充电钻的 机械档位切换 原理简析(大有5262双速锂电钻)

很多充电钻都有机械档位,有双速,也有三速, 多次重复解说甚为累赘,这里就专开一文,以后涉及到类似问题,就以本文为例。

本文解说以大有5262双速锂电钻的为例。

录制了一个视频,用以演示机械档位切换的运作情况

 


以下是图文解说:

机械档位不同于电子调速,电子调速直接控制着电机的转速,机械档位则是调整齿轮组的减速比。

减速比大,则输出的最大转速小,最大力矩大;

减速比小,则输出的最大转速大,最大力矩小;

电子调速如同汽车的油门,机械档位如同汽车的变速箱。

如下图,常见带机械档位的充电钻一般分为高速档和低速档,通过拨叉来调节减速箱里的特定齿轮来实现功能:

1、大有(devon)5262 12V锂电钻档位切换开关

 

拨叉的尾端控制着一颗环形齿轮圈:

2、靠这个拨叉来拨弄

 

换个角度,可以看到这个实现机械档位切换功能的环形齿轮圈,这颗齿轮可以在减速箱里移动,低速档 时位于 第二级行星减速齿轮 位面,高速档 时会被拨向第一级行星减速齿轮;

为了表述方便,称这个关键的 环形齿轮圈为“O”:

3、这里可以看到用于切换档位的环形齿轮

 

如下图是 环形齿轮圈 O 的特写,可以看到其外圈有脊,这个脊主要是与下图朔料圈内壁的脊配合,在低速档位时 环形齿轮圈 O 会成为 第二级行星减速机构 四颗行星齿轮 的承托,会受到反向作用力,所以自身需要固定不动,不许旋转:

4、用于切换档位的环形齿轮圈特写

 

如下图是用于配合 环形齿轮圈 O 的朔料内胆,内壁的脊 会与 环形齿轮圈O 外圈的脊 相互咬合:

5、拔掉铁栓,可以取出一个朔料筒,内壁有脊

 

常见有两档调速的减速箱,一般是采用三级减速机构,通过上面说的 环形齿轮圈 O 来控制 第二级行星减速机构 是否参与减速,实现减速比的转换:

6、大有(devon)5262 12V锂电钻三级减速机构特写


低速档位:

当机顶的档位开关推到 低速档位 时,环形齿轮圈 O 位于 第二级行星减速机构 Y 处,g 与 f 交错契合,固定 环形齿轮圈 O 不能旋转,此时 第二级行星减速机构 Y 就形成与 第一级行星减速机构 X 一样的结构(图中  X 的环形齿轮 被拿掉了),第二级行星减速机构 Y 在传动中起减速作用;

此时 减速机构 整体就是三级减速,减速比大,输出最大转速低(大有5262的低档最大转速为400转/分),但最大力矩大(大有5262的最大扭矩为28牛米),一般用于松紧螺丝等应用。如下图:

7、大有(devon)5262 12V锂电钻慢速档特写


高速档位:

当机顶的档位开关推到 高速档位 时,环形齿轮圈 O 会被拨叉推向 第一级行星减速机构 X ,离开上图的朔料筒内圈脊 f,恢复转动自由,但不会脱离 第二级行星减速机构 Y 的四颗行星齿轮 e ;

这时 环形齿轮圈 O 的 内壁齿轮 d 会同时咬住 第一级行星减速机构 X 的 基板齿轮 b 和  第二级行星减速机构 Y 的四颗行星齿轮 e ;

第一级行星减速机构 X 的输出齿轮 c 与 第二级行星减速机构 Y 的 4颗行星齿轮 e 是咬合的;

于是 b c d e 相互锁定,第二级行星减速机构 Y第一级行星减速机构 X 控制住 整体同步转动,Y 的减速功能被屏蔽,作用等同一根粗大的传动轴,直接将 X 的 转矩 传递到 第三级减速;

此时 减速机构 整体就只有两级减速了,输出最大力矩小(大有5262没公布该值,个人推测为8.6牛米),但是最大转速高(大有5262高速档最大转速为1300转/分),一般用于钻孔等作业。如下图:

8、大有(devon)5262 12V锂电钻快速档特写

 

换个角度,可以看到在 高速档位 的情况下, 环形齿轮圈 O 的齿轮 d 与 第一级行星减速机构 X 的 齿轮 b 是相互咬合的状态,第二级行星减速机构 Y 沦为传动轴,整体只有 第一级行星减速机构 X 和  第三级行星减速机构 Z  两级运作:

9、大有(devon)5262 12V锂电钻快速档特写

 

最后有两个问题要附带说一下:

首先第一个问题就是锂电钻内部为什么要搞这么复杂?那得从电机的特性说起,对于小电机来说,当前人类技术所限,这东西设计出来,力矩小转速高, 转速高到不适合直接当电钻和起子机使用,电磨机见过么,那个是直接输出的,万转啊;

另外一般锂电钻要求低速力矩达到二三十Nm,难道没有直出力矩达到要求的电机么?有!常见的130步进就可以,那货有近二十公斤,驱动也有几公斤,没人愿意扛着用吧;

简单的说,就目前的情况而言,没有简单的办法,所以起子机和电钻一般都通过减速后输出,用以得到适合需求的转速和力矩,用体型小、重量轻的电机,达到使用目的,你看,多聪明!

第二个问题,为什么要搞两档,甚至三档,不是有电子无极调速么?这又回到之前的问题,电机工作时有其最适合的转速,效率最高的转速,单一速比减速,满足高速输出的时候,无法得到高力矩,而满足高力矩,又无法获得高转速;所以才设计出了档位,不同的档位减速比不同。(会开车的应该懂)

减速比小的档位,也就得到转速较高的输出(本机0-1300转/分),适合钻;减速比大的档位,也就得到转速小力矩大的输出(本机0-400转/分,最大力矩28Nm)。

 

到这里 充电钻的 机械档位切换 原理介绍完毕。

感谢围观工具帮!

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