电锤安全离合器的种类及特点

王俊豪，姜肖军

（ 1.浙江省永康市石柱电器厂，浙江 永康 321301 2.浙江精力工具有限公司，浙江 武义 321200 ）

电锤安全离合器的种类及特点

王俊豪1，姜肖军2

（ 1.浙江省永康市石柱电器厂，浙江 永康 321301 2.浙江精力工具有限公司，浙江 武义 321200 ）

基于应用在轻型电锤以及中、重型电锤上的安全离合器基本结构和应用特点，介绍脱扣扭矩的计算方法以及影响不同结构的离合器扭矩大小的主要因素。

电动工具；电锤；安全离合器；扭矩

0 引言

为了避免电锤在工作中因过载或反力矩现象造成的损坏及可能的人身伤害，在电锤产品的结构设计和生产制造时，必须设置安全离合器，即脱扣机构，并规范设定不同规格型号的电锤最大脱扣扭矩。

1 结构种类

常见的机械式电锤安全离合器为三种：摩擦片式、牙嵌式以及钢球式。

1）摩擦片式安全离合器

摩擦式安全离合器由锥齿轴、方孔垫片（两片）、摩擦片（两片）、大平板齿、碟形弹簧、锁紧螺母组成，如图1所示。电锤正常工作时，钻头阻力扭矩小于离合器的摩擦力矩，电机轴的转动通过齿轮、离合器带动锥齿轴、大锥齿轮、气缸、转套、钻头旋转。一旦过载或者堵转，阻力扭矩瞬间增加并超过摩擦离合器的摩擦力矩，此时电机的转矩使摩擦离合器的摩擦片打滑，从而起到保护作用。

2）牙嵌式安全离合器

牙嵌式安全离合器由静止固定件、运动件、弹簧、挡圈、开口轴用弹性挡圈组成。其中，静止固定件分为两种：静止件与气缸成一体及静止件与气缸通过其他零件连结。

相对于气缸静止，与运动件相对的面有凸牙。运动件是一个齿轮环，内周有可嵌入静止件上凸牙的凹槽。通常情况下，在弹簧的作用下与静止件啮合。电锤正常工作时，电机轴旋转经减速齿轮带动中间轴转动，中间轴齿轮带动离合器运动件、静止件、气缸转套、钻头旋转。当过载或堵转发生时，阻力扭矩骤增，超过离合器的维持啮合状态的力矩，离合器打滑，运动件被推向前，弹簧被轴向压缩。当运动件内周端面滑过静止件凸牙后，由于弹簧的压力，离合器再次啮合，由此形成啮合—脱离—啮合，起到了保护作用。

图1 摩擦片式安全离合器

图2 牙嵌式安全离合器

3）钢球式安全离合器

该种安全离合器目前有两种：一种由齿轮架、大平板齿、钢球（或圆柱销）、弹簧、压板、碟形弹簧、锁紧螺母、锥齿轴、平键组成，见图3。当过载或堵转发生时，阻力扭矩瞬增，通过大平板齿内孔凹槽挤压钢球或圆柱销，使齿轮架内的弹簧压缩，促使齿轮架与大平板齿产生相对滑动，此时电机还在转动，钻头已经不再旋转，从而起到安全保护作用。当运动件即齿轮架内的钢球由于弹簧的压力，再次运动到大平板齿内圈上的凹槽时，钢球再次嵌入凹槽带动大平板齿旋转。

图3 钢球式安全离合器一

另一种由锥齿轴、大平板齿、钢球、定位圈、压板、弹簧、弹簧定位圈、轴用钢丝挡圈或锁紧螺母组成，见图4。当过载或堵转发生时，阻力扭矩瞬增，通过大平板齿端面的凹槽挤压钢球，使脱扣大小弹簧的弹簧压缩，此时电机还在转动，钢球不能带动大平板齿旋转，钻头不再旋转，从而起到安全保护作用。当运动件即定位圈内的钢球由于弹簧的压力，再次运动到大平板齿端面上的凹槽时，钢球再次嵌到凹槽带动大平板齿旋转。

图4 钢球式安全离合器二

2 使用情况

摩擦片式离合器是目前业界使用最为广泛的一种安全离合器。重型、中型电锤中如26电锤、28电锤、30电锤、38E电锤基本上都使用该种结构安全离合器。

牙嵌式离合器在在轻型电锤上应用较多。静止件与气缸一体的牙嵌式安全离合器多见于牧田款、日立款轻型电锤，静止件与气缸分离的牙嵌式安全离合器在博世26款、得伟款、麦太保款的轻型电锤较常见，但博世20、22、24的轻型电锤仍使用静止件与气缸一体的牙嵌式安全离合器。

钢球式离合器成本较高，在一些国外品牌的原装机型较多使用，目前，我国一线高档机上也已经逐渐使用该机构。

2.1 应用特点

摩擦式离合器技术成熟，配件通用性强，生产企业众多，配件价格低廉。不同规格型号的电锤，只需更换锥齿轴及大平板齿规格，其他配件其本都可通用。其缺点是一旦发生过脱扣动作，由于摩擦片被方孔垫片及大平板齿磨损，虽有碟形弹簧压紧，但仍失去或大大减少传动扭矩，必须拆下并将离合器锁紧螺母拧紧后再投入使用，对使用者而言，一旦该现象发生，拆装极为不便。

牙嵌式离合器相对于摩擦式离合器最大特点是发生脱扣动作后可自动复位，无需拆卸重装。但是，该种结构的安全离合器气缸加工较为繁琐。另外如果脱扣弹簧及弹簧垫圈的钢丝挡圈安装不到位，使用过程中钢丝挡圈极易弹出，失去传动扭力功能。所以在装配时必须确保钢丝挡圈完全安装至气缸及弹簧垫圈上挡圈槽内。

钢球式离合器同属发生脱扣动作后可自动复位的离合器，脱扣原理与牙嵌式离合器相同。

根据图3结构，其脱扣弹簧伸缩方向沿径向动作。该结构较复杂，齿轮架结构一般采用粉末冶金制作。由于零件众多，装配繁琐。最大的缺陷在于脱扣弹簧规格小，钢丝直径也较小，经热处理后，钢丝硬度均匀性不理想，致使装配后脱扣扭矩一致性较差。

根据图4结构，脱扣弹簧伸缩方向沿轴向动作。该结构相对简单，零配件制作工艺及装配等都较为简单。该结构弹簧钢丝直径略粗（3 mm左右），脱扣扭矩一致性较易控制。图4中（c、d）结构在组装时还可以锁紧螺母旋进量的大小来设定的脱扣扭矩的大小，整批电动工具的脱扣扭矩可保持基本一致。目前国内已经有较多工具制造企业使用该结构。

3 脱扣扭矩计算与选择

3.1 脱扣扭矩计算

3.1.1 牙嵌式安全离合器输出扭矩计算

式中 T—输出扭矩

Pw—输出功率

n—输出转速

安全离合器直接安装在转套气缸上，无其他任何传动部件，工作时钻头作用于离合器上的扭矩与作用输出转套上的扭矩一致。

3.1.2 其他安全离合器输出扭矩计算

式中 T—输出扭矩

Pw—输出功率

n—安全离合器的转速

z2—从动锥齿轮齿数

z1—主动锥齿轮齿数

k—转套与离合器之间其他传动的数比，如没有其他传动部件传动，则k=1。

根据数比，k×z2÷z1大于1，转套上钻头的扭矩大于离合器输出的力矩；k×z2÷z1小于1，转套上钻头的扭矩小于离合器输出的扭矩。

在设计安全离合器的脱扣扭矩时，按照式1或式2计算扭矩，传递至输出钻头上的扭矩不得大于GB/T7443-2007《电锤》中规定的限值。

3.2 影响安全离合器脱扣扭矩大小的主要因素

相对于摩擦式安全离合器：摩擦片接触面积大小与材质，接触面越大，脱扣扭矩越大，材料越耐磨、越粗糙，脱扣扭矩越大；碟形弹簧强度，强度和刚性越高，脱扣扭矩越大；装配时施加在锁紧螺母上的扭力，扭力越大，脱扣扭矩越大。

相对于牙嵌式安全离合器：脱扣弹簧的强度，弹簧线径越粗、压缩量越大、淬火硬度越高，离合器脱扣扭矩越大；牙嵌的深度与角度，深度越大、牙嵌角度越直，脱扣扭矩越大。

相对于钢球式安全离合器：脱扣弹簧的强度，弹簧的线径越粗、压缩量越大、淬火硬度越高，离合器脱扣扭矩越大；大齿轮内圈与圆柱销或钢球接触的凹槽越深，脱扣扭矩越大。

4 结语

电锤的安全离合器种类众多，各种离合器的结构及特点都各不相同。本文探讨的仅为目前市场较为常见的相关产品。相关工具制造企业还是应该根据自身产品的特点、价格、功率大小等因素来定位，有选择的使用安全离合器，并且在设计、装配时确保输出钻头上的脱扣扭矩在GB/T7443-2007《电锤》4.2.5中规定的限值以内。

[1]全国电动工具标准化技术委员会.手持式可移式电动工具和园林工具的安全 第一部分：通用部分: GB 3883.1-2004[S].北京:中国标准出版社，2014.

[2]全国电动工具标准化技术委员会.手持式电动工具的安全 第二部分：锤类工具的专用要求:GB 3883.7-2012[S].北京:中国标准出版社，2012.

[3]全国电动工具标准化技术委员会.电锤:GB/T7443-2007[S].北京:中国标准出版社，2007.

[4]李邦协,实用电动工具手册[M].北京:中国机械工业出版社,2001.

Types and Characteristics of Safety Clutch of Electric Hammer

Wang Junhao1, Jiang xiaojun2

( 1. Zhejiang YongkangShizhu Electric Appliances Factory, Yongkang, 321301, China 2. Zhejiang JingliTools Co., Ltd., Wuyi, 321301, China)

Based on the basic structure and application characteristics of the safety clutch in application of light, medium and heavy sized hammer, this paper introduced the calculation of release torque and main factors affecting the structure of the clutch torque in different sizes.

Electric tools, Hammer, Safety clutch, Torque

TM205

A

1674-2796（2017）03-0016-04

2017—02-17

王俊豪（1964—），男，大学本科，高级工程师，主要从事电动工具设计与研发工作。