电锤传动结构优化与分析

论文总字数：21042字

摘 要

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摘要

近年来国家经济得以快速发展，城市基础公共设施得到国家的大力扶持，电动工具行业迎来了快速发展时期。气垫式电锤在电动工具产品中占据着举足轻重的位置，它既可以旋转也可以冲击，因其小巧灵活、工作效率高，被广泛应用于混泥土、金属、木材以及陶瓷等介质上的开槽和钻孔等工作。是建筑施工、公路维修以及装饰家居等工作中不可或缺的工具。齿轮减速器是电锤中重要的传动部件，对齿轮减速器的优化设计，可以提高串激电机的使用寿命，对电锤整体的工作性能也有极大的提升。

本课题是源于东南大学与江苏苏美达公司合作培养“卓越工程师”的项目。本文通过渐开线齿轮设计软件GearTrax驱动三维设计软件SolidWorks创建齿轮模型，在SolidWorks对齿轮模型进行了啮合装配，再通过SolidWorks的有限元分析模块Simulation对啮合斜齿轮进行静应力分析，得到了啮合齿轮在工作状态下的接触压力；同时对其进行了六阶的模态分析，分析其工作频率是否会对其造成共振。本文论述了齿数和螺旋角对斜齿轮工作状态的影响，优化了电锤减速器中斜齿轮的齿数与螺旋角。

本文的创新之处是率先使用Simulation软件对啮合斜齿轮进行了静应力分析和模态分析，提出了电锤减速器中齿轮齿数比的最优齿数，阐述了螺旋角对齿轮工作状态的影响，为以后的工程设计工作者提供参考。

关键词：电锤，有限元，分析优化，减速器

Abstract

In recent years, with the rapid development of national economic, urban infrastructure of public facilities have been strongly supported by the state, the eletrical tool industry ushered in a period of rapid development. Hammer cushion occupies an important position in the power tool products, and it can also impact and the rotate. Because of its flexible, high efficiency, is widely used in the media slot on concrete, metal, wood and ceramics, etc. and drilling and other work. It is an indispensable tool for building construction, road maintenance, and home decoration and so on. Hammer gear reducer is an important transmission parts, and optimizing the design of the gear reducer, can improve the life of the series motor, and the overall hammer’s performance is also greatly improved.

The issue stems from "excellent engineer" project of the Southeast University in cooperation with the SUMEC company culture. By gear design software GearTrax driven three-dimensional design software SolidWorks to create gear model. Gear model was assembled in SolidWorks. Through SolidWorks finite element analysis module Simulation of mesh helical gears stress analysis, we can get the gear contact pressure in the working condition. Through its six-order modal analysis, we analyse whether its operating frequency cause resonance. This paper discusses the influence of the number of teeth and the helix angle of the helical gear in working condition, optimizing hammer reducer helical gear’s helix angle and teeth.

The innovation of this paper is the first to use Simulation software for mesh helical gears stress analysis and modal analysis, proposing the optimal number of teeth hammer reducer gear ratio, describing the impact of the helix angle of the gear in working condition, providing a reference for design workers.

Keywords: hammer, finite element, analysis optimization, reducer

目录

摘要 I

Abstract III

目录 V

第一章 绪论 1

1.1 电驱动冲击气锤介绍 1

1.2 研究意义与背景 1

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外产品发展水平 2

1.3.2 国内产品发展水平和研究现状 2

1.4 研究内容及方法 3

1.4.1 论文研究内容与工作 3

1.4.2 研究方法与技术路线 3

1.5 本章小结 4

第二章 电锤结构及工作原理 5

2.1 电锤基本结构 5

2.1.1 驱动机构 5

2.1.2 减速机构 5

2.1.3 转换机构 6

2.1.4 冲击机构 7

2.2 电锤工作原理 8

2.3 本章小结 9

第三章 电锤传动结构参数确定 10

3.1 齿轮参数确定 10

3.2 齿轮参数优化与校核 13

3.3 本章小结 15

第四章 斜齿轮接触理论及有限元分析方法 16

4.1 赫兹接触问题理论 16

4.2 接触分析有限元法 17

4.2.1 有限单元法 17

4.2.2 接触有限元分析 17

4.3 SolidWorks Simulation有限元分析 18

4.3.1 Simulation模块介绍 18

4.3.2 有限元分析的基本步骤 18

4.4 本章小结 18

第五章 电锤斜齿轮有限元分析 19

5.1 两圆柱体接触有限元分析 19

5.1.1 两圆柱体接触的赫兹接触理计算 19

5.1.2 两圆柱接触有限元分析 20

5.2 斜齿轮接触分析 23

5.2.1 齿轮副有限元模型设定 23

5.2.2 斜齿轮弯曲应力分析结果 26

5.2.3 斜齿轮接触应力分析结果 27

5.3 斜齿轮副模态分析 28

5.3.1 自由模态分析 28

5.3.2 约束模态分析 29

5.4 本章小结 32

第六章 总结与展望 33

6.1 工作总结 33

6.2 展望 33

致谢 34

参考文献 35

绪论

电驱动冲击气锤介绍

在流体冲击机械的发展演变下，电驱动冲击气锤得以有效发展^[1]。根据市场要求，世界上各大公司和各高校研究机构根据市场需求，开发出了多种功能用途的电锤工具产品。并在建筑施工、电气安装、管道安装、室内装修等领域得以迅速利用，并且迅速变为至关重要的电动工具产品之一^[2]。

电驱动冲击式气锤的钻头只有冲击运动，由于钻头的持续冲击，进而使被做功对象被凿开或者破碎。其冲击能输出不受操作者的影响，主要应用于凿开和捣碎凝固的混凝土、坚固的马路铺层或者在建筑施工中压实和固结建筑材料。

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