扭力扳手之改装研究-汽车科网站.PDF

第四十五屆中小學科學展覽會 作品說明書 科 別：機械科 組 別：高職組 作品名稱：扭力扳手之改裝研究 關 鍵 詞：扭力扳手、數位式、單晶片 編 號： 壹、摘要 在許多組裝的機械中，其螺絲必須鎖緊至一定的扭力。而為了使螺絲能鎖緊至廠家規定 之扭力，所以必須使用特殊工具─扭力扳手。傳統之扭力扳手操作不易，一不小心就可能超 過廠家所規定之扭力。所以本研究將傳統式之扭力扳手，利用一可變電阻將位移轉換成電壓 訊號 ，再透過8051單晶片改裝成數位式扭力扳手。其功用為以簡單的按鍵來輸入所要鎖緊之 扭力值，並提供蜂鳴器及燈號以適時提醒操作者。如此，以低成本將扭力扳手改裝成操作簡 單之數位式扭力扳手，並可防止螺絲因鎖過緊而斷裂。 貳、研究動機 在汽車組裝過程中，螺絲扮演著非常重要的角色。而在整部車上，大部份的螺絲都必須 上緊一定的扭力以維持汽車能正常的運轉及行駛。傳統的扭力扳手為純機械式的，而且是依 照手動旋轉操作(響聲式)或在鎖緊螺絲時利用目視錶值方式(置針式)來設定螺絲之扭力值。但 是，由於聲響式扭力扳手操作較難、響聲也不夠明確，所以常有操作錯誤或沒有注意聲響而 將螺絲鎖斷。另外，置針式扭力扳手雖操作較容易，但由於沒有提醒裝置 ，所以如不注意則 容易轉過頭而將螺絲鎖斷。所以本研究以低成本改裝傳統之扭力扳手，使其數位化、簡單操 作化，並適時提醒操作者以避免螺絲扭力超過廠家之規定值。 本研究包含汽車科一年級汽車基礎實習、二年級汽車電子學及電機科三年級微電腦實習 課程，並搭配手工具的正確使用方式教學。 參、研究目的 本研究的目的為，將傳統扭力扳手改裝為較簡易操作之數位式扭力扳手。並以按鍵輸入 所要操作之扭力值，並在鎖緊螺絲中以蜂鳴器及燈號提醒操作者，以避免過度鎖緊螺絲而斷 裂。 肆、研究設備器材 1. 電源供應器 8.8051單晶片燒錄器 2. 傳統式扭力扳手(置針式)9. 個人電腦 3. 彈簧秤 10. 電子材料： 4. 電子秤 電阻器、電容器、LED燈、 5. 水桶 蜂鳴器、七段顯示器、 6. 鋼尺 8051單晶片、4×4鍵盤、 7. 三用電錶 IC0804、IC7448、IC7805 1 伍、研究過程或方法 一、機構改裝： 由於置針式扭力扳手原理為，利用旋緊螺絲時因扭力而產生之位移，經連桿將其轉換成 旋轉運動，再帶動指針以指出扭力值。所以在機構之改裝部份，就利用原來之連桿帶動一可 變電阻。當扭力扳手鎖螺絲之操作過程中，鎖螺絲之扭力會帶動連桿，連桿除帶動上述之指 針外也帶可變電阻。其構造如圖一 可變電阻 圖一 置針式扭力扳手及可變電阻構造圖 二、電路設計： 本研究主要是以8051單晶片作為核心，以4X4鍵盤輸入所要鎖緊之扭力，並以兩個七段 顯示器來顯示所設定之扭力值。另外，經由上述之可變電阻將扭力所產生之移動轉換成電壓 訊號，再經A/D轉換IC將電壓訊號轉換成數位訊號並輸入8051單晶片內做運算。當鎖緊螺 絲之扭力達設定值時 ，則驅動蜂鳴器電路並使LED燈亮起 ，以警示操作者已達所預鎖緊之扭 力值。實驗電路如圖二 4×4 鍵盤 8051