产品结构设计中转轴的种类与应用

产品结构设计中转轴的种类与应用

日期:2021-7-28

转轴都认识的吧,只要用到有一定力度的旋转或者翻转,都会用到转轴。比如笔记本电脑上下盖的翻转就需要用到转轴,还有以前的翻盖手机,还有台灯等,生活中也是随处可见。

 

转轴主要是通过圆柱为轴心连接起上下件来实现旋转、翻转需求的,那么这期我们来看看转轴有哪些样式种类,它们应用场景是怎样,结构设计上需要注意哪些?


【一】一字型小型转轴

老一辈的结构设计师看到图就能认出,这个就是之前设计翻盖功能手机常用的转轴,对于近几年入坑做结构的应该很少见到,一不小心暴露年龄了。

 

一字型转轴,常用于小件产品的翻转,力度轻,手感好,质量高,目前很多手机,平板支架还会用到它,只是不多见了。

 

一字型转轴POM塑胶部分用力按压,可以缩进金属外壳内部,对于U字型支架装配很方便,当然要拆卸的话,需要将POM塑胶那边圆心开个孔,通过工具顶住就可以取下来了。

 

一字型转轴轴心材料一般采用碳钢材料,外壳采用不锈铁,当然想要牛逼一点的就用奥氏不锈钢,都可以选择定制的。

 

一字型转轴常规设计翻转180度,扭力值5-7KG,在结构设计的时候需要注意,产品只能翻转在170度,内外各预压5度,防止合盖、翻盖无力度,摇晃。

 

除了上面可以伸缩转头的,还有图上这种固定旋转的,常用于无人机折叠翼部分。

 

这里的结构设计原理与翻盖手机原理一样,重点取决于翻开后的角度,需要确保有一定的力度,防止机震晃动。

 

另外,所有的转轴扭力值是可以根据设计要求调整的,而扭力值又跟转轴的直径与长度有关,直径越大,越长,则扭力值上升。

 

【二】单边异形阻尼转轴

 

 

单边异形阻尼转轴常用在笔记本电脑,或者平板支架,或者台灯上面,由于结构上没有用到扭簧,那么它的力度全部靠松紧来定义。

异形阻尼转轴页片固定部分材料一般采用不锈钢,因为只有这样才能做薄的同时保证强度与质量,如果你翻转的次数不多,也可以选择用SGCC/SECC(不锈铁),重点取决于设计要求。

 

异形阻尼转轴轴心也是采用中碳钢材料,然后装配的时候会增加一件垫片(U形)放置在旋转部分中间,最后通过铆合或者用螺栓固定在一起。

 

那么转轴的力度通常是由垫片的数量,凸起的球面高度与铆合的松紧来控制,需要多大的扭力就考它来调。

 

在结构设计的时候需要注意,上下页片的面积与厚度,面积越大,受力面越大,在翻转的时候受力点不易变形,面积小则受力点越大易变形,具体根据产品的大小与翻转方式设计定义。

 

如果强度与结构方式不满足用钣金做页片,也可以采用压铸五金来做,但是需要注意一点,它们的连接轴心材料还是需要采用碳钢材料,不能用压铸五金来代替。

 

异形阻尼转轴在设计的时候可以将旋转限位角度设计进去,就不需要在产品的外壳上面做限位了,这样对产品的装配与质量更加有保障。

 

【三】双边异形阻尼转轴

 

 

双边异形阻尼转轴,就是将单边铆合的转轴变成了两边都铆合,功能与单边异形转轴一样。只是在设计的时候变成两边,这样相当于将阻尼增加了一倍,强度也要好,当然你也可以选择装2片单边异形阻尼转轴。

 

双边异形阻尼转轴通常用在小尺寸的显示器上面比较多,还有电脑一体机,台灯等高扭力的设备上。

 

【四】异形扭簧+阻尼转轴

 

异形扭簧+阻尼转轴,就是将转轴的转动轴心增加一圈扭簧,主要的目的就是在增加扭力的同时减少用户推动的力度。

 

比如一个显示设备,正常转动一个需要10KG的力,那么人推动起来非常费力,转轴部分增加扭簧后,可以反向消除部分力,可以设计到只需3KG的力就可以推动。

 

那么扭簧是怎样实现工作的呢?

 

扭簧在装配的时候是需要扭紧装配的,当推动工作的时候,就慢慢松开实现助力工作,达到反向消力的效果。

 

那么除了以上几种以外,还有那些转轴?

 

四向轴,通常用于活动的臂力架上面。

 

 

车载塑胶万向轴,通过塑胶螺栓锁紧达到紧配合,实现功能需求。

 

还有齿轮,气压等非电子产品上常用的就不介绍了。

【结语】

 

目前转轴通常采用阻尼方式实现转动,或者阻尼+扭簧的方式,这样加工简单,装配方便,成本低,无需高精度设计配合。而有些需要高精准的则采用轴承的方式,这个就是另外一个话题了。

 

转轴在设计的时候重点考虑三点:

1,转轴的直径,直径越大,扭力值可以调整的数值就越大。

2,转轴的轴心长度,长度越长越好装配,扭力值可调整性越高。

3,转轴页片的配合面积,配合面积越大,受力点越小,结构性能越稳定。

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