手持式電動潤滑脂加注器的設計與計算

摘要：設計了一種手持式電動潤滑脂加注器，對其關鍵結構進行了詳細闡述，通過對該潤滑脂加注器的注油壓強和注油流量進行校核計算，確定了加注器減速電機的主要參數，可為同類型工具設計提供參考。

關鍵詞：潤滑脂;加注器;手持式;注油壓強;注油流量

0 引言

潤滑脂是一種稠厚的油脂狀半固體，主要由礦物油（或合成潤滑油）和稠化劑調制而成，具有性能穩定、負荷能力強、有效時間長、對惡劣環境不敏感等優點，被廣泛應用于各類工程機械的潤滑、密封等場合。用于機械的摩擦部分，起潤滑和密封作用;用于金屬表面，起填充空隙和防銹作用。潤滑脂根據稠化劑可分為皂基脂和非皂基脂兩類。皂基脂的稠化劑常用鋰、鈉、鈣、鋁、鋅等金屬皂，也用鉀、鋇、鉛、錳等金屬皂;非皂基脂的稠化劑用石墨、炭黑、石棉，還可用合成的稠化劑，如聚脲基、膨潤土等。根據用途可分為通用潤滑脂和專用潤滑脂兩種。在機械設備維護保養過程中，檢查運動部件并及時添加潤滑脂是最重要的內容之一。根據不同的場合，采用快速高效的潤滑脂加注設備，對提高機械裝備的維護保養效率具有重要意義。

目前應用比較廣泛的潤滑脂加注設備有兩種：一種是大型潤滑脂泵站，其以大流量、高效率為目標，采用大功率電機作為動力源，采用容積式油泵，同時配套軟管、油槍及控制電路，應用于工廠、生產車間、大型維修車間等潤滑脂使用量大的場合。另一種是手持按壓式潤滑脂加注器（圖1），其以靈活便捷為目標，采用手動按壓操作，應用于機械設備的局部維修及關鍵部位的日常保養，其存在的主要缺點有：需雙手操作，且加注速度慢，影響工作效率;需打開加注器后蓋手動裝填潤滑脂，易對潤滑脂造成污染;開閉不易控制，潤滑脂消耗量大。

筆者經過檢索發現，在授權公告號為CN207246753U的中國專利中公開了一種潤滑脂加注裝置，包括分離式壓縮泵、進氣嘴、桶蓋、吸管、管線和加注槍頭，其特征在于：分離式壓縮泵設置在桶蓋上部與桶蓋固定連接;吸管穿過桶蓋固定在分離式壓縮泵下端;桶蓋下部內側有圓形突起，桶蓋外側壁與圓形突起之間形成凹槽，凹槽內設置有橡膠墊;桶蓋的外側壁上還設置有至少1個緊固螺釘，所述緊固螺釘包括螺帽和螺桿，在螺桿的端頭還設置有直徑大于螺桿直徑的橡膠固定頭。可以看出，該專利使用了一種獨立式壓縮泵的方案，此方案結構比較復雜，往加注器中加注潤滑脂需要卸下緊固螺釘，費時費力。

1 手持式電動潤滑脂加注器的主要結構

本文設計了一種手持式電動潤滑脂加注器，以解決傳統手持式潤滑脂加注槍使用過程中出現的問題。手持式電動潤滑脂加注器主要由鋰電池、握把、減速電機、油缸、活塞、螺桿、光桿、缸蓋、加長管、噴油嘴等零部件構成，如圖2所示。

螺桿與活塞采用了螺旋傳動，可利用減速電機輸出的較小力矩為活塞傳遞較大推力，從而實現較高的注油壓強。活塞中心有一個螺紋孔與螺桿配合，有一個通孔與光桿配合。光桿起限制活塞旋轉的作用，同時不影響活塞在缸體內運動。減速電機驅動螺桿旋轉，帶動活塞向左或者向右移動，進而實現吸入或者擠出潤滑脂。

為防止活塞運動至螺桿兩端時從螺桿脫離或卡死造成設備故障，設計了一種特殊的防卡死結構：在螺桿的兩端，各設計有一段無螺紋的光桿，并加裝彈簧，當活塞運動至螺桿頂端時，就脫離螺紋，進入光桿部分;當需要螺桿向另一方向旋轉時，在彈簧的作用下，活塞自動回到螺紋上，從而使設備正常工作。

握把下部有蓄電池，用于為電機供電;握把中有控制開關，可根據手指按壓力度大小調節電機轉速，進而調節吸入或者擠出潤滑脂的流量。控制開關上方設有轉換開關按鈕，可以改變電機轉動方向，進而實現吸入或擠出潤滑脂功能的轉換。

前端設計有加長管和噴油嘴，可根據使用場合配置不同長度的加長管;注油嘴可在磨損或損壞后單獨更換。

2 功能特點

該手持式電動潤滑脂加注器全重約2.3 kg，單手持握，操作精準。控制開關可靈活調節減速電機轉速，隨時實現加注和關停，且加注速度可調節，達到了精確控制加注量的目的。油缸內潤滑脂用完后，有兩種重新裝填方式：一種是擰下噴油嘴，將加長管插入油桶內，調節轉換開關至裝填檔位，按壓調速開關進行潤滑脂裝填：另一種是擰下油缸端蓋，調節轉換開關至裝填檔位，按壓控制開關使活塞運動至圖示最右端，即可直接將潤滑脂裝入油缸內，裝滿后擰上后端蓋，完成裝填。

3 校核計算

為完成潤滑脂加注功能，潤滑脂加注器必須具有一定的注油壓強和流量。潤滑脂加注泵站的注油壓強一般為40～60 MPa，流量為5～20 cm3/s，甚至更高;手持式潤滑脂加注器的注油壓強一般在10 MPa以上，流量為6～10 cm3/s。為使手持式電動潤滑脂加注器達到合適的注油壓強及注油流量，需要設計合適的油缸直徑，匹配合適的減速電機轉速及扭矩并進行校核計算。

減速電機額定扭矩為M，輸出轉速為n，活塞移動速度為v，活塞面積為S（忽略光桿及螺桿截面積），螺桿螺距為x，潤滑脂注油壓強為P，流量為L，螺桿活塞的傳動效率為a，則減速電機額定扭矩與潤滑脂注油壓強之間的關系為：

減速電機轉速與潤滑脂流量之間的關系為：

取減速電機額定扭矩M為20 Nm，輸出轉速n為1 r/min，活塞面積S為20 cm2，螺距x為3 mm，傳動效率a為97%，計算得到潤滑脂注油壓強約20 MPa，流量為10 cm3/s，可較好地滿足潤滑脂加注需求。

上述計算結果表明，當選擇合適的減速電機參數時，所設計的手持式電動潤滑脂加注器滿足使用要求。

4 結語

本文設計了一種新型手持式電動潤滑脂加注器，詳細闡述了其構成與功能特點，推導了減速電機額定扭矩與額定轉速的校核公式，并對所設計的結構進行了減速電機選型計算。該手持式電動潤滑脂加注器具有可單手操作、加注和停止操控靈活、加注流速靈活可控、灌裝干凈方便等特點，對提高機械設備的維護保養效率具有一定的促進作用。

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收稿日期：2020-07-20

作者簡介：尹洪濤（1988—），男，河南周口人，助理工程師，研究方向：裝備維修。