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电动工具产品基本知识
发布时间:2011-8-30 17:14:59

电动工具的定义

电动工具是以电动机或电磁铁为动力,通过传动机构驱动工作头的一种机械化工具。


电动工具的分类:

1 按握持方法分类:

                                                               ―――交流工具(串励电机)

            ――手持式电动工具――

电动工具――                       ―――直流工具(永磁电机)

            ――可移动式电动工具(串励电机或感应电机)


手持式电动工具:容易便携以及用手握持或悬挂进行操作的电动工具。

可移动式电动工具:同时具备以下特征的电动工具就是可移动式电动工具(也叫台式工具)。

a一人可以移动;b 放稳后使用;c 一人操作;d 插头连接;e 单相/三相功率不超过2500W/4000W。 

2 按用途分类:

                     ―― 金属切削类 (J)电钻、往复锯、型材切割机、、、
                     ―― 砂磨类      (S) 角磨、砂光机、抛光机、、、

            ―― 装配类      (P) 电动扳手、电动螺钉枪、电动铆钉枪、、、

            ―― 林木类      (M) 电刨、曲线锯、电圆锯、电木铣、开槽机、修枝机、、、

电动工具―― ∣ ――农牧类     (N)电动剪毛机、、、

            ―― 建筑类     (Z)电锤、垂钻、冲击钻、电镐、石材切割机、、、

            ―― 矿山类     (K)煤矿用电钻、、、

            ―― 铁道类     (T)铁道螺钉电扳手、、、

            ―― 其他类     (Q)电动气泵、电喷枪、、、

   3 按防触电分类:

I 类工具:在这类工具中,它的防止触电保护不仅依靠基本绝缘,而且它还包含一个附加的安全保护措施,即把可触及的导电部分与设备中固定布线的保护(接地)导线联结起来,可触及的导电部分在基本绝缘损坏时不能变成带电。

Ⅱ类工具:它的防止触电保护不仅依靠基本绝缘,而且它还包含附加的安全保护措施,例如双重绝缘或加强绝缘,不提供保护接地或不依赖设备条件。

Ⅲ类工具:它的防止触电保护依靠由安全特低电压(42V/24V)供电和在工具内部不会产生比安全特低电压高的电压。

4 按标准分类:

手持式电动工具:    EN60745

台式电动工具:      EN61029

家电类电动工具:    EN60335 吹风机,割草机,打草机,热风枪等等


电动工具的结构和组成:

一般来说,电动工具都是由机壳、电动机、传动机构、手把、电源开关以及抗干扰元件、电源连接组件、工作头等7大部件组成。

1 机壳一般由塑料或金属件组成:

1.1 手持式工具一般使用塑料机壳,也有部分机器采用塑料与金属相结合而组成的机壳。

例如:冲击钻和曲线锯的外壳一般都是由塑料制作而成。角磨与电圆锯的外壳几乎都是塑料与铝制作而成。

1.2 台式工具一般使用金属外壳,其中最常用的是铝和铁。

例如:斜断锯的外壳主要是由铝材制作而成。切割机、台钻、砂轮机等的外壳主要是由铁制作而成。

2 电动机的分类:串励电机,感应电机,永磁电机。

2.1  串励电机;

2. 1. 1 串励电机的工作原理:

     导线绕在定子上,通电后产生磁场。而转子上的导线在磁场中通电会产生侧向力,大小相等而方向相反的侧向力产生力矩,从而导致转子转动。

2.1.2 串励电机的主要特征:

    对于手持式电动工具来说,一般都使用是串励电机。因为串励电机体积小、功率大,并且该种电机还具备软特性。

串励电机的软特性:转速越高,力矩越小。转速越小,力矩越大。这样正好符合钻孔的要求,就是钻大孔的时候,力矩要大一些,转速要慢一点。钻小孔的时候,力矩要小一些,转速要快一点。因为这样可以保证切削时的线速度相对合理。不然线速度太高,会烧毁钻头。线速度太低,会降低钻孔效率。

2. 1. 3 串励电机各个部分的作用:

    定子的作用:定子线圈通电后产生交变磁场;

    转子的作用:转子导线通电后,在磁场中会出现一个侧力,导致转子转动;

    换向器作用:改变电流方向,保持转子力矩始终朝同一方向运转;

    碳刷的作用:与换向器接触,改变电流方向,保持力矩始终朝同一方向运转;

风叶的作用:对电机进行散热。

问题一:热轧和冷扎的区别,以及对电机的影响原理;

电机的输入功率=输出功率+损耗功率

损耗功率=定子铜损+转子铜损+1.15(定子铁损+转子铁损)+风摩损+2.4×I(电刷压降损耗)

                                                 ∣―― 定子铜损

                            ∣―― 转子铜损

        ∣――  电气损耗――∣―― 定子铁损=磁滞损耗+涡流损耗

                          ∣―― 换向损耗=定转子铁损的10%-20%

                          ∣―― 电刷损耗=2.4V×I

总损耗―                                    ∣――风损

                          ∣――风摩损耗――∣――轴承损耗

        ∣- - 机械损耗――∣                ∣――电刷摩擦损耗

                            ∣――电气转矩损耗(转子铁损)=磁滞损耗+涡流损耗+谐波损耗


    由于使用了不良的钢片,电机的铁损会很大。这样会导致整个机器的输出功率下降。输出功率的下降,会导致机器使用性能和效率的下降。

                         

问题二:影响换向器火花大小的因素及对策;(比如电木铣火花大的原因是什么);

造成火花的原因一般可以分为2种:

电磁原因:

1 换向线圈内环流的作用;电抗电势,换向电势,变压器电势。

1.1 减少电抗电势;

1.2 利用换向电势来抵消电感电势;

1.3 减少电枢反应的影响;

1.4 限止变压器电势;

2 片间电压过高及电枢反应影响;一般片间电压在10-15V,最大不要超过25V。对于24片换向器片间电压在19V。

机械原因:

1   转子不平衡;

2 换向器偏心或不圆;

3 电刷弹簧压力不够;

4 刷握与电刷配合不良;

5 化学因素;

造成不良火花的原因:短路、断路、换向器跳排、换向器失圆、机器振动、碳刷卡死或磨完等原因。

问题三:串激电机常见不良以及导致这些不良的原因。

1  电机擦铁;

3 轴承散架;

4 风叶与机壳相擦或断裂;

5 电机短路;

6 电机开路;

7 换向器跳排;

8 碳刷卡死等

2.2  感应电机;

2.3  永磁电机;

3 传动机构一般由齿轮、皮带、链条等机构组成。

   也有部分电动工具是没有传动机构的,由转子轴直接输出进行工作,如电木铣。

对于大多数手持式电动工具来说,传动机构都是齿轮。

3.1 齿轮的类型一般可以分为:

圆柱齿轮:直齿圆柱轮、斜齿圆柱轮;

圆锥齿轮:直齿圆锥齿轮、螺旋圆锥齿轮(圆弧齿锥齿轮、延伸外摆线齿锥齿轮);

3.2 齿轮传动的基本原理:

3.3 齿轮的材料:小齿轮一般使用40Cr,而大齿轮一般使用45#钢。对于有FFU测试要求的冲击钻,一般要用高强度合金结构钢,如20CrMnTai、30CrMnTai。对于要求氮化处理的齿轮一般采用38CrMoAl等。

3.4 齿轮的热处理:

问题四:齿轮的硬度要求;调整硬度的方法以及原理;(比如如何分析修枝机音异和振动大的原因形成的机理,刀锯定位销断的原因有那些);

齿轮的芯部硬度一般应控制在:HRC20--28。

小齿轮外部硬度一般应控制在:HRC48--52。

大齿轮外部硬度一般应控制在:HRC42—48。

4 手柄由主把手和辅助把手组成。

主手把是手持式电动工具不可缺少的一个组成部分。但是辅助手把要根据标准要求而定。如:

角磨砂轮片大于127mm的时候必须要有辅助把手;

辅助手把一般有2种:

螺纹连接式辅助把手:

卡箍连接式辅助把手:

5 电源开关及抗干扰元件主要由主开关、缓启动器、调速器、电容和电感等部件组成;

5.1 主开关:

5.1.1主开关的种类:

调速与单速之分;

单极与双极之分;

5.1.2 主开关的基本质量要求:

分断能力;9I电流,50次不经过维修可以继续使用为合格;

寿命;5万次;

温升;小于55K;

5.1.3为了保证以上特性,开关在结构上应该注意的几个方面:

终压力;对温升有影响;

开距;对分断能力有影响;

超程;对寿命有影响。

5.1 调速开关:

冲击钻的开关一般选用单断点的带自锁功能的调速开关。调速的原理就是通过改变电压来调节电机的转速。因为串励电机的转速与电压成正比,与磁通量和电机的匝数成反比。

5.2 缓启动开关:

    缓启动是当电动工具开机的时候,电机缓慢加速直至最高转速的过程。缓启动过程的时间一般不超过3秒。缓启动的目的就是防止电动工具突然启动,导致扭矩突变,造成以外的伤害。另外缓启动可以减少突然开机后而给网路而带来的压降。这也是EMC要求的一个内容。缓启动一般用于功率较大的电动工具。对于冲击钻来说,一般不使用使用缓启动结构。

5.4 电容和电感等部件:

串励电机电动工具中的电容和电感完全是用于EMC要求的。增加了电容和电感,可以压制电动工具发出的干扰波。一般来说电感是用来压制高频干扰的,电容是用来压制低频干扰的。

问题五:开关方面的知识,调速开关的原理,软启动开关的原理,调稳速度开关的工作原理,半波和全波开关的原理等;

6 电源连接组件由导线、护套和插头等部件组成;

6.1导线的种类与标识:

   H        05       V       V       H2   -   F       2      ×      0.75mm2

∣       ∣       ∣       ∣       ∣      ∣      ∣     ∣      ∣

∣       ∣       ∣       ∣       ∣      ∣      ∣     ∣      导体的尺寸

∣       ∣       ∣       ∣       ∣      ∣      ∣     保护导体

∣       ∣       ∣       ∣       ∣      ∣      ∣     ×:无黄绿线

∣       ∣       ∣       ∣       ∣      ∣      ∣     G: 具有黄绿线

∣       ∣       ∣       ∣       ∣      ∣      导体数量

∣       ∣       ∣       ∣       ∣       导体形式

∣       ∣       ∣       ∣       ∣       F 可弯曲电缆中的可弯曲导体

∣       ∣       ∣       ∣       ∣       H 可弯曲性能好的导体

∣       ∣       ∣       ∣       特殊结构    

∣       ∣       ∣       ∣       H 扁平、可分割电缆

∣       ∣       ∣       ∣       H2 扁平、不可分割电缆

∣       ∣       ∣       外绝缘材料:

∣       ∣       ∣       V:聚氯乙稀

∣       ∣       ∣       R:自然或合成橡胶

∣       ∣       ∣       N:氯丁橡胶

∣       ∣       绝缘材料

∣       ∣       V:PVC(聚氯乙稀) 

∣       ∣       R:自然或合成橡胶   

∣       ∣       S:硅树脂橡胶

∣       额定电压

∣       03:300/300V

∣       05:300/500V   

∣       03:450/750V   

H表示 欧洲的协调标准。 

例如:  

H05VV-F  2×0.75mm2 

05表示 额定电压等级是300/500V;

V表示  导线的绝缘材料是PVC(聚氯乙烯);

V表示  导线外绝缘的材料是PVC(聚氯乙烯);

F表示  导体形式是可弯曲电缆中的可弯曲导体;

2表示  导体的数量是2芯线;

0.75mm2表示:导体的尺寸是0.75mm2

H07RN-F  2×1.0mm2

   07表示 额定电压等级是450/750V;

R表示  导线的绝缘材料是自然或合成橡胶;

N表示  导线外绝缘的材料是氯丁橡胶;

F表示  导体形式是可弯曲电缆中的可弯曲导体;

2表示  导体的数量是2芯线;

1.0mm2  表示:导体的尺寸是1.0mm2。


6.2电动工具上使用导线的选择;   

6.2.1 导线品种的一般电动工具普遍选用PVC导线,但是下列情况例外:

A  外壳金属部件的温升大于75K的电动工具的导线;

B  连接水源电动工具的导线;

C  大类标准规定使用其他导线的电动工具。如电锤和大规格角磨规定使用氯丁橡胶。

6.2.2 导线截面积的选择:

6A及以下  选用0.75mm2导线

6-10A     选用1.0mm2导线

10-16A    选用1.5mm2导线

6.2.3 导线的联接方法:

6.2.4 导线的颜色规定:内导线的颜色欧洲标准是棕蓝线,棕色线是火线,蓝色线是零线,接地线是黄绿线。美洲标准是黑白线。棕色和黑色是火线,蓝色和白色是零线,绿色线是接地线。

6.3 导线护套:

6.3.1 导线护套的材料:PVC和橡胶。

6.3.2 导线护套的要求:

1)2000V/1min高压不得击穿;2)6KG重物, 2万次弯曲试验不开裂;3)长度尺寸大于5倍导线外径的尺寸。

6.4 插头:

插头的外形和结构比较复杂,我们现在最常用的插头是VDE认证德式插头。插头的材料一般是PVC或橡胶,或者是机械强度不低于以上2种的材料。

BS插头介绍:BS1363和BS1363A

优点:安全、通用、有极性、有保险丝、更换导线方便、拔插方便等。


7 工作头由作业工具与夹持机构组成;例如钻头与钻夹头、砂轮片与法兰盘等。

7.1 钻夹头:

钻夹头按夹紧方式来分,可以分为带钥匙钻夹头和手紧钻夹头。

钻夹头按夹持范围来分,可以分为6mm、10mm、13mm、16mm、20mm等规格的夹头。

钻夹头按连接方式来分,可以分为2种:

    螺纹连接:英制:1/2-20UNF  3/8-24UNF   公制:M12×1.25   M10×1.0

    锥柄连接:莫氏圆锥柄:B12、B16、B18  贾各圆锥柄:J2;

钻夹头按工作类型来分:

                            10mm夹头           13mm夹头         16mm夹头

轻型夹头:最大外径尺寸:    34/34mm            43/42.7mm          51/  mm

中型夹头:最大外径尺寸:     38/38mm             46/46 mm          53/52 mm

重型夹头:最大外径尺寸:     43/42.7mm           53/52 mm           57/57 mm

注:前面的是中国标准,后面的是德国标准。

7.2 钻夹头的基本要求:

7.2.1 夹头的晃动:10-13mm夹头晃动不大于0.3mm,16mm夹头晃动不大于0.35mm。

                 10mm夹头用10×95mm棒;

                 13mm夹头用13×105mm棒;

                 16mm夹头用 16×110mm棒。棒的硬度要求达到HRC55。

7.2.2 夹头的输出扭矩:

10mm夹头,输入11.5NM,输出大于6.5NM;

13mm夹头,输入13NM,输出大于8.5NM;

10mm夹头,输入15NM,输出大于10.5NM。

问题六:冲击钻夹头的种类以及工作原理,夹头失效原因及分析:


7.3 钻头:

钻头一般可以分为:木工钻、建工钻、麻花钻;


四 电动工具评估的内容:

问题七:请就一个产品进行全面的结构检查的注意事项,检查和控制的重点是什么

1 外观的评估:

1.1 造型的评估:

1.2 外观的评估:

2 手感的评估;

2.1 附件装配难易程度的评估

2.2 机器舒适性评估:

2.3 噪音、振动的评估:

3 功能的评估;

3.1 功能齐全性评估;

3.2 工作精度的评估;

4 安全的评估;

问题八:爬电距离、电气间隙和绝缘穿通距离的要求以及在实际操作中注意事项(最好结合实物讲解);


5 性能的评估;

5.1)参数的评估;

5.2)结构的评估:

5.3)内在性能的评估(试验评估):

a) 温升试验:就是测量工具在正常使用中不应该达到过高的温度。

b) 耐久试验:就是考核工具在持续的正常使用中,不致于发生会有损于符合安全标准要求的电气或机械故障。

c) 导线弯曲:保证机器在正常使用期间导线和护套不应该有过量的损坏。手持式电动工具都要进行20000次的导线弯曲试验,试验后检查导线不可断线10%以上。

d) 跌落试验:主要考核工具是否有足够的机械强度。

e) EMC测试:测量机器发出的电磁干扰是否超过标准规定的要求。其他电磁干扰是否影响机器正常的运行。机器启动是对网络电压的冲击是否要与规定的要求。

f) 寿命试验: 主要考核电机和齿轮等部件应该拥有的寿命。

g) 使用试验: 主要考核工具在实际使用情况下,是否能满足用户使用的要求。


试验室人员需要了解的问题:

1.爬电距离、电气间隙和绝缘穿通距离的要求以及在实际操作中注意事项(最好结合实物讲解);

2.影响换向器火花大小的因素及对策;(比如电木铣火花大的原因是什么)

3.开关方面的知识,调速开关的原理,软启动开关的原理,调稳速度开关的工作原理,半波和全波开关的原理等;

4.齿轮的硬度要求;调整硬度的方法以及原理;(比如如何分析修枝机音异和振动大的原因形成的机理,刀锯定位销断的原因有那些);

5.串激电机常见不良以及导致这些不良的原因;

6.热轧和冷扎的区别,以及对电机的影响原理;

7.请就一个产品进行全面的结构检查的注意事项,检查和控制的重点是什么;

8.冲击钻夹头的种类以及工作原理,夹头失效原因及分析;

 

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