解超，魏禮松

關(guān)于某種旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工作原理

解超1，魏禮松2

（1.南京歌爾聲學(xué)科技有限公司，江蘇 南京 210000；2.艾歐史密斯（中國(guó)）環(huán)境電器有限公司，江蘇 南京 210000）

近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，電子產(chǎn)品的發(fā)展日新月異。就投影而言，市場(chǎng)的訴求是產(chǎn)品功能越多越好，產(chǎn)品的外形尺寸越小越好，這無(wú)疑對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的挑戰(zhàn)。對(duì)一種可改變投影角度的投影產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；支撐架；彈簧

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成

投影的旋轉(zhuǎn)部件包括如圖1所示的部分：100為支撐架、200為鏡頭支架、300為固定環(huán)、400為定位柱組件等。其中，400（定位柱）包含410（頂珠）、420（定位柱支架）、430（彈簧）。

圖1 投影的旋轉(zhuǎn)部件

2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的裝配方式

現(xiàn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都趨向小型化、模塊化。因空間的問(wèn)題，為機(jī)械固定的方式帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。

此旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在方案構(gòu)想初期就摒棄了螺釘固定的方案，采用更簡(jiǎn)單更加節(jié)省空間的卡口的方案，其裝配方案為：支撐架作為整個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的承載平臺(tái)，定位柱組件外側(cè)為螺紋，直接擰進(jìn)支撐架的螺紋孔中，即完成定位柱的裝配；預(yù)先在支撐架的旋轉(zhuǎn)槽內(nèi)噴涂鐵氟龍，其目的是為了增加潤(rùn)滑度，減少摩擦阻力；噴完鐵氟龍噴劑之后，將鏡頭支架裝入支撐架中；將固定環(huán)裝入支撐架中，并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)固定環(huán)，當(dāng)固定環(huán)中的卡扣卡入支撐架的卡槽后，即完成裝配。至此，整個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝配完成。

3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作原理

預(yù)設(shè)此款產(chǎn)品的需求為，初始位置投影在桌面，旋轉(zhuǎn)180°后投影至與投影面垂直的墻面；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與桌面的夾角設(shè)為45°，能夠確保投影桌面或者墻面時(shí)候畫(huà)面不發(fā)生變形。其工作原理為：假設(shè)投影桌面的位置為初始位置，如圖2所示，此時(shí)定位珠在彈簧的反彈力作用下，向上抬起落入鏡頭支架的限位孔當(dāng)中，鏡頭支架位置固定，并在鏡頭支架內(nèi)側(cè)設(shè)置1個(gè)限位鉤與支撐架上的限位槽配合。這樣既保證了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到投影桌面的位置時(shí)能立刻停下，投影的畫(huà)面不變形，也對(duì)定位柱固定起到了保險(xiǎn)的作用。

圖2 假設(shè)投影桌面的位置

當(dāng)需要調(diào)整投影面的時(shí)候，只需要逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭支架，其轉(zhuǎn)動(dòng)步驟如下：①向鏡頭支架施加一個(gè)逆時(shí)針的扭力，鏡頭支架開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)；②鏡頭支架轉(zhuǎn)動(dòng)，定位柱中的定位珠脫離原先的鏡頭支架定位槽，彈簧受壓，定位珠退回定位柱腔體內(nèi)并且在彈簧的反彈力的作用下，向上頂住鏡頭支架，為鏡頭支架的轉(zhuǎn)動(dòng)提供一定的潤(rùn)滑性；③鏡頭支架轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡頭支架內(nèi)側(cè)的卡鉤脫離卡槽，開(kāi)始進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；④鏡頭支架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°以后，設(shè)置在鏡頭支架上的卡鉤進(jìn)入支撐架中的卡槽，定位柱中的定位珠頂入鏡頭支架中的定位槽。至此，一次旋轉(zhuǎn)工作完成，投影畫(huà)面切換完成。

4 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性

零部件在加工過(guò)程中，出現(xiàn)公差是難以避免的事情。如何能讓實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的零部件組裝完成以后，其旋轉(zhuǎn)的順暢度和手感與3D模型中的推演一致，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。以下對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)同軸度的影響

在實(shí)際裝配中，如果不能保證旋轉(zhuǎn)所需要的同軸度，零件在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生左右晃動(dòng)、旋轉(zhuǎn)卡頓等問(wèn)題，并且難以解決。

所以，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，為了保證兩者之間的同軸，應(yīng)將兩個(gè)產(chǎn)品之間的裝配間隙設(shè)置為單邊0.05 mm；如果將兩個(gè)零件的整個(gè)裝配都設(shè)置0.05 mm的間隙，則受生產(chǎn)公差的影響，有可能難以裝配，也有可能難以旋轉(zhuǎn)，所以繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，將原先兩個(gè)整面接觸改成支撐架外側(cè)設(shè)置一圈加強(qiáng)筋，與鏡頭之間內(nèi)側(cè)間隙設(shè)置為0.05 mm。除此以外，其他部位的間隙設(shè)置為1 mm以上。優(yōu)化過(guò)后的方案既可以保證裝配的同軸度問(wèn)題，也能保證旋轉(zhuǎn)時(shí)的順滑度。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)摩擦力的影響

摩擦力為阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)）的力。摩擦力又分為滑動(dòng)摩擦、靜摩擦和滾動(dòng)摩擦。其中，滑動(dòng)摩擦為一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，接觸面間產(chǎn)生阻礙它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦?；瑒?dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的大小和壓力大小有關(guān)。壓力越大，物體接觸面越粗糙，產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力就越大。

從結(jié)構(gòu)上來(lái)分析壓力和接觸面的粗糙度：①壓力可以轉(zhuǎn)換。支撐架余鏡頭支架兩者之間的裝配間隙方面，間隙過(guò)小，壓力過(guò)大，旋轉(zhuǎn)時(shí)候滑動(dòng)摩擦大，將影響旋轉(zhuǎn)；間隙過(guò)大，壓力小，但滑動(dòng)時(shí)候晃動(dòng)明顯，影響旋轉(zhuǎn)手感；對(duì)于音箱類產(chǎn)品，不合理的間隙還會(huì)有出現(xiàn)振音的風(fēng)險(xiǎn)。②接觸面粗糙度。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)對(duì)產(chǎn)品表面粗糙度進(jìn)行改良，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

4.2.1 材料

可以選擇本身具有耐磨、潤(rùn)滑性好的材料，比如PTFE、尼龍等；如果選用常見(jiàn)的工程塑料材料，比如ABS、PC等，可以在旋轉(zhuǎn)面做高光處理，并且可以加入少量的尼龍或玻纖提升其耐磨性。

4.2.2 接觸面積

因零件加工過(guò)程中的加工精度問(wèn)題，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)想的值（包括平面度、表面粗糙度），所以減少旋轉(zhuǎn)接觸面，比如支撐架與鏡頭支架之間采用細(xì)筋與面的配合，如圖3所示，可降低因零部件表面的加工不良而造成滑動(dòng)摩擦力大的問(wèn)題。

圖3 支撐架與鏡頭支架間的配合示意圖

4.2.3 接觸面增加潤(rùn)滑度高的輔材

可以通過(guò)在支撐架、鏡頭支架的接觸面噴一層鐵氟龍噴漆，提升潤(rùn)滑度；也可以在表面貼一層PET或者PETF膠帶，但注意要將膠帶或者噴漆的厚度算進(jìn)去，嚴(yán)格地控制裝配間隙。

5 結(jié)束語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)的方案有很多種，但具體的實(shí)施還是要綜合產(chǎn)品使用需求、產(chǎn)品外形尺寸、產(chǎn)品的成本等方面的因素進(jìn)行考慮，尋求到最簡(jiǎn)單、最合理的方案。在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的初期就需要進(jìn)行DFM檢討，羅列出可能會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)（比如裝配間隙、旋轉(zhuǎn)松動(dòng)、旋轉(zhuǎn)過(guò)程中扭力不均、旋轉(zhuǎn)不到位、內(nèi)部線材的扭曲等），并給出解決方案，將解決方案直接用于在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，以提高整機(jī)裝配的成功率。

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TU351

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.036

2095－6835（2020）01－0098－02

〔編輯：張思楠〕