自動螺絲刀設(shè)計【快速擰緊 松出螺絲的的多功能手動螺絲刀】【說明書+PROE】
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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。現(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(dāng)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(dāng)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(dāng)扭矩力小于一定值時,電機正轉(zhuǎn)。當(dāng)扭矩力達到一定值時,關(guān)閉電機。
當(dāng)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(dāng)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(xué)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(xué)》、《金屬工藝學(xué)》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(rèn)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(xué)到了不少實用知識,真正體會到實踐出真知的道理。
4、當(dāng)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(yán)謹(jǐn)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”。
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