齒輪減速快換多功能鋸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

豐志明，馮荷飛，陸建華

（1.浙江金美電動工具有限公司研發(fā)中心，浙江 金華 321000；2.浙江科貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，浙江 金華321000；3.南京美特威機(jī)械設(shè)備有限公司品管部，南京 210000）

1 引言

針對市場上的多功能鋸普遍存在的缺陷，設(shè)計(jì)了一種帶齒輪減速的快換多功能鋸。這種多功能鋸能實(shí)現(xiàn)快速裝卸各種鋸片、鏟刀、砂盤的功能，使用戶在切、磨、鏟、砂、鋸等工作需求中快速切換。同時，設(shè)計(jì)了齒輪減速結(jié)構(gòu)，在輸出轉(zhuǎn)速更低的情況下，極大地提高了電機(jī)功率和輸出扭矩，產(chǎn)品性能顯著提高，實(shí)現(xiàn)振動更小、功率更大【1，2】。

2 多功能金屬總體設(shè)計(jì)

2.1 快換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的多功能鋸快換結(jié)構(gòu)由17 個零部件組成，具體是：快換扳扣（1）、偏心塊（2）、卡簧（3）、圓柱銷（4）、頭殼（5）、深溝球軸承（6）、卡簧（7）、撥叉（8）、滾針軸承（9）、輸出軸（10）、活動桿（11）、彈簧夾頭（12）（一個有彈性的夾頭，類似于車床、鉆床上使用的那一種）、脹緊桿（13）、圓柱壓縮彈簧（14）、刀架（15）、密封圈（16）、鋸片或鏟刀或砂盤（17）等零部件。具體如圖1 所示。

2.2 返回限位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的多功能鋸返回限位結(jié)構(gòu)，主要由6 個零部件組成，具體是：快換扳扣（1）、頭殼（5）、限位塊（A-1）、φ2mm 圓柱銷（A-2）、小扭簧（A-3）、強(qiáng)磁鋼（A-4）等零部件，具體如圖 2 所示。

2.3 齒輪減速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的快換多功能鋸齒輪減速結(jié)構(gòu)包括機(jī)殼、頭殼、電機(jī)和減速擺動機(jī)構(gòu)，所述的減速擺動機(jī)構(gòu)主要由12 個零部件組成，具體是：轉(zhuǎn)子（B1）、軸承（B2）、小齒輪（B3）、中間蓋（B4）內(nèi)部帶軸承、球面軸承（B5）、偏心軸（B6）、大齒輪（B7）、軸承（B8）、軸承（6）、撥叉（8）、軸承（9）、輸出軸（10）等零部件。齒輪傳動和偏心結(jié)構(gòu)具體如圖3 所示。

圖1 多功能鋸快換結(jié)構(gòu)分解圖

圖2 多功能鋸返回限位結(jié)構(gòu)分解圖

圖3 多功能鋸齒輪減速結(jié)構(gòu)示意圖

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 快換結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的多功能鋸快換結(jié)構(gòu)，主要是采用1 個偏心結(jié)構(gòu)，以圓柱銷（4）為轉(zhuǎn)動中心，用快換扳扣（1）帶動偏心塊（2）旋轉(zhuǎn)一定角度，由于偏心距的存在，抵消圓柱壓縮彈簧（14）的彈力，將活動桿（11）往下壓，帶動底部的脹緊桿（13）（活動桿和脹緊桿采用螺紋連接），移動1 個距離t，使脹緊桿（13）離開彈簧夾頭（12）端面。此時，活動桿（11）繼續(xù)下壓（直到快換扳扣（1）轉(zhuǎn)動到B 狀態(tài)），使彈簧夾頭（12）離開刀架（15）端面。彈簧夾頭（12）和刀架（15）上都設(shè)計(jì)有相應(yīng)的錐度，在彈簧夾頭（12）離開刀架（15）的過程中，在相互錐度的作用下向內(nèi)縮小，直到外徑縮小到φ9.5mm，具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。此時，鋸片或鏟刀或砂盤（17）就可以直接套在彈簧夾頭（12）上，然后快換扳扣（1）回到A 狀態(tài)，脹緊桿（13）在圓柱壓縮彈簧（14）的作用下，帶動彈簧夾頭（12），壓緊鋸片或鏟刀或砂盤（17），同時脹緊桿（13）將彈簧夾頭（12）脹大到φ13mm，具體結(jié)構(gòu)如圖5 所示。以上所述是鋸片的安裝過程，卸下鋸片或鏟刀或砂盤（17）的過程和安裝的過程是一樣的，就是將快換扳扣（1）轉(zhuǎn)動到B 狀態(tài)后，彈簧夾頭（12）徑縮小到φ9.5mm 后，取下鋸片或鏟刀或砂盤（17）即可。

圖4 快換多功能鋸安裝鋸片過程結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 快換多功能鋸鎖緊鋸片結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 返回限位結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的快速多功能鋸返回限位結(jié)構(gòu)（見圖6），主要是采用1 個扭簧和限位塊的結(jié)構(gòu)（見圖6a），將圖6a 所示位置設(shè)為原始狀態(tài)，將快換扳扣（1）沿圖中箭頭方向轉(zhuǎn)動，限位塊（A-1）在小扭簧（A-3）的作用下，始終跟隨快換扳扣（1）轉(zhuǎn)動，至圖6b的位置，限位塊（A-1）停止轉(zhuǎn)動，快換扳扣（1）繼續(xù)轉(zhuǎn)動，至圖6c 的位置，此時頭殼（2）內(nèi)部的彈簧夾頭（12）縮小，可以將鋸片或鏟刀或砂盤（17）裝入刀架（15）上，刀架（15）上有 3 顆強(qiáng)磁鋼（A-4），可以鋸片吸牢，防止自重脫落。

在鎖緊鋸片過程中，需將快換扳扣（1）往回轉(zhuǎn)動，由于限位塊（A-1）的存在，快換扳扣（1）至圖6d 的位置則會被限制繼續(xù)往下，有效地對圖中陰影區(qū)域進(jìn)行了保護(hù)（這個區(qū)域內(nèi)經(jīng)常會有手指、手背操作時握持）。快換扳扣（1）處于圖6e 的位置時，手動轉(zhuǎn)動限位塊（A-1）上的手柄，沿著圖中箭頭F 的方向壓下快換扳扣（1），使其回到原始狀態(tài)（圖6f）。

圖6 快換多功能鋸返回限位結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 齒輪減速結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的齒輪減速結(jié)構(gòu)，主要采用圓柱斜齒輪來傳遞運(yùn)動和力。在轉(zhuǎn)子軸上設(shè)計(jì)了小齒輪如圖7d 中轉(zhuǎn)子（B1）+小齒輪（B3），采用軸承（B2）支撐轉(zhuǎn)子（B1）+小齒輪（B3）。大齒輪（B7）和偏心軸（B6）裝配在一起，采用軸承（B8）和中間蓋（B4）內(nèi)部的軸承（B4-1）支撐，具體見圖7b。偏心軸（B6）設(shè)有偏心結(jié)構(gòu)（見圖7a 和圖 7b），將球面軸承（B5）裝入偏心軸（B6）（見圖7c）。

轉(zhuǎn)子（B1）轉(zhuǎn)動后帶動小齒輪（B3）轉(zhuǎn)動，小齒輪（B3）通過齒輪連接帶動大齒輪（B7）轉(zhuǎn)動，通過傳動比i 進(jìn)行減速。大齒輪（B7）轉(zhuǎn)動后，帶動偏心軸（B6）轉(zhuǎn)動。球面軸承（B5）裝配在偏心軸（B6）的偏心軸檔上，球面軸承（B5）會進(jìn)行偏心轉(zhuǎn)動。撥叉（8）接觸的設(shè)置在球面軸承（B5）的外圈上，球面軸承（B5）進(jìn)行偏心運(yùn)動，使得撥叉（8）可以做左右擺動，撥叉（8）擺動帶動鋸片或鏟刀或砂盤（17）往復(fù)工作。

圖7 快換多功能鋸齒輪減速結(jié)構(gòu)示意圖

4 三維建模仿真

UG NX 是集CAD/CAE/CAM 于一體的三維參數(shù)化軟件，是面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM 高端軟件，是當(dāng)今最先進(jìn)、最流行的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件之一。它集合了概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、分析與加工制造的功能，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)與產(chǎn)品生產(chǎn)過程的組合，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空行體、家電及化工等各個行業(yè)。人們使用UG NX 設(shè)計(jì)快換多功能鋸所有核心零部件和裝配結(jié)構(gòu)（見圖8、圖9），用UG NX 對快換結(jié)構(gòu)、返回限位結(jié)構(gòu)、齒輪減速結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動仿真，確認(rèn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性【3~6】。

5 結(jié)語

從市場上現(xiàn)有多功能鋸的缺點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種全新的帶齒輪減速的快換多功能鋸。這種多功能鋸不需要借助任何工具，就能實(shí)現(xiàn)快速裝夾各種鋸片、鏟刀、砂盤的結(jié)構(gòu)。同時，為了避免用戶在使用過程中可能受到傷害，設(shè)計(jì)了返回限位結(jié)構(gòu)的保護(hù)措施。

圖8 快換多功能鋸三維設(shè)計(jì)

圖9 快換多功能鋸三維裝配圖

最重要的是，這種多功能鋸還設(shè)計(jì)了齒輪減速結(jié)構(gòu)，在提升電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的同時，還能滿足多功能產(chǎn)品偏心運(yùn)動時，輸出轉(zhuǎn)速不能過快的要求。齒輪減速的設(shè)計(jì)，降低了偏心齒輪軸和球面軸承的轉(zhuǎn)速，從而保證了撥叉在合適的速度范圍內(nèi)往復(fù)擺動，提高了多功能產(chǎn)品的使用效果。