關于某種旋轉機構設計以及工作原理

解超，魏禮松

關于某種旋轉機構設計以及工作原理

解超1，魏禮松2

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

近年來，隨著科技的進步與發展，電子產品的發展日新月異。就投影而言，市場的訴求是產品功能越多越好，產品的外形尺寸越小越好，這無疑對結構設計提出了更高的挑戰。對一種可改變投影角度的投影產品的旋轉結構進行了分析。

結構設計；旋轉機構；支撐架；彈簧

1 旋轉機構的構成

投影的旋轉部件包括如圖1所示的部分：100為支撐架、200為鏡頭支架、300為固定環、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 投影的旋轉部件

2 旋轉機構的裝配方式

現行產品的設計都趨向小型化、模塊化。因空間的問題，為機械固定的方式帶來了很大的挑戰。

此旋轉機構在方案構想初期就摒棄了螺釘固定的方案，采用更簡單更加節省空間的卡口的方案，其裝配方案為：支撐架作為整個旋轉機構的承載平臺，定位柱組件外側為螺紋，直接擰進支撐架的螺紋孔中，即完成定位柱的裝配；預先在支撐架的旋轉槽內噴涂鐵氟龍，其目的是為了增加潤滑度，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；將固定環裝入支撐架中，并逆時針旋轉固定環，當固定環中的卡扣卡入支撐架的卡槽后，即完成裝配。至此，整個旋轉結構裝配完成。

3 旋轉機構的工作原理

預設此款產品的需求為，初始位置投影在桌面，旋轉180°后投影至與投影面垂直的墻面；旋轉機構與桌面的夾角設為45°，能夠確保投影桌面或者墻面時候畫面不發生變形。其工作原理為：假設投影桌面的位置為初始位置，如圖2所示，此時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中，鏡頭支架位置固定，并在鏡頭支架內側設置1個限位鉤與支撐架上的限位槽配合。這樣既保證了旋轉機構旋轉到投影桌面的位置時能立刻停下，投影的畫面不變形，也對定位柱固定起到了保險的作用。

圖2 假設投影桌面的位置

當需要調整投影面的時候，只需要逆時針轉動鏡頭支架，其轉動步驟如下：①向鏡頭支架施加一個逆時針的扭力，鏡頭支架開始轉動；②鏡頭支架轉動，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，為鏡頭支架的轉動提供一定的潤滑性；③鏡頭支架轉動，鏡頭支架內側的卡鉤脫離卡槽，開始進入轉動狀態；④鏡頭支架逆時針旋轉180°以后，設置在鏡頭支架上的卡鉤進入支撐架中的卡槽，定位柱中的定位珠頂入鏡頭支架中的定位槽。至此，一次旋轉工作完成，投影畫面切換完成。

4 優化結構設計，確保旋轉機構的穩定性

零部件在加工過程中，出現公差是難以避免的事情。如何能讓實際生產出來的零部件組裝完成以后，其旋轉的順暢度和手感與3D模型中的推演一致，是結構優化設計中的難點。以下對結構設計進行詳細說明。

4.1 結構設計對同軸度的影響

在實際裝配中，如果不能保證旋轉所需要的同軸度，零件在旋轉過程中會發生左右晃動、旋轉卡頓等問題，并且難以解決。

所以，在設計結構時，為了保證兩者之間的同軸，應將兩個產品之間的裝配間隙設置為單邊0.05 mm；如果將兩個零件的整個裝配都設置0.05 mm的間隙，則受生產公差的影響，有可能難以裝配，也有可能難以旋轉，所以繼續進行優化，將原先兩個整面接觸改成支撐架外側設置一圈加強筋，與鏡頭之間內側間隙設置為0.05 mm。除此以外，其他部位的間隙設置為1 mm以上。優化過后的方案既可以保證裝配的同軸度問題，也能保證旋轉時的順滑度。

4.2 結構設計對摩擦力的影響

摩擦力為阻礙物體相對運動（或相對運動趨勢）的力。摩擦力又分為滑動摩擦、靜摩擦和滾動摩擦。其中，滑動摩擦為一個物體在另一個物體表面發生滑動時，接觸面間產生阻礙它們相對運動的摩擦。滑動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。壓力越大，物體接觸面越粗糙，產生的滑動摩擦力就越大。

從結構上來分析壓力和接觸面的粗糙度：①壓力可以轉換。支撐架余鏡頭支架兩者之間的裝配間隙方面，間隙過小，壓力過大，旋轉時候滑動摩擦大，將影響旋轉；間隙過大，壓力小，但滑動時候晃動明顯，影響旋轉手感；對于音箱類產品，不合理的間隙還會有出現振音的風險。②接觸面粗糙度。從結構設計的角度來對產品表面粗糙度進行改良，可以從以下幾個方面進行優化。

4.2.1 材料

可以選擇本身具有耐磨、潤滑性好的材料，比如PTFE、尼龍等；如果選用常見的工程塑料材料，比如ABS、PC等，可以在旋轉面做高光處理，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

因零件加工過程中的加工精度問題，無法達到設計預想的值（包括平面度、表面粗糙度），所以減少旋轉接觸面，比如支撐架與鏡頭支架之間采用細筋與面的配合，如圖3所示，可降低因零部件表面的加工不良而造成滑動摩擦力大的問題。

圖3 支撐架與鏡頭支架間的配合示意圖

4.2.3 接觸面增加潤滑度高的輔材

可以通過在支撐架、鏡頭支架的接觸面噴一層鐵氟龍噴漆，提升潤滑度；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去，嚴格地控制裝配間隙。

5 結束語

旋轉的方案有很多種，但具體的實施還是要綜合產品使用需求、產品外形尺寸、產品的成本等方面的因素進行考慮，尋求到最簡單、最合理的方案。在旋轉機構設計的初期就需要進行DFM檢討，羅列出可能會出現的風險點（比如裝配間隙、旋轉松動、旋轉過程中扭力不均、旋轉不到位、內部線材的扭曲等），并給出解決方案，將解決方案直接用于在整個產品設計中，以提高整機裝配的成功率。

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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〕