CN107420509B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电动工具，包括电机、电机轴、输出轴和离合机构，电机轴上设有动力齿轮，输出轴上设有配接齿轮，其中离合机构包括中间轴、设于中间轴且与配接齿轮啮合的传递齿轮、设于中间轴的离合器、设于离合器的周向外围且与动力齿轮啮合的一级齿轮，离合器具有相对于一级齿轮固定不动的第一状态和相对于第一齿轮可做周向转动的第二状态，离合器具有与中间轴过盈配合的本体和周向环形间隔设于本体的轴向端面的复数个离合叉，一级齿轮的内圈呈环形间隔设有复数个凹槽，第一状态时，离合叉与凹槽配合，第二状态时，离合叉相对于本体产生弹性形变，离合叉与凹槽脱开。该电动工具的离合机构结构简单、安全性和可靠性更高。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具。

背景技术

通常，钻类工具在使用过程中会出现钻头的卡滞，从而产生过度的反向扭力传递给用户，对用户产生身体上的伤害。为解决上述问题，本领域的技术人员在钻类电动工具上设有过扭力机械保护装置，如安装在钻类工具上的离合器装置，从而避免钻类工具在使用过程中因钻头的卡滞而产生的过度反向扭力传递给用户，但目前使用在钻类工具上的离合器装置结构复杂、工艺性差、且安全性和可靠性都较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动工具，该电动工具的离合机构结构简单，且安全性和可靠性更高。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供一种电动工具，包括电机、由所述电机驱动以产生旋转运动的电机轴、输出轴、设于所述输出轴的工作头，所述电机轴与所述输出轴之间设有离合机构，所述电机轴上设有动力齿轮，所述输出轴上设有配接齿轮，其中所述离合机构包括中间轴、固定设于所述中间轴且与所述配接齿轮啮合的传递齿轮、固定设于所述中间轴的离合器、设于所述离合器的周向外围且与所述动力齿轮啮合的一级齿轮，且所述离合器具有相对于所述一级齿轮固定不动的第一状态和相对于所述第一齿轮可做周向转动的第二状态，所述离合器具有与所述中间轴过盈配合的本体和周向环形间隔设于所述本体的轴向端面的复数个离合叉，所述一级齿轮的内圈呈环形间隔设有复数个凹槽，第一状态时，所述离合叉与所述凹槽配合，当所述输出轴受到的反扭力大于预定值时，所述离合叉相对于本体产生弹性形变，所述离合叉与所述凹槽脱开，此时所述离合器处于第二状态时。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述离合叉在垂直于所述中间轴的轴线方向上的横截面为等腰梯形，所述凹槽的横截面也为与所述离合叉相适配的等腰梯形。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述一级齿轮具有内孔，所述凹槽自所述内孔沿所述内孔的径向向远离所述内孔的中心的方向延伸，所述离合叉与所述凹槽脱开须满足以下条件：N_弹≤F1(cosθ-μsinθ)/(sinθ+μcosθ)，且Y_max≥△，其中Y_max＝(N_弹L³)/(3EI)，I＝bh³/12，Y_max为离合叉最大挠度，N_弹为离合叉产生弹性变形时所产生的弹力，F1为离合叉作用在所述一级齿轮的齿周向的切向力，离合叉的梯形截面具有两底端点、顶部和从两底端点向顶部延伸的斜面，所述两底端点定义了一直线，所述斜面与所述直线所成的夹角为θ，μ为所述一级齿轮与所述离合叉之间的摩擦系数，L为离合叉的受力点到支撑点的等效距离，E为离合叉的弹性模量，I为离合叉的惯性矩，b为离合叉矩形等效宽度，h为离合叉矩形等效高度，△为离合叉外径与一级齿轮的内孔的孔径的差值的一半。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述离合叉的内孔与所述中间轴之间具有间隙，以为所述离合叉的形变提供空间。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述中间轴上还设有定位盘，所述定位盘的一端面与所述传递齿轮相贴合，所述定位盘的另一端面具有台阶部，所述一级齿轮抵接于所述台阶部，且所述一级齿轮相对于定位盘可被操作地转动。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述离合叉和凹槽均设置为6个。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述离合叉和凹槽均沿周向均匀分布。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述离合叉包括与所述凹槽配接或脱开的配接部和连接所述配接部与本体部的连接部，所述配接部的外径大于所述连接部的外径。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述配接部和连接部均周向间隔悬臂设于所述本体部。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述本体部上设有止挡部，所述止挡部限制所述一级齿轮的轴向移动。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述输出轴上设有第一配接齿轮和第二配接齿轮，所述传递齿轮包括第一传递齿轮和第二传递齿轮，所述电动工具可被操作地使所述第一配接齿轮与第一传递齿轮啮合或所述第二配接齿轮与第二传递齿轮啮合。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述第二传递齿轮位于所述离合器和所述第一传递齿轮之间。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述第一配接齿轮和第二配接齿轮一体成型设置。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述电动工具为手持类电动工具，所述手持类电动工具包括设于所述输出轴上的夹头，所述工作头可操作地设于所述夹头或从夹头上拆下。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的技术方案，当电动工具正常工作时，离合叉与一级齿轮上的凹槽配合，电机轴通过动力齿轮与一级齿轮的啮合将动力传递到一级齿轮，由于离合叉与一级齿轮的凹槽配合，从而一级齿轮带动离合器和中间轴转动，进而中间轴带动其上面的传递齿轮转动，传递齿轮与配接齿轮啮合，从而使配接齿轮带动输出轴转动，最终带动工作头工作。而当工作头被卡住时，中间轴传递给离合叉的反扭力过大，离合叉产生形变，离合叉与凹槽脱开，一级齿轮将无法带动离合器转动，一级齿轮在动力齿轮的带动下无负载旋转，输出轴停止转动，从而起到超出设定扭力值即可保护的作用，防止用户身体受到意外伤害。该电动工具的离合机构，复数个离合叉周向环形间隔设于所述本体的轴向端面，也就是说离合叉是悬臂设置于本体的结构，且正常工作时，离合叉与凹槽配接，反扭力过大时，离合叉产生变形以与凹槽脱开，该离合机构结构简单，且安全性和可靠性更高。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中电动工具的部分剖视图；

图2是本发明具体实施方式中电动工具的离合机构的剖视图；

图3是图2中I-I剖视图；

图4是图2离合机构中的中间轴和传递齿轮的示意图；

图5是图2离合机构中离合器的主视图；

图6是图5中离合器的横向剖视图；

图7是图2离合机构中的一级齿轮的主视图；

图8是图2离合机构中离合器的受力示意图；

图9是图2离合机构中离合器与一级齿轮配合示意图；

图10是图2离合机构中离合器与一级齿轮之间的受力示意图；

图11是图10中离合器与一级齿轮的受力分析图；

图12是图2中定位盘的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。上述术语仅用于将这些描述对象彼此区分开，这并不背离该申请的保护范围。

再者，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到上述术语的限制。上述术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一传递齿轮可以被称作第二传递齿轮，同样，第二传递齿轮也可以被称作第一传递齿轮，这并不背离该申请的保护范围。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的具体实施例公开了一种电动工具，该电动工具包括电机、由电机驱动以产生旋转运动的电机轴20、输出轴22、设于输出轴22的工作头，电机轴20与输出轴22之间设有离合机构，电机轴20上设有动力齿轮24，输出轴22上设有配接齿轮26。该电动工具还包括减速箱23和中间盖25。

离合机构包括中间轴28、固定设于中间轴28的传递齿轮、固定设于中间轴28的离合器32和设于离合器32的周向外围的一级齿轮34，其中传递齿轮与配接齿轮26啮合，一级齿轮34与动力齿轮24啮合。另外，离合器32具有第一状态和第二状态，第一状态时，离合器32相对于一级齿轮34固定不动，第二状态时，离合器32相对于一级齿轮34可做周向转动。进一步参照图5至图7所示，具体的，离合器32具有与中间轴28过盈配合的本体部36和周向环形间隔设于本体部36的轴向端面的复数个离合叉38，一级齿轮34的内圈呈环形间隔设有复数个凹槽40，第一状态时，离合叉38与凹槽40配合，而当输出轴22受到的反扭力大于预定值时，离合叉38相对于本体部36产生弹性形变，离合叉38与凹槽40脱开，此时离合器32处于第二状态时。

本优选实施例中，当电动工具正常工作时，离合叉38与一级齿轮34上的凹槽40配合，电机轴20通过动力齿轮24与一级齿轮34的啮合将动力传递到一级齿轮34，由于离合叉38与一级齿轮34的凹槽40配合，从而一级齿轮34带动离合器32和中间轴28转动，进而中间轴28带动其上面的传递齿轮转动，传递齿轮与配接齿轮26啮合，从而使配接齿轮26带动输出轴22转动，最终带动工作头工作。而当工作头被卡住时，中间轴28传递给离合叉38的反扭力过大，离合叉38产生形变，离合叉38与凹槽40脱开，一级齿轮34将无法带动离合器32转动，一级齿轮34在动力齿轮24的带动下无负载旋转，输出轴22停止转动，从而起到超出设定扭力值即可保护的作用，防止用户身体受到意外伤害。

该电动工具的离合机构，复数个离合叉38周向环形间隔设于本体部36的轴向端面，也就是说离合叉38是悬臂设置于本体部36的结构，且正常工作时，离合叉38与凹槽40配接，反扭力过大时，离合叉38产生变形以与凹槽40脱开，该离合机构结构简单，且安全性和可靠性更高。

离合叉38在垂直于中间轴28的轴线方向上的横截面为梯形，凹槽40的横截面也为与离合叉38相适配的梯形。当工作头被卡住时，中间轴28传递给离合叉38的反扭力过大，离合叉38的梯形斜面39沿凹槽40的梯形斜面37滑移，当离合叉38的挠度达到一定值时，一级齿轮34就不能再带动离合叉38转动，离合叉38与凹槽40脱开。进一步的，离合叉38在垂直于中间轴28的轴线方向上的横截面为等腰梯形，凹槽40的横截面也为与离合叉38相适配的等腰梯形。

具体的，一级齿轮34具有内孔35，凹槽40自内孔35沿内孔35的径向向远离内孔35的中心的方向延伸，进一步参照图8至图11，可列出方程f₁＝μxN1；F_X＝F1cosθ-f₁-N_弹sinθ；F_y＝N₁-F₁ sinθ-N_弹cosθ；F₁＝Mn X 4/〔(D+d)X Z〕；当离合器32与凹槽40脱开时需满足条件F_y＝0和F_x≥0，从而解得N_弹≤F₁(cosθ-μsinθ)/(sinθ+μcosθ)，其中f₁为一级齿轮34的凹槽40的梯形斜面37与离合叉38的梯形斜面39之间的摩擦力，μ为一级齿轮34的凹槽40的梯形斜面37与离合叉38的梯形斜面39之间的摩擦系数，F₁为离合叉38作用在一级齿轮34的齿周向的切向力，另外，离合叉38的梯形截面具有两底端点、顶部和从两底端点向顶部延伸的斜面，两底端点定义了一直线，斜面与直线所成的夹角为θ；M_n为预设的离合叉38与凹槽40脱开的扭力，D为离合叉38的外径，d为一级齿轮34的内孔35的孔径，Z为离合叉38的叉数。

当离合器32与凹槽40脱开时还需满足另一条件Y_max≥△，其中Y_max＝(N_压L³)/(3EI)，I＝bh³/12，△＝(D-d)/2，Y_max为离合叉最大挠度，N_压为一级齿轮34施加于离合器32上的径向力，N_压与离合叉38产生弹性变形时所产生的弹力N_弹相等，L为离合叉38的受力点到支撑点的等效距离，E为离合叉38的弹性模量，I为离合叉38的惯性矩，b为离合叉38矩形等效宽度，h为离合叉38矩形等效高度，△为离合叉38外径与一级齿轮34的内孔35的孔径的差值的一半。

本优选实施例中，离合叉38为悬臂结构，离合叉38抗剪切强度的校核如下，根据矩形悬臂梁计算公式σmax＝M_max/W W＝bh²/6，而当σmax小于离合叉38所用材料的抗剪切强度的0.6-0.8倍时，即可满足要求。其中，M_max为离合叉38承受的最大弯矩，W为离合叉38矩形截面模量，σmax为离合叉38承受的最大剪切应力。

另外，再参照图2和图5，离合叉38的内孔41与中间轴28之间具有间隙，从而为离合叉38的形变提供空间。离合器32的本体部36部与中间轴28过盈配合，从而当离合叉38与一级齿轮34配合时，电机轴20的转动可通过动力齿轮24与一级齿轮34的啮合将动力传递到离合器32，带动中间轴28转动，进而中间轴28带动其上面的传递齿轮转动。

本优选实施例中，离合叉38和凹槽40均设置为6个。当然，离合叉38和凹槽40也可以设置为其它数量。优选的，离合叉38和凹槽40均沿周向均匀分布，当然，也可以设置成沿周向不均匀分布。

另外，离合叉38包括与凹槽40配接或脱开的配接部50和连接配接部50与本体部36的连接部52，配接部50的外径大于连接部52的外径。进一步的，配接部50的内径与连接部52的内径大致相同。如此设置，使得离合叉38结构不但简单，且使得离合叉38与凹槽40的配合或脱开更加可靠。进一步的，配接部50和连接部52均周向间隔悬臂设于本体部36。

具体的，再参照图1和图2，输出轴22上设有第一配接齿轮42和第二配接齿轮44，传递齿轮包括第一传递齿轮46和第二传递齿轮48，电动工具可被操作地使第一配接齿轮42与第一传递齿轮46啮合或第二配接齿轮44与第二传递齿轮48啮合。当第一配接齿轮42与第一传递齿轮46啮合时，电动工具处于高速档位；当第二配接齿轮44与第二传递齿轮48啮合时，电动工具处于低速档位。从而实现电动工具双速工作，当然，传递齿轮和配接齿轮也可以只设置一个，或设置为其它数量。

进一步的，第一配接齿轮42和第二配接齿轮44一体成型设置。也就是说第一配接齿轮42和第二配接齿轮44为双联齿轮，双联齿轮通过内花键47和外花键49与输出轴22相连接，从而将电机的旋转动力传递给了输出轴22，带动工作头工作。

本优选实施例，电动工具为手持类电动工具，手持类电动工具包括设于输出轴22上的夹头60，工作头可操作地设于夹头60或从夹头60上拆下。具体的，手持类电动工具为电钻，相应的，工作头为钻头。

进一步参照图2、图5和图12，中间轴28上还设有定位盘54，定位盘54的一端面55与传递齿轮相贴合，具体的，定位盘54的一端面55与传递齿轮的端面33相贴合，定位盘54的另一端面具有台阶部56，一级齿轮34抵接于台阶部56，且一级齿轮34与台阶部56之间间隙配合，这样一级齿轮34相对于定位盘54可被操作地转动。再者，离合器32与定位盘54在中间轴28的轴向具有一定间隙，离合器32的本体部36与中间轴28过盈配合。中间轴28具有轴肩部43，离合器32的本体部36抵靠于轴肩部43。另外，定位盘54的内孔57过盈套设于中间轴28上。

进一步的，本体部36上设有止挡部58，止挡部58用于限制一级齿轮34的轴向移动。一级齿轮34位于止挡部58和定位盘54的台阶部56之间。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电动工具，包括电机、由所述电机驱动以产生旋转运动的电机轴、输出轴、设于所述输出轴的工作头，所述电机轴与所述输出轴之间设有离合机构，所述电机轴上设有动力齿轮，所述输出轴上设有配接齿轮，其特征在于，所述离合机构包括中间轴、固定设于所述中间轴且与所述配接齿轮啮合的传递齿轮、固定设于所述中间轴的离合器、设于所述离合器的周向外围且与所述动力齿轮啮合的一级齿轮，且所述离合器具有相对于所述一级齿轮固定不动的第一状态和相对于所述一级齿轮可做周向转动的第二状态，所述离合器具有与所述中间轴过盈配合的本体和周向环形间隔设于所述本体的轴向端面的复数个离合叉，所述一级齿轮的内圈呈环形间隔设有复数个凹槽，第一状态时，所述离合叉与所述凹槽配合，当所述输出轴受到的反扭力大于预定值时，所述离合叉相对于本体产生弹性形变，所述离合叉与所述凹槽脱开，此时所述离合器处于第二状态，所述离合叉在垂直于所述中间轴的轴线方向上的横截面为等腰梯形，所述凹槽的横截面也为与所述离合叉相适配的等腰梯形，所述一级齿轮具有内孔，所述凹槽自所述内孔沿所述内孔的径向向远离所述内孔的中心的方向延伸，所述离合叉与所述凹槽脱开须满足以下条件：N_弹≤F1(cosθ-μsinθ)/(sinθ+μcosθ)，且Y_max≥△，其中Y_max＝(N_弹L³)/(3EI)，I＝bh³/12，Y_max为离合叉承受的最大弯矩，N_弹为离合叉产生弹性变形时所产生的弹力，F1为离合叉作用在所述一级齿轮的齿周向的切向力，离合叉的梯形截面具有两底端点、顶部和从两底端点向顶部延伸的斜面，所述两底端点定义了一直线，所述斜面与所述直线所成的夹角为θ，μ为所述一级齿轮与所述离合叉之间的摩擦系数，L为离合叉的受力点到支撑点的等效距离，E为离合叉的弹性模量，I为离合叉的惯性矩，b为离合叉矩形等效宽度，h为离合叉矩形等效高度，△为离合叉外径与一级齿轮的内孔的孔径的差值的一半。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述离合叉设置为悬臂结构，且该离合叉的内孔与所述中间轴之间具有间隙，以为所述离合叉的形变提供空间。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述中间轴上还设有定位盘，所述定位盘的一端面与所述传递齿轮相贴合，所述定位盘的另一端面具有台阶部，所述一级齿轮抵接于所述台阶部，且所述一级齿轮相对于定位盘可被操作地转动。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述离合叉和凹槽均设置为6个。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，所述离合叉和凹槽均沿周向均匀分布。

6.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，所述离合叉包括与所述凹槽配接或脱开的配接部和连接所述配接部与本体部的连接部，所述配接部的外径大于所述连接部的外径。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，所述配接部和连接部均周向间隔悬臂设于所述本体部。

8.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，所述本体部上设有止挡部，所述止挡部限制所述一级齿轮的轴向移动。

9.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述输出轴上设有第一配接齿轮和第二配接齿轮，所述传递齿轮包括第一传递齿轮和第二传递齿轮，所述电动工具可被操作地使所述第一配接齿轮与第一传递齿轮啮合或所述第二配接齿轮与第二传递齿轮啮合。

10.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述第二传递齿轮位于所述离合器和所述第一传递齿轮之间。

11.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述第一配接齿轮和第二配接齿轮一体成型设置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具为手持类电动工具，所述手持类电动工具包括设于所述输出轴上的夹头，所述工作头可操作地设于所述夹头或从夹头上拆下。