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電動螺絲刀，別名電批、電動起子，是用于擰緊和旋松螺釘用的電動工具，一般具有外殼和設置在輸出軸上的螺絲刀。廣泛的應用于工業和家居領域中，通常用于安裝或拆卸螺紋緊固件，對工件施加扭矩或者轉動。電動螺絲刀有如下類型：

1. 直接驅動類

在電動螺絲刀中不設置任何型式的安全離合器, 故機械結構簡單, 加工方便, 成本較低。

(1) 非力矩控制型

這是一種非自動切斷電源的工具。螺紋裝配完成與否由操作者主觀決定。操作者應集中注意力觀察操作過程。雖然作業時緊張、勞動強度大, 但無法保證裝配質量。操作者主觀確認裝配完成時斷開電源完成操作。但由于斷電后的回轉動能的沖擊作用往往使十字槽或一字槽損壞; 操作者不當心時也易使電機較長期制動, 降低工具的電機和開關壽命。這類工具早期用于分散性較大的木螺釘, 且其出軸轉速不宜高, 近期已基本不采用。我們在調研過程中發現有些不重視質量的用戶, 用電鉆夾一螺線刀頭裝配客車附件上的木螺釘, 雖然工具成本是低的, 但由于電鉆轉速過高, 裝配質量無法控制, 廢品的報復很快就體現出來: 螺釘頭很快生銹(因槽鍍層被螺絲刀破壞) ; 乘客衣物被螺釘頭割壞(因有的螺釘頭未完全人座, 高出工件) ; 金屬裝飾條彈開或脫落(部分螺釘擰過頭使聯接失效) ; 拉手桿松動或彈開(部分聯接失效)。凡此種種, 經常乘坐公共汽車和大客車的人都有體會。

(2) 制動力矩控制型

也是一種非自動切斷電源的工具。電壓高, 制動電流大, 制動力矩也大。經齒輪降速后輸出裝配力矩也大, 反之亦然。用降壓變壓器設置較多的抽頭, 以調節電壓的高低來調節裝配力矩的大小, 是這類電動螺絲刀的設計思想。這種產品國內尚有生產。下述緣由說明它是一種落后的不可取的機型

① 一定的電壓、電機的制動力矩并不恒定。原因有二, 其一是電機的繞組隨溫度升高而提高, 在重復短期制動下, 繞組溫升變化相對大, 故制動電流也有較大差別, 制動力矩也就有差別; 其二是換向器電機的制動力矩與制動時的轉子位置有關。當一個電刷處于兩換向器片之間時, 一個繞組元件被電刷短接而不產生力矩, 反之在沒有換向片被電刷短接時則全部繞組元件都起作用產生力矩。因此可知, 電機的換向片越多, 制動時轉子位置不同對制動力矩的影響就越小。遺憾的是電動螺絲刀一般都用永磁直流微型電機, 其轉子不能開很多槽, 用很多換向片(早期用三槽三片, 后用五槽五片。現國外基本上用七槽七片, 甚至有七槽十四片, 以減少力矩脈動)。再加上工業電的士10 % 電壓容差, 因此, 用這種方法來控制恒定力矩是十分粗糙的, 即力矩控制精度很差。

② 頻繁制動不是一般永磁直流微型電機的正常運行狀態, 它將導致電機異常發熱而縮短壽命, 特別是在操作工人有意無意加長制動時間的情況下, 影響將更嚴重。③ 在電機制動時斷開電源開關將使開關壽命大為縮短, 因制動時電流大, 在繞組電感器儲存的磁能能量大, 當斷開時, 這些能量以電弧形式在觸頭間釋放出來, 對觸頭進行燒蝕, 嚴重時熔化。

④ 由于電機運行在制動前夕狀態, 轉速很低, 故此類電動螺絲刀的工效一般也較低。這種類型電動螺絲刀可用于要求不高的A、B、C、E 型聯接特性。在Mc》Mt的D 型聯

接特性也可應用。

(3) 電流控制型電動螺絲刀

屬自動切斷電源工具。以電機的電磁力矩與電機電流的對應關系建立起以整定電機電流值來控制電動螺絲刀的裝配力矩的控制方法。這種型式的電動螺絲刀是國內早期主要型式產品, 但近來幾乎不生產了, 因為其控制功能甚差。人們不禁要問: 為何這種控制方式用于定扭矩扳手則很有用，這種產品一直在生產在使用, 力矩控制精度可達士5%FS;為何近期進口的電動螺絲刀也有電流控制型的。研究表明, 關鍵在于斷電后, 電動螺絲刀回轉系統的功能轉化為不可控附加力矩所占比重很大之故。這是由于電動螺絲刀為確保較高的效率, 減速器速比較小, 又為保證一定擰緊力矩, 相對電機功率不能太小(經折算, 1500N·m 的定扭矩扳手產生1N·m 力矩只需約0.3W 額定功率, 而M4電動螺絲刀產生I N·m力矩約需8W額定功率)。因此單位裝配力矩平均承擔回轉動能就大, 故附加不可控力矩也大。解決的方法是在力矩到達切斷電源后, 立即對電機產生快速的能耗制動, 此時電機作發電機運行, 把回轉系統的大部分動能變為電能而消耗于電阻發熱中, 從而控制不可控附加力矩提高了控制范圍和控制精度。實際上丹尼克爾電流控制型電動螺絲刀( 也包括后面所述高精度安全離合器自停電動螺絲刀), 確實采取這種措施而取得良好的裝配控制特性。這種改進了的電流控制型電動螺絲刀有較寬的立即控制范圍和較高的立即控制精度, 適用于要求較高的A、B、C、E 型螺釘裝配特性, 也適用于符合Mc》Mt的D 型裝配特性。

2. 安全離合器類

通常是在電動螺絲刀傳動鏈的低速端設置安全離合器機構。當傳遞力矩( 即裝配力矩) 超過其整定值時, 則離合器脫扣。安全離合器種類很多, 適用于電動螺絲刀的有摩擦離合器( 早期有應用, 但因易磨損、發熱、性能不穩定現已很少使用), 牙嵌式安全離合器,滾珠式安全離合器, 滾柱式安全離合器。由于結構設計的需要和進步, 實際電動螺絲刀有各種各樣變種(如有的把離合器不安置在軸上而安置在內齒圈上, 利用對反作用力矩來實現安全離合器功能), 不勝枚舉。但總的發展方向是小型化、簡單化、精細化和提高嚙合牙(珠、滾柱) 數以降低附加沖擊力矩提高裝配精度, 提高離合器壽命, 降低對操作者和工作刀頭接觸處的振動。有的產品以多達24 只, 當然這會增加加工工作量。這類工具按其原理、功能、特性可分下列幾類。

(1) 強制離合器型

屬非自動切斷電源工具。主動和從動二半離合器間的壓力, 為操作者施加于電動螺絲刀上的軸向壓力。因此施加的軸向壓力大, 離合器的脫扣力矩就大, 螺釘的裝配力矩也大。反之亦然。應特別指出, 當脫扣后軸向壓力未撤除, 且電源未切斷, 則離合器周期性重復嚙合、脫扣而產生沖擊附加擰緊力矩特性, 因此裝配的結果完全取決于操作者的技藝, 故它只適于無精度要求的A、B、C、E 型裝配特性。但對于Mt > Mc的D型及F型裝配特性, 只要操作者有足夠經驗和責任心, 則這類工具不失為合適的選擇。

( 2 ) 可調緩沖離合器型

屬非自動切斷電源工具。在結構上采用可調壓力彈簧的壓力代替上述由操作者施加的軸向壓力, 因此可得到可調節的脫扣力矩。但其脫扣力矩重復性、可調性要比強制離合器優良得多, 而且脫扣時也不引起工具的強烈軸向振動。不單降低操作者的勞動強度,也降低由于螺絲刀頭振動對一字槽或十字槽及其鍍層的損壞。所以只要操作者在離合器脫扣時停車, 盡量減少離合器的附加沖擊力矩的影響, 則可得到較恒定的近似于脫扣力矩的裝配力矩。因此可用于一定裝配力矩精度要求的A、B、C、E 型螺紋裝配。應指出的是, 脫扣力矩與裝配力矩的精度除取決于工具的設計參數外也取決于操作者的操作水平。實驗證明, 有意讓工具長期處于重復離合狀態, 則裝配力矩可達2-3倍脫扣力矩。因此裝配質量在很大程度上取決于操作者的水平。高水平的操作者也可用于裝配Mc> M t的D 型裝配特性, 也可利用重復離

合附加力矩增量來裝配F 類特性的聯接。當然對離合器而言將加速磨損, 且裝配效率降低。

這類電動螺絲刀按其彈簧壓力的調節方式可分為內調節型和外調節型。內調節型結果較簡單, 但調節彈簧壓力時需打開工作機構的部分罩殼而顯得麻煩, 故現已少用。但國內生產的單相電動螺絲刀, 仍大量使用此結構。外調節型的彈簧調節螺母是在罩殼之外, 操作者可方便地轉動它改變彈簧壓力, 以改變脫扣力矩。近幾年國內生產的永磁電動螺絲刀, 特別是大量生產的電池式電動螺絲刀已普遍采用此型式。

(3) 可調斷電離合器型

屬自動切斷電源工具。在上述可調緩沖離合器的基礎上, 利用限位開關、光電變換式霍爾變換器等位置檢測器, 把脫扣時的離合器產生軸向位移檢測出來變為電訊號, 促使功能電路切斷電機的供電電流, 并快速進行能耗制動確保離合器不產生重復離合沖擊產生的附加力矩, 使裝配力矩準確地等于脫扣力矩, 使裝配力矩的重復精度達士3 %~士5 %。因此適用于精度要求高的A、B、C、D(Mc> Mt)、E 等型螺紋裝配特性。上述功能電路在早期多用簡單的繼電器電路, 近期采用功率電子電路, 后者響應時間快、無觸點,故性能好、可靠性高。

電動螺絲刀如何選擇

由于使用場合、使用工件的多樣性, 就決定電動螺絲刀應具有不同的結構型式, 以滿足不同需要, 這就是應解決電動螺絲刀研制過程的選型問題。反之, 對于特定的用戶, 針對自己的工作場合和待裝組件的特性, 如何從可用性、經濟性、合理性等角度合理地從眾多不同型式的電動螺絲刀購買自己的裝配工具, 這就需要選擇。

從結構和工件特性考慮, 對于用戶使用場合等考慮, 即對家用和無工業電之處一般用電池式電動螺絲刀; 對功率較大、力矩較大的用串激電機構成的電動螺絲刀, 對大量集中使用的場合采用集中供電的低壓電動螺絲刀, 對分散使用的場合用個體供電的低壓電動螺絲刀或“高壓” 電動螺絲刀。對于研究、設計和生產者來說選型是十分重要的, 合理的選型能以較少類型的產品,滿足較多的各種不同用戶的需要, 而取得較高的經濟效益和社會效益; 反之, 對用戶而言, 針對自己的使用場合和工件裝配特性, 選擇不同類型的電動螺絲刀也是十分必要。選購不當, 造成投入達不到應有的效果, 甚至無法在自己的組件上使用而浪費。為此不僅要按不同螺紋裝配特性設計產品, 而且應加強普及用戶這方面知識。