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一、市場調查研究：
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。普通手動螺絲刀結構簡單，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、設計方案：
基于以上對市場現(xiàn)有螺絲刀的性能分析，設計一款電動螺絲刀。
1、設計要求：
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，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、 結構設計 ：
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，簡單并排的變速直齒輪組能使螺絲刀桿直接正反旋轉。為了結構緊湊，設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。
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、螺絲刀控制部分設計：
本設計產(chǎn)品帶有自動停止控制功能，以下為該產(chǎn)品的控制模塊設計設計如下。
1) 硬件設計 如圖1。其主要由單片機、電機、開關電路、模數(shù)轉換、力傳感器等組成的。由單刀開關控制正反轉，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S1，打開電源。單片機將控制模數(shù)轉換，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。當扭矩力達到一定值時，關閉電機。
當需要松螺絲時，閉合開關S1，打開電源。單片機將控制電機一直反轉，直到手動關閉電源。
圖1
2）程序流程設計
3）程序軟件設計
程序預定義 如圖3。預先定義了有單片機封裝庫，ADS7825模數(shù)轉換，電機，PWM，按鍵，扭矩力調節(jié)值。
圖3
主程序 如圖4。通電以后，首先初始化各個寄存器，調整各個寄存器工作狀態(tài)。然后讀取張反轉按鍵ZF的狀態(tài)。如果是正轉狀態(tài)，則控制電機以占空比60%正轉，直到達到一定扭矩力才會停下來。如果是反轉狀態(tài)，則控制電機以占空比70%反轉，直到手動關閉電源。
圖4
PWM定時器 如圖5.設置定時器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換點來控制PWM的占空比和電機轉向。
圖8
三 創(chuàng)新點總結：
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，轉動主動輪，帶動從動輪高倍轉動，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、結構緊湊、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、結構簡單、造價低廉，適合大眾的需求。
四、應用前景：
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計與加工要統(tǒng)籌兼顧；在機構設計與產(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)。在整個設計與制造過程中我們進一步掌握了機械設計與加工的步驟和要領，深刻體會到團隊協(xié)作的重要性，同時團隊成員綜合素質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的設計中，運用《工程力學》、《金屬工藝學》和《數(shù)控加工技術》知識結合CAD、PROE軟件對零件進行了合理的選材和設計加工制造。
3、從早期的設計構思到作品加工完成，我們深刻認識到現(xiàn)實與理論往往有較大差距，理論設想需要得到實驗和實際產(chǎn)品的驗證，機械設計與制造是一個不斷循環(huán)反復完善的過程。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各方面因素的時候要非常嚴謹和務求全面，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?，機械設計要“理論結合實際”。