电动螺丝刀，别名电批、电动起子，是用于拧紧和旋松螺钉用的电动工具，一般具有外壳和设置在输出轴上的螺丝刀。广泛的应用于工业和家居领域中，通常用于安装或拆卸螺纹紧固件，对工件施加扭矩或者转动。电动螺丝刀有如下类型：

1. 直接驱动类

在电动螺丝刀中不设置任何型式的安全离合器, 故机械结构简单, 加工方便, 成本较低。

(1) 非力矩控制型

这是一种非自动切断电源的工具。螺纹装配完成与否由操作者主观决定。操作者应集中注意力观察操作过程。虽然作业时紧张、劳动强度大, 但无法保证装配质量。操作者主观确认装配完成时断开电源完成操作。但由于断电后的回转动能的冲击作用往往使十字槽或一字槽损坏; 操作者不当心时也易使电机较长期制动, 降低工具的电机和开关寿命。这类工具早期用于分散性较大的木螺钉, 且其出轴转速不宜高, 近期已基本不采用。我们在调研过程中发现有些不重视质量的用户, 用电钻夹一螺线刀头装配客车附件上的木螺钉, 虽然工具成本是低的, 但由于电钻转速过高, 装配质量无法控制, 废品的报复很快就体现出来: 螺钉头很快生锈(因槽镀层被螺丝刀破坏) ; 乘客衣物被螺钉头割坏(因有的螺钉头未完全人座, 高出工件) ; 金属装饰条弹开或脱落(部分螺钉拧过头使联接失效) ; 拉手杆松动或弹开(部分联接失效)。凡此种种, 经常乘坐公共汽车和大客车的人都有体会。

(2) 制动力矩控制型

也是一种非自动切断电源的工具。电压高, 制动电流大, 制动力矩也大。经齿轮降速后输出装配力矩也大, 反之亦然。用降压变压器设置较多的抽头, 以调节电压的高低来调节装配力矩的大小, 是这类电动螺丝刀的设计思想。这种产品国内尚有生产。下述缘由说明它是一种落后的不可取的机型

① 一定的电压、电机的制动力矩并不恒定。原因有二, 其一是电机的绕组随温度升高而提高, 在重复短期制动下, 绕组温升变化相对大, 故制动电流也有较大差别, 制动力矩也就有差别; 其二是换向器电机的制动力矩与制动时的转子位置有关。当一个电刷处于两换向器片之间时, 一个绕组元件被电刷短接而不产生力矩, 反之在没有换向片被电刷短接时则全部绕组元件都起作用产生力矩。因此可知, 电机的换向片越多, 制动时转子位置不同对制动力矩的影响就越小。遗憾的是电动螺丝刀一般都用永磁直流微型电机, 其转子不能开很多槽, 用很多换向片(早期用三槽三片, 后用五槽五片。现国外基本上用七槽七片, 甚至有七槽十四片, 以减少力矩脉动)。再加上工业电的士10 % 电压容差, 因此, 用这种方法来控制恒定力矩是十分粗糙的, 即力矩控制精度很差。

② 频繁制动不是一般永磁直流微型电机的正常运行状态, 它将导致电机异常发热而缩短寿命, 特别是在操作工人有意无意加长制动时间的情况下, 影响将更严重。③ 在电机制动时断开电源开关将使开关寿命大为缩短, 因制动时电流大, 在绕组电感器储存的磁能能量大, 当断开时, 这些能量以电弧形式在触头间释放出来, 对触头进行烧蚀, 严重时熔化。

④ 由于电机运行在制动前夕状态, 转速很低, 故此类电动螺丝刀的工效一般也较低。这种类型电动螺丝刀可用于要求不高的A、B、C、E 型联接特性。在Mc》Mt的D 型联

接特性也可应用。

(3) 电流控制型电动螺丝刀

属自动切断电源工具。以电机的电磁力矩与电机电流的对应关系建立起以整定电机电流值来控制电动螺丝刀的装配力矩的控制方法。这种型式的电动螺丝刀是国内早期主要型式产品, 但近来几乎不生产了, 因为其控制功能甚差。人们不禁要问: 为何这种控制方式用于定扭矩扳手则很有用，这种产品一直在生产在使用, 力矩控制精度可达士5%FS;为何近期进口的电动螺丝刀也有电流控制型的。研究表明, 关键在于断电后, 电动螺丝刀回转系统的功能转化为不可控附加力矩所占比重很大之故。这是由于电动螺丝刀为确保较高的效率, 减速器速比较小, 又为保证一定拧紧力矩, 相对电机功率不能太小(经折算, 1500N·m 的定扭矩扳手产生1N·m 力矩只需约0.3W 额定功率, 而M4电动螺丝刀产生I N·m力矩约需8W额定功率)。因此单位装配力矩平均承担回转动能就大, 故附加不可控力矩也大。解决的方法是在力矩到达切断电源后, 立即对电机产生快速的能耗制动, 此时电机作发电机运行, 把回转系统的大部分动能变为电能而消耗于电阻发热中, 从而控制不可控附加力矩提高了控制范围和控制精度。实际上丹尼克尔电流控制型电动螺丝刀( 也包括后面所述高精度安全离合器自停电动螺丝刀), 确实采取这种措施而取得良好的装配控制特性。这种改进了的电流控制型电动螺丝刀有较宽的立即控制范围和较高的立即控制精度, 适用于要求较高的A、B、C、E 型螺钉装配特性, 也适用于符合Mc》Mt的D 型装配特性。

2. 安全离合器类

通常是在电动螺丝刀传动链的低速端设置安全离合器机构。当传递力矩( 即装配力矩) 超过其整定值时, 则离合器脱扣。安全离合器种类很多, 适用于电动螺丝刀的有摩擦离合器( 早期有应用, 但因易磨损、发热、性能不稳定现已很少使用), 牙嵌式安全离合器,滚珠式安全离合器, 滚柱式安全离合器。由于结构设计的需要和进步, 实际电动螺丝刀有各种各样变种(如有的把离合器不安置在轴上而安置在内齿圈上, 利用对反作用力矩来实现安全离合器功能), 不胜枚举。但总的发展方向是小型化、简单化、精细化和提高啮合牙(珠、滚柱) 数以降低附加冲击力矩提高装配精度, 提高离合器寿命, 降低对操作者和工作刀头接触处的振动。有的产品以多达24 只, 当然这会增加加工工作量。这类工具按其原理、功能、特性可分下列几类。

(1) 强制离合器型

属非自动切断电源工具。主动和从动二半离合器间的压力, 为操作者施加于电动螺丝刀上的轴向压力。因此施加的轴向压力大, 离合器的脱扣力矩就大, 螺钉的装配力矩也大。反之亦然。应特别指出, 当脱扣后轴向压力未撤除, 且电源未切断, 则离合器周期性重复啮合、脱扣而产生冲击附加拧紧力矩特性, 因此装配的结果完全取决于操作者的技艺, 故它只适于无精度要求的A、B、C、E 型装配特性。但对于Mt > Mc的D型及F型装配特性, 只要操作者有足够经验和责任心, 则这类工具不失为合适的选择。

( 2 ) 可调缓冲离合器型

属非自动切断电源工具。在结构上采用可调压力弹簧的压力代替上述由操作者施加的轴向压力, 因此可得到可调节的脱扣力矩。但其脱扣力矩重复性、可调性要比强制离合器优良得多, 而且脱扣时也不引起工具的强烈轴向振动。不单降低操作者的劳动强度,也降低由于螺丝刀头振动对一字槽或十字槽及其镀层的损坏。所以只要操作者在离合器脱扣时停车, 尽量减少离合器的附加冲击力矩的影响, 则可得到较恒定的近似于脱扣力矩的装配力矩。因此可用于一定装配力矩精度要求的A、B、C、E 型螺纹装配。应指出的是, 脱扣力矩与装配力矩的精度除取决于工具的设计参数外也取决于操作者的操作水平。实验证明, 有意让工具长期处于重复离合状态, 则装配力矩可达2-3倍脱扣力矩。因此装配质量在很大程度上取决于操作者的水平。高水平的操作者也可用于装配Mc> M t的D 型装配特性, 也可利用重复离

合附加力矩增量来装配F 类特性的联接。当然对离合器而言将加速磨损, 且装配效率降低。

这类电动螺丝刀按其弹簧压力的调节方式可分为内调节型和外调节型。内调节型结果较简单, 但调节弹簧压力时需打开工作机构的部分罩壳而显得麻烦, 故现已少用。但国内生产的单相电动螺丝刀, 仍大量使用此结构。外调节型的弹簧调节螺母是在罩壳之外, 操作者可方便地转动它改变弹簧压力, 以改变脱扣力矩。近几年国内生产的永磁电动螺丝刀, 特别是大量生产的电池式电动螺丝刀已普遍采用此型式。

(3) 可调断电离合器型

属自动切断电源工具。在上述可调缓冲离合器的基础上, 利用限位开关、光电变换式霍尔变换器等位置检测器, 把脱扣时的离合器产生轴向位移检测出来变为电讯号, 促使功能电路切断电机的供电电流, 并快速进行能耗制动确保离合器不产生重复离合冲击产生的附加力矩, 使装配力矩准确地等于脱扣力矩, 使装配力矩的重复精度达士3 %~士5 %。因此适用于精度要求高的A、B、C、D(Mc> Mt)、E 等型螺纹装配特性。上述功能电路在早期多用简单的继电器电路, 近期采用功率电子电路, 后者响应时间快、无触点,故性能好、可靠性高。

电动螺丝刀如何选择

由于使用场合、使用工件的多样性, 就决定电动螺丝刀应具有不同的结构型式, 以满足不同需要, 这就是应解决电动螺丝刀研制过程的选型问题。反之, 对于特定的用户, 针对自己的工作场合和待装组件的特性, 如何从可用性、经济性、合理性等角度合理地从众多不同型式的电动螺丝刀购买自己的装配工具, 这就需要选择。

从结构和工件特性考虑, 对于用户使用场合等考虑, 即对家用和无工业电之处一般用电池式电动螺丝刀; 对功率较大、力矩较大的用串激电机构成的电动螺丝刀, 对大量集中使用的场合采用集中供电的低压电动螺丝刀, 对分散使用的场合用个体供电的低压电动螺丝刀或“高压” 电动螺丝刀。对于研究、设计和生产者来说选型是十分重要的, 合理的选型能以较少类型的产品,满足较多的各种不同用户的需要, 而取得较高的经济效益和社会效益; 反之, 对用户而言, 针对自己的使用场合和工件装配特性, 选择不同类型的电动螺丝刀也是十分必要。选购不当, 造成投入达不到应有的效果, 甚至无法在自己的组件上使用而浪费。为此不仅要按不同螺纹装配特性设计产品, 而且应加强普及用户这方面知识。