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一、市場調(diào)查研究：
螺絲是常見的一種工件，大到重型機械，小到日常生活用品，我們總能看到螺絲的身影。因此擰螺絲的螺絲刀在生活和生產(chǎn)中占有很重要的地位?，F(xiàn)在出現(xiàn)的比較多的螺絲刀有普通的手動螺絲刀和電動螺絲刀。普通手動螺絲刀結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但是效率比較低，特別是有較長的螺釘要擰時更明顯。電動螺絲刀效率高，且省時省力，適合大規(guī)模生產(chǎn)使用，且可以設(shè)計成帶電池的電動螺絲刀，從而可以抵消對電源線的依賴。
二、設(shè)計方案：
基于以上對市場現(xiàn)有螺絲刀的性能分析，設(shè)計一款電動螺絲刀。
1、設(shè)計要求：
能快速擰緊/松出螺絲的的多功能手動螺絲刀，其特征是：單手操作，可實現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)，也可變速為正常螺絲刀一樣工作；可更換多種規(guī)格的螺絲刀頭。
2、 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ：
本產(chǎn)品由高效變速裝置、多功能刀頭裝置和變速裝置組成。
1） 高效變速裝置 主要由手柄、螺絲刀架、固定在螺絲刀柄內(nèi)的變速直齒輪組組成。工作時，操作手法和普通螺絲刀相近，握住手柄正反轉(zhuǎn)，簡單并排的變速直齒輪組能使螺絲刀桿直接正反旋轉(zhuǎn)。為了結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計的變速直齒輪組的傳動比為1：3.5 ，當用于快速擰緊/松開螺絲時，轉(zhuǎn)一圈手柄，可以使螺絲旋進/松開3.5圈，實現(xiàn)高效旋
高效變速裝置
2）多功能刀頭裝置 是便于拆裝更換螺絲刀頭的裝置，可以安裝不同規(guī)格的螺絲刀頭。
3）變速裝置 緊固螺釘需要較大力矩時，將變速裝置小推件拉到如圖中所示位置，則螺絲刀的傳動比為1比1，可以滿足擰緊要求，此時螺絲刀與普通螺絲刀無異。將變速小推件往右拉，則可實現(xiàn)1：3.5的高效旋轉(zhuǎn)。
作品整體效果圖如圖-4所示。
圖-2 多功能刀頭裝置
圖-3 變速裝置
圖-4 作品整體效果圖
3、螺絲刀控制部分設(shè)計：
本設(shè)計產(chǎn)品帶有自動停止控制功能，以下為該產(chǎn)品的控制模塊設(shè)計設(shè)計如下。
1) 硬件設(shè)計 如圖1。其主要由單片機、電機、開關(guān)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、力傳感器等組成的。由單刀開關(guān)控制正反轉(zhuǎn)，來實現(xiàn)擰螺絲和松螺絲兩個動作。
當需要擰螺絲時，斷開開關(guān)S1，打開電源。單片機將控制模數(shù)轉(zhuǎn)換，把扭矩力電壓輸入到單片機，當扭矩力小于一定值時，電機正轉(zhuǎn)。當扭矩力達到一定值時，關(guān)閉電機。
當需要松螺絲時，閉合開關(guān)S1，打開電源。單片機將控制電機一直反轉(zhuǎn)，直到手動關(guān)閉電源。
圖1
2）程序流程設(shè)計
3）程序軟件設(shè)計
程序預(yù)定義 如圖3。預(yù)先定義了有單片機封裝庫，ADS7825模數(shù)轉(zhuǎn)換，電機，PWM，按鍵，扭矩力調(diào)節(jié)值。
圖3
主程序 如圖4。通電以后，首先初始化各個寄存器，調(diào)整各個寄存器工作狀態(tài)。然后讀取張反轉(zhuǎn)按鍵ZF的狀態(tài)。如果是正轉(zhuǎn)狀態(tài)，則控制電機以占空比60%正轉(zhuǎn)，直到達到一定扭矩力才會停下來。如果是反轉(zhuǎn)狀態(tài)，則控制電機以占空比70%反轉(zhuǎn)，直到手動關(guān)閉電源。
圖4
PWM定時器 如圖5.設(shè)置定時器T，定時129us中斷一次。以129us乘以100為一個PWM控制周期。在電平轉(zhuǎn)換點之前為高電平，之后為低電平。
圖5
寄存器初始化 如圖6。初始化定時器，啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換。
圖6
讀取扭矩力 如圖7.單片機以一個超過25us的低脈沖對ADS7825的RC引腳進行操作，控制BYTE采集16位的扭矩力數(shù)據(jù)。
圖7
控制電機 如圖8。單片機控制定時器的電平轉(zhuǎn)換點來控制PWM的占空比和電機轉(zhuǎn)向。
圖8
三 創(chuàng)新點總結(jié)：
1、此電動螺絲刀可以使用電池操作，抵消了以前的電動螺絲刀對電源線的依賴；
2、其巧妙利用齒輪的變速傳動，轉(zhuǎn)動主動輪，帶動從動輪高倍轉(zhuǎn)動，使被擰螺釘快速擰緊/松開，大大提高了工作效率；
3、還可以快速變換不同規(guī)格的螺絲刀頭，適合對各種規(guī)格的螺絲操作。；
4、其體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、攜帶方便，操作時只需單手就可以完成，高空作業(yè)的操作人員無須雙手操作，大大提高了高空作業(yè)的安全系數(shù)；
5、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，適合大眾的需求。
四、應(yīng)用前景：
現(xiàn)在市場上主要有普通手動螺絲刀和帶電源線的電動螺絲刀這兩種。普通手動螺絲刀擰螺釘時，受到手轉(zhuǎn)動角度的限制，其速度慢、效率低，工作消耗人的體力高，而且，當在高空仰頭工作時，人容易勞累；而電動螺絲刀的工作效率雖高，但由于其購買價格也高，且受到用電的限制，只能在有電源供應(yīng)的地方使用，其體積較大，攜帶不方便。
高效變速螺絲刀克服了上面兩種螺絲刀的缺陷，其體積小巧，便于攜帶，工作時只需單手操作，傳動比可達1:3.5甚至可以設(shè)計更高的傳動比，工作方便快捷，省時省力，大大提高了工作效率；而且高效變速螺絲刀的生產(chǎn)流程相對簡單，價格比較便宜，更適合大眾需求。
附件：部分零件圖
心 得 體 會
1、從設(shè)計創(chuàng)意到完成作品的加工制作，我們經(jīng)歷了資料的檢索、查詢、整理與分析，數(shù)據(jù)處理能力得到提升；方案的不斷修改與完善讓我們學會設(shè)計與加工要統(tǒng)籌兼顧；在機構(gòu)設(shè)計與產(chǎn)品加工中我們將專業(yè)知識充分運用到了實際產(chǎn)品開發(fā)。在整個設(shè)計與制造過程中我們進一步掌握了機械設(shè)計與加工的步驟和要領(lǐng)，深刻體會到團隊協(xié)作的重要性，同時團隊成員綜合素質(zhì)和動手能力得到了很大的提高。
2、本次制作充分將所掌握的課本知識融入其中，比如把《機械原理》，計算機編程語言知識運用到機構(gòu)的設(shè)計中，運用《工程力學》、《金屬工藝學》和《數(shù)控加工技術(shù)》知識結(jié)合CAD、PROE軟件對零件進行了合理的選材和設(shè)計加工制造。
3、從早期的設(shè)計構(gòu)思到作品加工完成，我們深刻認識到現(xiàn)實與理論往往有較大差距，理論設(shè)想需要得到實驗和實際產(chǎn)品的驗證，機械設(shè)計與制造是一個不斷循環(huán)反復(fù)完善的過程。通過參與作品制作，我們學到了不少實用知識，真正體會到實踐出真知的道理。
4、當我們耐心地解決一個又一個問題時，體會到機械設(shè)計是一項牽一發(fā)而動全身的工作。因此在加工制造之前考慮整體機構(gòu)各方面因素的時候要非常嚴謹和務(wù)求全面，在追求功能的實現(xiàn)的同時，必須充分地考慮到實際加工的困難、產(chǎn)品的性價比等?？傊?，機械設(shè)計要“理論結(jié)合實際”。