隨著工業(yè)自動化和智能制造的快速發(fā)展，電動扳手作為重要的工業(yè)工具，在2025年迎來了新的發(fā)展機遇。數(shù)據(jù)顯示，全球電動扳手市場規(guī)模預計將達到數(shù)億美元，年增長率保持在5%以上。電動扳手在農(nóng)業(yè)機械、汽車制造、航空航天、船舶制造以及各類生產(chǎn)設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應用，其市場需求持續(xù)增長。本文將探討基于三重預警的電動扳手及扭力量測裝置的設(shè)計研究，展示其在提高工作效率和安全性方面的優(yōu)勢。

  一、電動扳手的發(fā)展現(xiàn)狀與市場需求

  《2025-2030年中國電動扳手行業(yè)競爭格局及投資規(guī)劃深度研究分析報告》電動扳手作為一種高效的工業(yè)工具，其種類繁多，包括恒力矩電動扳手、可遠距離操控的電動扳手、面向多場景的可重構(gòu)電動扳手等。這些電動扳手集機械傳動、電氣控制、自檢測、電子技術(shù)于一體，能夠滿足不同場景下的使用需求。近年來，隨著智能制造的推進，電動扳手的研究主要集中在性能改進、集成化設(shè)計、可視化和自檢測設(shè)計等方面。數(shù)字顯示扭力扳手的量測裝置也在不斷發(fā)展，國外數(shù)顯扭力扳手隨著集成電路的出現(xiàn)而不斷升級，我國現(xiàn)有的數(shù)字扭力扳手測量方法中，應變式測量因其瞬時響應快、靜態(tài)性能好、測量精度高等優(yōu)點成為最常用的方法。然而，傳統(tǒng)數(shù)字扭力扳手存在施力點影響扭矩值測量、校準困難、缺少預警等缺點。因此，設(shè)計一款具有三重預警功能的電動扳手及扭力量測裝置顯得尤為重要。

  二、電動扳手及扭力量測裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

  電動扳手行業(yè)分析提到平為實現(xiàn)電動扳手及定扭力量測和預警功能，該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括箱體、預警模塊、預載和量測模塊、電動扳手模塊和外端主機。箱體包括箱蓋和底座，預警模塊包括LED紅色閃爍燈、蜂鳴器、開關(guān)、外鏈接校正端口;預載和量測模塊包括貼于扭力傳遞軸外表面的扭力應變片、接收扭力應變片所測數(shù)據(jù)的數(shù)字處理單元(預載扭力臨界值)、組件，電動扳手模塊包括電機、扭力傳遞軸、扭力套筒、扭力扳手。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得電動扳手在使用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的扭力量測和有效的預警提示。

  三、電動扳手的使用流程設(shè)計

  在使用電動扳手及扭力量測預警裝置前，需要通過校正端口與外端主機相連接，為操作預設(shè)標準值或臨界值。使用方法包括預設(shè)載荷、啟動電動扳手、施力、預警提示和結(jié)束操作。當電動扳手施力達到預設(shè)的扭力臨界值時，LED燈發(fā)出閃爍光，隨著時間和扭力的增加，蜂鳴器以聲響的方式提示操作者，避免過度施力導致工件損壞。這種使用流程設(shè)計不僅提高了操作的便利性，還有效防止了因過度施力而導致的設(shè)備損壞。

  四、電動扳手的三重預警設(shè)計

  電動扳手及扭力量測預警系統(tǒng)裝置的螺栓鎖緊任務中，傳感器是預警扭力扳手和數(shù)顯扭矩扳手的中樞元件。當扭力達到臨界值時，預警結(jié)構(gòu)會發(fā)出至少一種人體感官可感知的提示，如LED燈亮起、燈光閃爍或蜂鳴器鳴叫。如果電動扳手未停止操作，扭力繼續(xù)增加，預警提示會逐級增強，從LED紅燈亮起到燈光閃爍，再到LED紅燈閃爍加蜂鳴器鳴叫。這種三重遞增方式的預警設(shè)計，使得操作者能夠及時感知到扭力的變化，從而有效避免因過度施力而導致的設(shè)備損壞。

  五、電動扳手的主要元件選擇與電路設(shè)計

  電動扳手及扭力量測預警系統(tǒng)裝置選用單片機作為核心控制器，電平轉(zhuǎn)換芯片采用LM2575，液晶顯示采用LCM128645ZK模塊。使用5個按鍵分別控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、扭矩設(shè)定、轉(zhuǎn)角設(shè)定及清零。數(shù)字電位器用來設(shè)定扭矩和轉(zhuǎn)角。步進電機驅(qū)動器采用UDK5214NW-M5，驅(qū)動器控制采用ULN2003芯片。扭矩傳感器選用BS914型扭矩扳手專用信號耦合器，該耦合器可以直接輸出1~5V的電壓信號，扭矩反饋信號經(jīng)過PL.5輸入單片機，單片機處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并與設(shè)置扭矩進行比較，進而控制步進電機是否轉(zhuǎn)動、預警是否報警。這種元件選擇和電路設(shè)計使得電動扳手在使用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的扭力量測和有效的預警提示。

  六、電動扳手的特點與優(yōu)勢

  (一)低成本且便利操作

  電動扳手及扭力量測預警系統(tǒng)裝置具有制作成本低、實施拆裝方法簡單，以及便利操作、預警方法有效和預警明顯的優(yōu)點。這種低成本且便利操作的特點使得該裝置在市場上具有很強的競爭力。

  (二)適合完成多尺寸螺紋鎖緊工作

  電動扳手及扭力量測預警系統(tǒng)裝置的扭力傳遞模塊包括調(diào)速電機、扭力傳遞軸、扭力套筒、扭力扳手。工作時，打開扳手開關(guān)，電機轉(zhuǎn)動，調(diào)速電機與扭力傳遞軸相連接，電機帶動扭力傳遞軸轉(zhuǎn)動。扭力套筒固定在扭力傳遞軸上，扭力傳遞軸轉(zhuǎn)動時，扭力扳手外的扭力套筒同步轉(zhuǎn)動。扭力套筒和扭力扳手的凸凹結(jié)構(gòu)可傳遞剪力，帶動扭力扳手旋轉(zhuǎn)。扭力扳手作用于工作零件，實施緊鎖和落鎖作業(yè)。這種設(shè)計使得電動扳手能夠適應不同尺寸的螺紋鎖緊工作，提高了其適用范圍。

  (三)三重遞增方式預警

  該裝置具有兩種預警結(jié)構(gòu)。當測得的扭力達到預載的扭力標準值或臨界值時，蜂鳴器、LED閃爍燈發(fā)出提示訊號。蜂鳴器通過聲響提示操作者電動扳手扭力達到臨界值，LED燈通過發(fā)光提示操作者電動扳手扭力達到臨界值?？刂瓢粹o控制蜂鳴器、LED閃爍燈的啟閉，以及切換預警運作狀態(tài)。這種三重遞增方式的預警設(shè)計，使得操作者能夠及時感知到扭力的變化，從而有效避免因過度施力而導致的設(shè)備損壞。

  七、結(jié)語

  在機械扳手的基礎(chǔ)上對其硬件部分進行設(shè)計，采用微處理器編程技術(shù)以測量并顯示扭矩。電動扳手及扭力量測預警系統(tǒng)采用應變體作為測量力矩的核心元件，使用蜂鳴器和LCD作為預警閃爍提示，具有峰值保持、記錄、聲光疊加報警等功能，以及低成本、便利組裝和操作、預警方法有效的優(yōu)勢，非常具有市場發(fā)展前景。隨著技術(shù)的不斷進步和市場需求的不斷增加，電動扳手將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為工業(yè)生產(chǎn)提供更高效、更安全的解決方案。

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