多功能电动工具的制作方法

本发明涉及一种电动工具，具体涉及一种使可更换的执行附件摆动实现工具功能的多功能电动工具。

背景技术：

一般而言，多功能电动工具通过电机带动一个输出扭矩的轴偏心的冲击拨叉，使可更换的执行附件摆动，进而在根据执行附件具体的工具结构实现工具功能。

目前市面上的大部分多功能电动工具，由于系统匹配设计不合理导致切割性能较差或者冲击结构的可靠性较差。由于传动结构设计不合理，导致结构复杂或者工作时噪音较大。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、切割性能优同时可靠性高的多功能电动工具。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种多功能电动工具，包括：电机，包括第一轴线为轴转动的电机轴；外壳，形成有容纳电机的容纳空间；执行机构，用于安装和驱动执行附件，执行机构包括执行附件和输出轴，输出轴驱动执行附件来回摆动，执行机构关于输出轴的轴线的转动惯量j大于等于50kg.mm^2且小于等于60kg.mm^2；传动机构，连接电机和输出轴并将电机的动力传递至输出轴；传动机构包括：输入轴，被电机驱动以第二轴线为轴转动；支撑轴承，用于支撑输入轴，支撑轴承设置于输入轴的一端；传动轴承，连接至输入轴；拨叉，被传动轴承驱动进而产生来回摆动；拨叉的摆长l大于等于30mm且小于等于35mm；当电机轴的负载大于等于0.1nm且小于等于0.3nm时，电机轴的转速ω大于等于13500rpm且小于等于17500rpm，执行附件的最大摆角θmax大于等于3度且小于等于6度。

传动机构还包括：支撑组件，用于支撑输入轴，支撑组件相对于外壳固定设置于输入轴的另一端；支撑组件包括：第一支撑部和第二支撑部，第一支撑部和第二支撑部分别设置于第二轴线的两侧且沿轴向与拨叉的位置基本对应；第一支撑部和第二支撑部能够与至少部分输入轴接触。

可选地，拨叉包括用于与传动轴承接触的拨爪，拨爪与传动轴承之间作用力的方向基本平行于第一支撑部和第二支撑部与输入轴之间作用力的方向。

可选地，第一支撑部和第二支撑部与输入轴之间作用力的方向垂直于第二轴线。

可选的，多功能电动工具还包括：第一支撑轴承，用于支撑输入轴，第一支撑轴承套设至输入轴；第二支撑轴承，用于支撑电机轴，第二支撑轴承套设至电机轴。

可选地，第一支撑轴承和第二支撑轴承沿第二轴线分别位于输入轴的两端。

可选地，当电机轴的负载大于等于0.1nm且小于等于0.3nm时，电机轴的转速ω大于等于14000rpm且小于等于16000rpm，执行附件的最大摆角θmax大于等于4.5度且小于等于5.5度。

可选的，第一支撑部和第二支撑部关于第二轴线对称设置，且第一支撑部和第二支撑部沿第二轴线径向方向的投影与拨叉的在该方向的投影至少部分重叠，两个拨爪关于第二轴线对称设置。

可选的，外壳包括用于容纳至少部分传动机构的传动壳体，第一支撑部和第二支撑部独立设置于第二轴线两侧，分别固定安装至传动壳体。

可选的，在多功能电动工具运行时，拨叉与传动轴承之间作用力大于165n且小于185n。

本发明的有益之处在于：通过电机、以及传动结构进行合理设置，使得多功能工具的传动机构更加简单有效、整机的切割性能较高同时可靠性强。

附图说明

图1是作为第一实施例的多功能电动工具的示意图；

图2是图1中的多功能电动工具去掉电源装置后的立体图；

图3是图1中的多功能电动工具的电机、部分传动机构以及部分执行机构的剖视图；

图4是图1中的多功能电动工具的部分结构的立体图；

图5是图1中的多功能电动工具的支撑组件、输入轴以及部分壳体的剖视图；

图6是作为第二实施例的多功能电动工具的电机轴、输入轴、以及第二支撑轴承的示意图；

图7是图6中的结构的剖视图；

图8是作为第三实施例的多功能电动工具的部分结构的剖视图；

图9是图8中的多功能电动工具的拨叉的平面图；

图10是第三实施例中的拨叉的平均输出功率p与电机轴的转速ω以及执行附件的最大摆角θmax之间的关系图；

图11是第三实施例中的拨叉与传动轴承之间的作用力f与电机轴的转速ω以及执行附件的最大摆角θmax之间的关系图；

图12是第三实施例电机轴的转速ω以及执行附件的最大摆角θmax的迭代求解曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1至图5所示，本发明的第一实施例的多功能电动工具100包括：外壳11、电机12、传动机构13、执行机构14以及电源装置15。本实施例中，多功能电动工具100为直流电动工具，因此电源装置15为电池包，当然，多功能电动工具100也可以包括交流电源。其中，外壳11包括用于容纳电机12的电机壳体111、容纳至少部分传动机构13的传动壳体112以及容纳至少部分执行机构14的执行壳体113。电机12包括能够以第一轴线101为轴转动的电机轴121。执行机构14包括用于连接执行附件142并驱动执行附件142摆动的输出轴141。本实施例中，执行附件142为切割锯片，具体的，执行附件142为前端设有锯齿的开槽锯片、侧边设有锯齿的切割锯片、设有砂光面的砂光盘、切片、打磨片、割刀中的一种或几种。

传动机构13连接电机12和输出轴141并将电机12的动力传递至输出轴141。具体地，传动机构13将电机12的转动传递至输出轴141，使得输出轴141绕第三轴线103转动，本实施例中，第三轴线103垂直于第一轴线101。传动机构13包括输入轴131、传动轴承132、拨叉133以及支撑轴承134。输入轴131被电机12驱动以第二轴线102为轴转动。输入轴131的一端连接有支撑轴承134，用于支撑输入轴131使其能够以第二轴线102为轴转动。部分输入轴131关于第二轴线102为非中心对称结构，该处对应设置有传动轴承132，传动轴承132相对于第二轴线102的偏心距为e。拨叉133包括拨爪1331和叉架1332，拨爪1331用于与传动轴承132接触且被传动轴承132驱动进而产生来回摆动，叉架1332连接至执行机构14，拨叉133关于一对称轴线基本对称，对称轴线平行或重合与第二轴线102，本实施例中，拨叉133关于第二轴线102对称。

传动机构13还包括支撑组件135，支撑组件135用于支撑输入轴131使其以第二轴线102为轴转动。本实施例中，支撑组件135相对于外壳11固定设置于输入轴131的另一端。支撑组件135包括第一支撑部1351和第二支撑部1352，第一支撑部1351和第二支撑部1352分别设置于第二轴线102的两侧且沿轴向与拨叉133的位置基本对应。本实施例中，第一支撑部1351和第二支撑部1352关于第二轴线102对称设置，两个拨爪1331关于第二轴线102对称设置，第一支撑部1351与其中一个拨爪1331基本位于平行于第二轴线102的直线上；第二支撑部1352与其中一个拨爪1331基本位于平行于第二轴线102的直线上。第一支撑部1351和第二支撑部1352能够与至少部分输入轴131接触。相比仅在输入轴131的一端设置一个支撑轴承134，在输入轴131的两端分别设置有支撑轴承134和支撑组件135能够更好地支撑输入轴131，使其以第二轴线102为轴转动。同时，设置有支撑组件135能够减轻拨叉133所受的传动轴承132的冲击力。第一支撑部1351和第二支撑部1352与输入轴131之间的作用力至少能够具有一个分力，该分力的方向平行于拨爪1331与出传动轴承132之间的作用力的方向，从而能够抵消一部分传动轴承132对拨叉133的冲击力。本实施例中，拨爪1331与传动轴承132之间作用力的方向基本平行于第一支撑部1351和第二支撑部1352与输入轴131之间作用力的方向，能够更大程度上减轻拨叉133与传动轴之间的冲击力，从而提高拨叉133和传动轴承132的使用寿命。

第一支撑部1351和第二支撑部1352与输入轴131之间作用力的方向垂直于第二轴线102。事实上，传动轴承132对拨叉133的冲击力也是垂直于第二轴线102的。由于传动轴承132与拨叉133构成点接触或者小面积的面接触，因此传动轴承132对拨叉133的冲击力的方向较为单一。本实施例中，第一支撑部1351和第二支撑部1352独立设置于第二轴线102两侧，分别固定安装至传动壳体112。且第一支撑部和第二支撑部沿第二轴线径向方向的投影与拨叉的在该方向的投影至少部分重叠，第一支撑部1351和第二支撑部1352在拨叉133所受冲击力的反方向对输入轴131进行支撑，在简化结构、节省材料的同时，实现了对拨叉133和传动轴承132的保护。

具体地，本实施例中第一支撑部1351和第二支撑部1352基本呈部分环状，输入轴131与第一支撑部1351和第二支撑部1352构成轴孔间隙配合，传动壳体112上形成有用于容纳第一支撑部1351和第二支撑部1352的环形孔。可以理解的，第一支撑部1351和第二支撑部1352的具体结构形态不限，只要在输出轴141绕第二轴线102转动时，第一支撑部1351和第二支撑部1352能够与输入轴131构成接触即可。作为一种可选的实施方式，第一支撑部和第二支撑部均呈方块状，与输入轴构成点接触。

图6、图7所示为本发明的第二实施例的多功能电动工具的部分结构。与第一实施例相比，本实施例的的多功能电动工具的传动机构的结构设计不同。具体地，本实施例中，电机包括以第一轴线为轴转动的电机轴221。传动机构包括输入轴231、传动轴承、拨叉、第一支撑轴承和第二支撑轴承232。输入轴231被电机驱动以第二轴线为轴转动；传动轴承连接至输入轴231；拨叉被传动轴承驱动进而产生来回摆动，拨叉关于对称轴线基本对称。第一支撑轴承用于支撑输入轴231，第一支撑轴承套设至输入轴231；第二支撑轴承232，用于支撑电机轴221，第二支撑轴承232套设至电机轴221。如图7所示，电机轴221的外周套装有第二支撑轴承232，输入轴231则安装至电机轴221内部。本实施例中，第一支撑轴承和第二支撑轴承232沿第二轴线分别位于输入轴231的两端。

作为一种可选择的实施方式，本实施例中的传动机构中的第一支撑轴承可以用第一实施例中的支撑组件来替代。

图8所示为本发明的第三实施例的多功能电动工具的部分结构的剖视图。从结构上看，本实施例可以采用第一实施例的支撑轴承和支撑组件对输入轴支撑，也可以采用第二实施例的第一支撑轴承和第一支撑轴承对输入轴支撑，也可仅设有第一支撑轴承而不设有支撑组件实现对输入轴的支撑。

具体地，多功能电动工具包括电机32、外壳、执行机构34和传动机构33。其中，电机32包括第一轴线301为轴转动的电机轴321。执行机构34包括执行附件341和输出轴342，输出轴342驱动执行附件341来回摆动，执行机构34关于输出轴342的轴线的转动惯量j大于等于50kg.mm^2且小于等于60kg.mm^2。需要说明的是，执行结构为包括执行附件341以及其他所有用于驱动和安装执行附件341的结构。

传动机构33连接电机32和输出轴342并将电机32的动力传递至输出轴342。传动机构33包括输入轴331、传动轴承332、拨叉333以及支撑轴承334。输入轴331被电机32驱动以第二轴线302为轴转动；支撑轴承334用于支撑输入轴331，支撑轴承334设置于输入轴331的一端；传动轴承332连接至输入轴331；拨叉333被传动轴承332驱动进而产生来回摆动。本实施例的传动机构33由于仅仅具有一个支撑轴承334且不具有如第一实施例中的支撑组件，因此传动机构33的结构更加简化。

如图8、图9所示，拨叉333的摆长l大于等于30mm且小于等于35mm。拨叉333包括拨爪3331和叉架3332，拨爪3331用于与传动轴承332接触且被传动轴承332驱动进而产生来回摆动，叉架3332连接至执行机构34，叉架3332包括与输出轴342构成轴孔配合的叉轴孔，从拨爪3331与输入轴331接触的接触点到输出轴342的轴线303的距离为拨叉333的摆长l。拨叉333关于一对称轴线基本对称，本实施例中，拨叉333关于第二轴线302基本对称。

基于上述结构，我们通过选定电机32以及进一步设定传动机构33的结构使得，当电机轴321的负载大于等于0.1nm且小于等于0.3nm时，电机轴321的转速ω大于等于13500rpm且小于等于17500rpm，执行附件341的最大摆角θmax大于等于3度且小于等于6度。可选的，执行附件的最大摆角θmax大于等于4度且小于等于6度，可以提升多功能电动工具的功效。进一步地，当电机轴321的负载大于等于0.1nm且小于等于0.3nm时，电机轴321的转速ω大于等于14000rpm且小于等于16000rpm，执行附件341的最大摆角θmax大于等于4.5度且小于等于5.5度。需要说明的是，执行附件341以输出轴342的轴线为轴进行摆动，执行附件341的最大摆角θmax为执行附件341摆动轨迹的位于输出轴342的轴线两侧的最远边界所构成的角度。该参数范围不仅保证了多功能工具具有较优的切割性能，同时还使得其可靠性高、使用寿命长。具体分析如下：

我们经过建模分析得出，拨叉333的平均输出功率p与电机轴321的转速ω以及执行附件341的最大摆角θmax构成有函数关系p=f(ω,θmax)，通过单变量分析法得出的变化关系如图10所示。通过该函数关系我们可以得出，电机轴321的转速ω以及执行附件341的最大摆角θmax是影响平均输出功率p的主要因素。具体地，当拨叉333的平均输出功率p与电机轴321的转速ω和执行附件341的最大摆角θmax呈正相关。

我们还得出，拨叉333与传动轴承332之间作用力f与电机轴321的转速ω以及执行附件341的最大摆角θmax构成有函数关系f=f’(ω,θmax),通过单变量分析法得出的变化关系如图11所示。通过该函数关系我们可以得出，电机轴321的转速ω以及执行附件341的最大摆角θmax是影响拨叉333与传动轴承332之间作用力f的主要因素。具体地，拨叉333与传动轴承332之间作用力f与电机轴321的转速ω和执行附件341的最大摆角θmax呈正相关。

我们期望获得更优的切割性能，即更大的平均输出功率p。同时，我们还期望拨叉333和传动轴承332具有更长的使用寿命，即拨叉333与传动轴承332之间作用力f更小。因此，如图12所示，我们通过迭代计算求解得出较优解以及较优的变量范围，也即是上述电机轴321的转速ω和执行附件341的最大摆角θmax的数值范围。具体地，电机轴321的转速ω约为15000rpm，执行附件341的最大摆角θmax约为5度，此时，拨叉333的平均输出功率p约为127w，拨叉333与传动轴承332之间作用力大于165n且小于185n，具体地可以被优化到175n-180n。

通过以上设置，均衡切割功率和拨叉受力，综合配比电机负载转速与偏摆的角度，以满足效率与寿命要求，并能使得多功能电动工具在安装锯片空载时，外壳的在把手处的振动小于3m/s²，空载时的多功能电动工具产生的噪音小于100db，从而能有效降低多功能电动工具运行时产生的振动和噪音，并且能提升切割速度。

需要说明的是，θmax≈tanθmax=e/l，因此，我们可以通过设置传动轴承332的偏心量e（如图3所示）和拨叉333的摆长l来改变最大摆角θmax的大小。而对于电机轴321的转速ω我们可以通过选定电机32型号和调节电机32参数获得。另外，执行机构34关于输出轴342的轴线的转动惯量j主要取决与执行附件341的结构，因此可以通更换执行附件341来满足转动惯量j的要求，事实上，目前市面上的大多数多功能工具的执行机构34的转动惯量j均满足上述数值范围。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。