韓大堯

（青島前哨風(fēng)動工具制造技術(shù)有限公司，山東 青島 266045）

0 引言

氣動工具是一種能把壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為各種機(jī)械能，從而完成各種工作的動力工具。氣動工具按運(yùn)動方式分為旋轉(zhuǎn)類、往復(fù)類、旋轉(zhuǎn)往復(fù)類等，氣鉆屬于旋轉(zhuǎn)類鉆孔氣動工具。

氣鉆是飛機(jī)制造業(yè)和其他機(jī)械行業(yè)的常備工具。從飛機(jī)結(jié)構(gòu)看，采用鉚接、螺栓連接是常規(guī)裝配方式，因此需要鉆大量的孔，其中大多數(shù)的孔都是氣鉆加工的，氣鉆以手持式氣鉆為主。

為滿足不同加工需求，氣鉆規(guī)格、品種繁多，主要區(qū)別在功率、外形等方面。但其主要部件結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，主要包括工作輸出部分（鉆夾頭、彈性夾頭等）、減速器部分、發(fā)動機(jī)部分、握持進(jìn)氣部分（手柄）等。

隨著時代的發(fā)展，特別是航空業(yè)大量采用新材料后，對氣鉆性能提出了新要求，相應(yīng)地，氣鉆的部件結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改進(jìn)。這里主要論述一下手持式槍柄氣鉆的變化。

1 發(fā)動機(jī)部件的變化

氣鉆的發(fā)動機(jī)絕大多數(shù)是葉片式氣動發(fā)動機(jī)，一般是單向發(fā)動機(jī)（雙向氣鉆采用雙向發(fā)動機(jī)），主要靠轉(zhuǎn)子和氣缸孔的偏心產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩。這部分的變化主要是在偏心零件和轉(zhuǎn)子外徑方面，如圖1、圖2所示。

圖1是老式發(fā)動機(jī)，偏心零件是氣缸，為開式結(jié)構(gòu)[1]。圖2是新式發(fā)動機(jī)，偏心零件是前后蓋，為閉式結(jié)構(gòu)[1]。如此改變的優(yōu)點(diǎn)有4點(diǎn)。

圖1

圖2

（1）簡化氣缸結(jié)構(gòu)，制造工藝性高，并減輕氣缸重量。（2）氣缸處本身具有排氣空間，可以減小柄體徑向尺寸。（3）閉式結(jié)構(gòu)時，前后蓋、氣缸軸向能準(zhǔn)確定位，轉(zhuǎn)子與氣缸內(nèi)壁不會因?yàn)榍昂笊w徑向錯位而發(fā)生干涉，方便裝配調(diào)整間隙。（4）降低手柄加工難度，只需確保大孔螺紋和大孔內(nèi)端面垂直度，省去大孔精度要求（見圖7）。

在轉(zhuǎn)子的外徑方面，設(shè)計(jì)尺寸相對變小以提高發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速。據(jù)文獻(xiàn)[2]，葉片式發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，相同條件下，轉(zhuǎn)子半徑越小，轉(zhuǎn)速越高（參閱公式1）。同時為保證功率要求，轉(zhuǎn)子作用尺寸（與氣缸配合尺寸）加大，可設(shè)計(jì)出高轉(zhuǎn)速、大功率發(fā)動機(jī)（參閱公式2、公式3）。

式中nmax——轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，rpm

r——轉(zhuǎn)子半徑，cm

k1——系數(shù)，單向發(fā)動機(jī)，k1=1，雙向發(fā)動機(jī)，k1=0.945

k2——管路氣壓系數(shù)，氣壓為5 kgf/cm2時，k2=1

式中Mmax——最大扭矩，N·m

P——管路表壓力，kgf/cm2

為加快重大科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，促進(jìn)科技與產(chǎn)業(yè)對接，加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)向中高端邁進(jìn)，2004年，江蘇省在全國率先設(shè)立科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金，組織實(shí)施重大科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)，將省級財(cái)政科技經(jīng)費(fèi)的50%聚焦于成果轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，重點(diǎn)支持原創(chuàng)性重大科技成果、處于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)高端環(huán)節(jié)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的科技成果、能夠顯著提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和核心競爭力的科技成果轉(zhuǎn)化［1］。實(shí)施十多年來，累計(jì)立項(xiàng)支持項(xiàng)目超過1 700項(xiàng)，吸引了一批具有國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平的重大科技成果落戶江蘇轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，培育形成南京生物醫(yī)藥、蘇州醫(yī)療器械、江陰特種金屬材料等具有影響力的特色產(chǎn)業(yè)，有力地推動了江蘇重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)的高端化發(fā)展。

L——?dú)飧组L度，cm

R——?dú)飧變?nèi)半徑，cm

e——偏心矩，cm

k3——扭矩系數(shù)。單向發(fā)動機(jī)，k3=1；雙向發(fā)動機(jī)，k3=0.97

式中Nmax——最大功率，kW

n——轉(zhuǎn)速，rpm

M——扭矩，N·m

η——機(jī)械效率

同時為了減少發(fā)動機(jī)軸向長度，前后蓋減薄，后蓋軸承盡量采用小規(guī)格軸承。

2 減速器部分的變化

氣鉆的減速部分一般采用行星輪系減速，其結(jié)構(gòu)變化主要在齒輪架結(jié)構(gòu)和行星輪數(shù)量方面。如圖3、圖4所示。

新式齒輪架采用懸臂結(jié)構(gòu)安裝行星輪軸，這樣縮短齒輪架軸向尺寸從而縮短整個氣鉆軸向尺寸。而且從圖1和圖2的對比看可以縮短轉(zhuǎn)子輸出齒輪處的長度，可以減少熱處理變形，從而提高齒輪傳動精度。

圖3

圖4

行星輪數(shù)量改為3個，這樣齒輪受力相對對稱，傳動更平穩(wěn)。

齒輪架改為從前端壓緊（見圖7），這樣既便于安裝又簡化了內(nèi)齒套的結(jié)構(gòu)，提高了加工工藝性。

3 握持進(jìn)氣部分的變化

對比氣鉆為槍柄氣鉆，這部分的結(jié)構(gòu)變化主要在手柄的進(jìn)排氣方面以及手柄毛坯的成型方面。如圖5、圖6所示。

圖5

圖6

圖7

新式氣鉆的進(jìn)排氣路均為直通式結(jié)構(gòu)，方便模具一次成型，減少加工成本。同時有利于設(shè)計(jì)出較大的排氣面積，內(nèi)置消音裝置，從而提高氣鉆性能降低排氣噪聲，美化外觀。而且毛坯鑄造可以采用壓鑄方式，相對于澆注毛坯，壓鑄毛坯可以提高毛坯生產(chǎn)效率，還可以減少機(jī)械加工余量，既減輕毛坯重量又降低機(jī)械加工成本。

根據(jù)新的毛坯結(jié)構(gòu)，手柄材料可以采用工程塑料（PA6+30GF等），這樣手柄可以一次模壓成型，徹底省去機(jī)械加工，重量相對金屬減輕很多。而且塑料手柄手感好，大幅提高操作舒適性。目前國外狄蘇特公司、國內(nèi)青島前哨公司已有此類產(chǎn)品，市場反應(yīng)良好。

新式氣鉆采用杠桿側(cè)開型漸進(jìn)式開關(guān)，在按鈕小行程動作下，氣鉆可輕松實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)動到全功率輸出，而且操作靈敏、可靠。

4 結(jié)語

圖7是新舊氣鉆的整體對比。

綜上所述，新型氣鉆從各部件結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，從而提高了零件的工藝性，改善了部件的裝配性能。

[1]唐法從 等．風(fēng)動工具的使用與維修[M]．國防工業(yè)出版社，1989．

[2]王濟(jì)美．葉片式氣動發(fā)動機(jī)性能參數(shù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式探討[J]．鑿巖機(jī)械氣動工具，1993（1）．