一種電纜剪切工具的機械設計

許曉淳 潘玉華 劉志君

摘? 要：電動扳手的彈性儲能錘擊作為一項經典的傳動設計，其本質是使微型電機恒定的轉矩通過儲能釋放形成具有超強力矩的扭力，并在此基礎上進行換向減速。基于此，本文了設計一種可以切斷大直徑、高硬度電纜的電動工具。

關鍵詞：電動扳手;刀座;刀架;絲桿;等高螺絲

中圖分類號：TP242? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

0引言

在工業生產中，許多經典的機械設計，使人們的勞動強度、工作方式得到了巨大的改變，其中應用廣泛的基礎設計有液壓、氣壓設備，通過經典的機構，將電能轉化成強大的氣壓、液壓，由此衍生出氣動機械臂、氣動螺絲刀、氣動鋸、液壓折彎、沖孔等一系列的衍生裝置，且該裝置在不同的工業生產領域發揮了巨大的作用[1]。

隨著電池技術、電機技術、材料技術、機械加工技術的發展，這些原來應用于重型工業的裝置，通過改變形成了一大批便攜式生產工具，這些工具攜帶方便、造價低廉卻有著強大的功能，使原有的使用場景不再局限于工廠內，而是可以隨時隨地使用，因此極為便利。

本文基于電動鋰電池扳手的工作原理，提出一種線纜剪切工具的設計方案，為省力工具領域提供一種新思路[2]。

1設計背景

在電力施工過程中，電纜裁剪是一項最基本的工作，當前電動工具一共有2種類型，一種是通過油泵的液壓工作方式，另一種是通過多級齒輪減速增加力矩的方式。

液壓油缸通過油泵向油缸注油，并由單向閥門控制其油回流，不斷增加油缸內油的壓力，從而提供給活塞足夠壓力推動剪刀切斷電纜。液壓模式結構比較笨重，需要由油泵、油缸組成，由于液壓力要求較大，因此電機的大小，油缸壁都需要由強度很高的金屬材料制作，因此其攜帶不便，另外由于油缸內油壓較大，為了防止滲漏，對于油缸、活塞的加工工藝要求較高，造價較高，且隨著使用損耗的增大，其維護成本也增大[3]。

多級齒輪的減速方式相對于液壓在加工難度及成本方面均有改善，但是其結構依然復雜，需要一個復雜的齒輪箱來安裝齒輪。此外研究發現由于其末端的執行機構也是齒輪狀，刀片鑲嵌在非全圓齒輪盤中間，這樣使用不如液壓方式便利。

2設計方案概述

電纜剪切需要一個超強大的力量，同時要求結構簡單、動力足夠、且重量輕巧，實踐證明電動扳手就剛好滿足這一要求，電動扳手將微型電機通過行星齒輪減速后，連接一個帶彈簧的錘擊機構，當輸出軸的軸向阻力足夠大時，彈簧會帶動錘擊機構捶打輸出軸，由于彈簧的勢能到達錘擊面時間極短，則每一次錘擊都將給輸出軸輸送一次強大的扭力。

如何將這種強大的扭力轉化成切斷電纜的力，研究發現絲桿傳動是當前最好的選擇，絲桿傳動可將扭力運動轉換成直線運動，且具備一定的減速效果，可進一步增加扭力帶來的效果。

3結構設計

3.1 裝置結構圖及各部件功能

①-軸套固定孔：軸套固定孔設置在絲桿末端，與電動扳手輸出端相連，提供穩定可靠的力矩輸出;

②-限位塊：限位塊由四個螺絲固定在⑧-刀座上，使得絲桿受力后，保持前后位置不移動，從而推動絲桿法蘭向前移動，切斷線纜;

③-壓力軸承：壓力軸承安裝在此主要減小絲桿受力時，旋轉對于②-限位塊的摩擦力，④-傳動絲桿在此處外徑變小，在壓力軸承處形成一個臺階，絲桿向左受力時，絲桿的力通過壓力軸承再傳輸給②-限位塊，由于②-限位塊與⑧-刀座相連，則傳動絲桿的力將全部傳輸給⑧-刀座;

④-傳動絲桿：絲桿直接與電動扳手連接，提供動力，其材質為304不銹鋼，外牙為T型牙，可以承受較大的力;

⑤-絲桿法蘭：絲桿法蘭內牙與④-傳動絲桿外牙配合，傳動絲桿轉動時，帶動絲桿法蘭前后移動，絲桿法蘭采用黃銅制作，具有強度高、耐磨等特性;

⑥-刀架：刀架一端與絲桿法蘭連接，在運動過程中隨著絲桿法蘭的運行而運動，刀架另一端連接刀頭，其功能是將絲桿法蘭傳遞的力量轉化給刀頭。刀架的底部與⑧-刀座相平行，為了避免受力后刀架偏離與刀座的平行方向，在刀架的底部設置了四顆⑩-等高螺絲進行限制，確保其運行軌道與刀座平行。

⑦-刀頭：刀頭是與被剪切材料直接接觸的部件，采用Cr12材質，并進行熱處理，使其硬度達到58-60HRC，確保在剪切過程中有足夠的硬度切開線纜;

⑧-刀座：刀座相對于⑦-刀頭是靜止的，其末端有一個向上的支撐面，與⑦-刀頭形成閉合狀，為剪切動作提供靜止的支撐面;

⑨-避位缺口：避位缺口是當⑦-刀頭運行至支撐面時，支撐面與⑦-刀頭之間尚有未完全閉合的區域， 此時⑦-刀頭需要繼續前進，通過避位缺口，使二者完全閉合，也就完成了剪切的動作;

⑩-等高螺絲：等高螺絲安裝在⑥-刀架，螺桿通過⑧-刀座長圓孔，由螺絲帽在長圓孔上形成卡阻，為⑥-刀架在⑧-刀座上的水平運動提供了固定的軌道;

?-避位臺階：沿著⑧-刀座長圓孔下沉同心的等高螺絲帽避位孔，可以減小等高螺絲的高度，提高等高螺絲的支撐強度[4]。

3.2 運動路徑（圖2 ）

（1）首先將待剪切電纜放入刀口，當傳動絲桿在電動扳手的驅動下轉動時，絲桿法蘭、刀架、刀座以及等高螺絲均向右移動;

（2）持續移動中，刀片將對被剪斷電纜形成擠壓并切割，等高螺絲限制進刀方向始終與電纜的軸徑方向垂直;

（3）當刀片通過刀座避位缺口且二者弧面完全重合時，電纜已經切斷。

4優勢分析

（1）結構簡單，體積小，便于攜帶;

（2）加工工藝要求不高，基本的車銑機械加工就可以制作完成;

（3）造價低廉，生產及維護成本低。

5結語

通過對電動扳手的衍生設計，為便攜式工具的研究提供了新思路，如折彎、沖孔、拉伸等均可進行相關嘗試。

參考文獻

[1]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]肖正義.滾珠絲杠副的發展趨勢[J].制造技術與機床，2002（5）：8-11.

[3]田地銀，田云.關于滾珠絲杠副的選擇[J].電子工藝技術，1997（1）：18-21.

[4]催忠析，覃耀春.金屬與熱處理[M].北京：機械工業出版社，2007.

收稿日期：2020-08-15

作者簡介：許曉淳（1986—），男，廣東汕頭人，本科，工程師，研究方向：生產技術。