁8、9，两环形永久磁铁的相互转动产生排斥力和吸和力，使驱动盘7相对于转动盘10做前后移动带动冲击锤做冲击移动，转动盘10的另一端与运动传递机构的大齿轮11连接。
具体的运动过程为：驱动盘轴上的齿轮12和电机上的输出轴齿轮共同组成了一个齿轮减速机构，驱动盘在电机的带动下实现在较大扭矩作用下的旋转运动。冲击盘底座和驱动盘底座布置若干对扇面形磁铁，磁铁S极和N极间隔排列，使得排斥力和吸引力交替产生。由于冲击盘旋转方向被固定套筒前部限制，所以无法旋转，冲击盘只能前后运动。当驱动盘做旋转运动，在磁力作用下驱动冲击盘相对于驱动盘做前后移动，并带动钻夹头做冲击运动。同时传动机构带动旋转套筒旋转，从而带动与套筒连接的钻夹头旋转，并带动插在其中的钻头旋转。这样钻头既有往复运动又有旋转运动，实现了电锤的锤钻功能。

图2 具有磁力冲击转换机构的工作原理示意图
图中，1-旋转套筒，2-轴承，3-冲击轴，4、11、12、14-齿轮，5-固定套筒，6-垫圈，7-驱动盘，8、9-磁铁，10-转动盘，13-轴，15-机壳。
由于冲击力是在非密封的状态下产生，因此，该机构无特殊的密封要求，结构简单；由于两环形永久磁铁间没有相互接触，因此，能大幅减小振动和噪声。而且具有冲击效率高、寿命长，结构简单，制造工艺要求低，制造成本低，维修容易等优点。
具有磁力冲击转换机构的电锤钻设计
上述发明专利在具体方案实现时，尚需要解决的关键技术主要有：
（1）合理设计磁力冲击式转换机构的结构以保证复合运动叠加的平稳性：磁力冲击式转换机构在工作时既需要通过转动盘旋转产生交变的磁场以使驱动盘产生往复冲击运动，又不希望因为存在变形、摩擦使旋转运动干扰冲击运动。因此需要设计好的结构，减小转换机构的复合运动叠加阻力，不产生过大的振动，保证转换机构运动的平稳性。
（2）磁力冲击技术的高效实现：涉及磁力冲击能量的变化、磁力作用的有效行程以及磁力作用的实现形式等方面因素的综合设计。
本文设计了一种磁力冲击转换的具体机构，如图3所示，具体包括机壳（14）、运动传递机构、磁力冲击转换机构（4）、提供动力的电机（9），机壳（14）内设有固定套筒。该机构转换过程是电机轴驱动齿轮，齿轮带动驱动盘，通过磁力作用，带动冲击盘往复运动，产生作业工具的冲击运动。

图3具有磁力冲击转换机构电锤钻的结构图（最小冲程位置）
图中，1-旋转套筒，2-旋转套筒大齿轮，3-旋转套筒轴承，4-磁力冲击转换机构，5-驱动盘滚动轴承，6-驱动盘滑动轴承，7-齿轮，8-后端盖，9-电机，10-传动轴大齿轮，11-传动轴，12-传动轴滑动轴承，13-传动轴小齿轮，14-机壳，15-驱动盘轴。
如图4所示，磁力冲击转换机构由设置在固定套筒内的冲击盘（46）和驱动盘（43）组成，冲击盘（46）从上至下依次由冲击锤（47）、非圆轴（48）、底座（49）组成，底座（49）内设有磁体；驱动盘（43）包括底座和驱动盘轴（15），驱动盘的底座与冲击盘的底座结构相同，相向设置，驱动盘轴（15）通过驱动盘滚动轴承（5）固定在固定套筒后部（42）的阶梯孔内，驱动盘轴（15）装有齿轮（7）与电机（9）的输出轴齿轮啮合。驱动盘（43）和冲击盘（46）的轴线在同一直线上。冲击盘46的非圆轴48通过轴套在固定套筒前部41的导向孔槽中，冲击盘46的一端装有冲击锤 47，冲击盘 46 与驱动盘 43的轴线在同一直线上，之间通过固定套筒后部的阶梯孔结构限定距离而获得不同的冲击力效果，冲击盘 46 和驱动盘 43 的底座内各装有若干对非对称的扇面形永久磁铁 44、45，设置两磁体间隔距离在一定范围内，有效防止了磁铁的漏磁效应，两对大号磁体44和小号磁铁45，设计成扇面形，排列的磁体为环形，大号磁体44和小号磁铁45为S、N极交叉布置，两扇面形永久磁体的相互转动产生排斥力和吸引力，使冲击盘 46 相对于驱动盘 43 做前后移动，带动冲击锤冲击移动。

图4 磁力冲击转换机构示意图
图中，41-固定套筒前部，42-固定套筒后部，43-驱动盘，44-大号磁铁，45-小号磁铁46-冲击盘，47-冲击锤，48-非圆轴，49-底座
如图5，固定套筒由固定套筒前部 41 与固定套筒后部 42 前后两部分通过螺纹413连接组成，间隔距离可通过螺纹413调节，固定套筒外壁有花纹用于与机壳 14 固定连接；固定套筒前部 41 开有导向孔槽，可与冲击盘 46 的轴径配合限制冲击盘的旋转运动。

图5 固定套筒结构示意图
图中，41-固定套筒前部，42-固定套筒后部，413-螺纹。
如图6所示，冲击盘的轴为非圆轴 48 ，并且轴上端的周边有球状突起的冲击锤 47，非圆轴48采用横截面为菱形、矩形、鼓形等不规则的柱体均可，以达到限制其旋转的效果；冲击盘的底座49内设有圆柱410和圆台414，冲击盘的底座 49 上设有固定隔板 412 及顶板 411 ，限定不同大小的空间以安放不同大小的磁铁，其中，包括隔板、顶板、圆柱和圆台的底座结构可以是整体成型的铸件，也可是各零部件装配而成。
图6 冲击盘结构示意图
图中，47-冲击锤，48-非圆轴，49-底座，410-圆柱，411-顶板，412-隔板，414-圆台
如图7所示，旋转套筒1由若干段内阶梯孔和外阶梯轴组成，在旋转套筒1前部开有与外部钻夹头连接的贯通槽16，在贯通槽的相邻近内壁位置有销17，用于与钻头契合，冲击盘 46 轴径套在固定套筒前部 41 的导向孔槽中，旋转套筒带动与套筒连接的钻夹头旋转，从而带动插在其中的钻头旋转，旋转套筒1后部内壁装配有旋转套筒轴承3，通过它把旋转套筒1固定在固定套筒前部41。旋转套筒轴承3位于旋转套筒1的后部内壁，通过旋转套筒轴承3把旋转套筒1固定在固定套筒前部，传动轴11的一端装有传动轴小齿轮13，传动轴小齿轮13与安装在旋转套筒后部外壁的旋转套筒大齿轮2啮合，传动轴11外设有传动轴滑动轴承12，传动轴11另一端装有传动轴大齿轮与电机9输出轴齿轮连接，传递旋转运动。

图7 旋转套筒结构示意图
图中，1-旋转套筒，16-贯通槽，17-销。
磁力冲击转换机构的分析与结构参数计算
磁铁的设计
磁铁形状是决定冲击力大小和冲击周期的一个关键因素。将磁铁设计成扇形，如图8所示，这样在转动运动中对磁铁表面积的运用十分有效。

图8磁铁结构
磁铁的装配

图9 驱动盘和冲击盘结构图及磁铁装配图
磁铁为扇形内外半径为=0.25cm，=3.5cm。磁铁分布规则如图9所示，四块磁铁所占角度分别为96°,64°,96°,64°,留40°用于空间装配。
则磁铁表面积
3-1
磁铁装配如图10所示，表面积的分配：图中红色朝外的为S极，蓝色朝外的为N极，S极与N极的表面积之比为2：3。通过驱动盘和转动盘的底座上的凹槽在圆周上分成若干份，可以增加冲击频率。例如分为2份，N极磁铁和S极磁铁各在圆盘占一半，则每转一周冲击一次；若分为4份，则每转一周冲击2次。从而有效地改变冲击频率。
图10磁力冲击电锤钻其他零件实物图