带定位功能的电钻设计

带定位功能的电钻设计

朱文翰

哈尔滨剑桥学院 150060

摘要：带定位功能的电钻设计主要侧重于安全性和钻孔的准确性，为了保证连续可靠工作，考虑实际的使用环境需求，对电钻进行了防尘的设计。通过设置定位装置，使得钻孔的效率和准确度大幅增加，通过防尘系统的设计，能够降低电钻使用过程中对使用人员的健康危害，并对握柄进行了改良设计，以使得该电钻具有良好的使用性能。

1 研究背景

随着家庭装修市场的持续火爆，每年都需要大量的电钻应用到装修市场，并不断推陈出新，而我国作为全世界最大的电钻生产国家，不仅要满足国内市场需求，也要满足全球市场的技术进步需求，以占领和维持当前的市场份额。电钻的全球需求持续旺盛，尤其是常见的单相手电钻，更是持续保持两位数的增长率，这些手持工具中，有的还带有联动装置，例如冲击钻，这些电钻在工作的时候，持续的震动往往导致使用者手臂和手腕承受很大的压力，长此以往，将会危及使用者的健康。另一方面，现有的电钻普遍没有定位装置，在需要打孔的时候，往往具有一定的随机性和随意性，打孔往往偏离预定点位，精度较差。基于以上的现实问题，本文设计一款带定位功能的电钻，以提高钻孔精度，提高使用者的舒适性。

2 电钻设计

从现有的电钻缺点出发，对其结构和功能进行深入研究和分析，下面从防尘设计、定位装置设计以及握柄等几个方面进行设计，以达到设计的预期效果。

2.1 电钻防尘设计

现有的手电钻普遍不具有防尘装置和设计，在钻孔的时候，通常会产生大量的灰尘和废渣，这些灰尘和废渣往往会吸入操作者的肺部以及通过散热孔进入手电钻内部，将可能直接导致使用者长期使用造成的健康隐患和影响手电钻的使用寿命。根据以上存在的现实问题，设计的防尘罩具有圆形结构，呈现穹顶的立体效果，在穹顶上设计一个方便钻头工作的小孔，这样，当电钻钻孔的时候，废渣和灰尘将会被收集到该结构体中，起到降尘和防尘的作用。

考虑到实际的使用者手掌大小，同时兼顾左手和右手握柄姿势，外圆周的直径设计为200mm，能够收集足够的灰尘和废渣，不至于影响正常作业效率。在穹顶的中心开一个便于钻头出入的孔，孔的直径要大于常见钻头的直径两倍以上，以方便钻头进出。孔的直径不宜过大，否则将导致防尘效果降低，但也不宜过小，过小将导致防尘装置被损坏，也影响正常电钻作业效率。

在防尘装置的材质选择上，应考虑可视性，以方便作业人员能够随时观察收集情况，因此，考虑使用不易积累灰尘的透明材料，可选用塑料或者亚克力材质，在保证强度的同时，方便观察积累的灰尘和废渣情况，也不影响作业时对钻孔的观察。

2.2 定位功能设计

为了提高打孔的准确性，保证打出的孔垂直于被钻的物体，以保证接下来的安装具有足够的强度和美观性。

本文设计的定位系统是由安装到电钻上的一个机构完成的，该机构是由具有可滑动的带有导轨的部分以及刻度尺两部分构成。其中，滑动带导轨的部分，借鉴了游标卡尺的设计理念，通过固定在电钻机身的部分实现与被钻物体的垂直度定位，通过标定的尺度信息，可以实现精确的孔深测量。

固定在电钻上的固定装置应是圆柱体结构，该结构能够防止灰尘的累积，并具有稳定的特性，能够为滑动部分提供足够的支撑，防止滑动机构晃动造成定位不准，影响实际使用的效果。滑动的部分长度应根据使用者的高频应用场景，具有可选择长度的功能，通常的家庭装修中，孔深的长度一般不超过10cm，因此，在考虑特殊应用场合的情况下，可滑动部分的长度在20cm也能够满足巨大部分的使用环境需求。

为了保证滑动部分不被灰尘和废渣所卡滞造成滑动不良的情况，需要使用不锈钢材料制作，不仅具有足够的光滑度，也能够保证强度，同时，重量也能够在接受的范围内，不至于对使用者造成过多的身体负担。

该定位装置配合防尘罩使用，能够最大程度发挥定位与防尘的效果，同时，还能够保证滑动装置部分的顺畅运动，提高钻孔的精度和速度。在实际使用方面，因本文设计的装置属于电钻的外挂设备，还应具有良好的适用性，不仅考虑常见的电钻类型，还要考虑特殊类型的使用要求，因此，固定在电钻上的部分应具有捆绑可调整的结构，以方便使用者快速安装和使用。在机械原理上，在滑动部分顶到被钻孔物体上的时候，其前端的垂直体与被钻物体紧密贴合，钻头必将与被钻孔物体完全垂直，能够保证钻出来的孔完全垂直于被钻的物体，从而达到设计的目的。

2.3 电钻握柄的设计

现在市面上常见的电钻的握柄通常直径在5cm左右，长度在10cm左右，从一般使用者的角度来看，能够满足绝大多数人的使用要求。考虑到一般在钻孔较多的家庭装修中，一般钻孔时，通常佩戴橡胶手套，会对握柄的握感产生一定的影响，这种影响会导致钻孔效率的降低。

另一方面，现有电钻的握柄一般与电钻的角度呈100度左右，方便使用者能够加力达到快速钻孔的目的。但是，这在很大程度上造成了使用者腕部的受力收到很大的持续加压，长时间可能导致腕部酸痛。

为了降低钻孔对腕部的冲击，对握柄的角度进行优化设计，能够保证握感更加舒适，使用者的加力会更加有效传到钻头上去。经过实际的模型建立和优化，将电钻的手柄设计为更加适应人体把持的椭圆形结构，改圆形为椭圆形结构，能够在保证握感的前提下，增加舒适性，并把握柄与钻头机身的角度从100度左右，调整到130度左右，使得使用者的持续下压力能够快速有效传递到钻头上去，提高了钻孔的效率，节约了钻孔的时间，同时，握感的改变，使用者的手掌与握柄完全贴合，降低了电钻钻孔的时候对手腕的冲击，有效的保证了使用者的手腕。另一方面，在手柄的设计上，还充分考虑使用环境和使用者的习惯，握柄的下部截面应大于上部的截面1.3倍左右，起到稳定握姿，防止电钻掉落的作用。

结语

本文设计的带定位功能的电钻是考虑到当前家庭装修市场中使用的电钻普遍处于粗放式的使用场景，钻孔效率比较低，同时，在钻孔的同时，还会造成大量的扬尘和废渣，严重影响使用者的健康并对使用环境造成污染，因此，本文从防尘设计、定位设计和握柄等几方面对现有的电钻进行了改良设计。通过本文的设计，能够大幅提高钻孔的效率和精度，并对使用者的手腕进行了保护，降低了钻孔过程对人体和环境的危害。

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（基金项目：2021年哈尔滨剑桥学院大学生创新创业训练计划项目（项目编号：2021133030130）阶段性研究成果）