关于某种旋转机构设计以及工作原理

解超，魏礼松

关于某种旋转机构设计以及工作原理

解超1，魏礼松2

（1.南京歌尔声学科技有限公司，江苏 南京 210000；2.艾欧史密斯（中国）环境电器有限公司，江苏 南京 210000）

近年来，随着科技的进步与发展，电子产品的发展日新月异。就投影而言，市场的诉求是产品功能越多越好，产品的外形尺寸越小越好，这无疑对结构设计提出了更高的挑战。对一种可改变投影角度的投影产品的旋转结构进行了分析。

结构设计；旋转机构；支撑架；弹簧

1 旋转机构的构成

投影的旋转部件包括如图1所示的部分：100为支撑架、200为镜头支架、300为固定环、400为定位柱组件等。其中，400（定位柱）包含410（顶珠）、420（定位柱支架）、430（弹簧）。

图1 投影的旋转部件

2 旋转机构的装配方式

现行产品的设计都趋向小型化、模块化。因空间的问题，为机械固定的方式带来了很大的挑战。

此旋转机构在方案构想初期就摒弃了螺钉固定的方案，采用更简单更加节省空间的卡口的方案，其装配方案为：支撑架作为整个旋转机构的承载平台，定位柱组件外侧为螺纹，直接拧进支撑架的螺纹孔中，即完成定位柱的装配；预先在支撑架的旋转槽内喷涂铁氟龙，其目的是为了增加润滑度，减少摩擦阻力；喷完铁氟龙喷剂之后，将镜头支架装入支撑架中；将固定环装入支撑架中，并逆时针旋转固定环，当固定环中的卡扣卡入支撑架的卡槽后，即完成装配。至此，整个旋转结构装配完成。

3 旋转机构的工作原理

预设此款产品的需求为，初始位置投影在桌面，旋转180°后投影至与投影面垂直的墙面；旋转机构与桌面的夹角设为45°，能够确保投影桌面或者墙面时候画面不发生变形。其工作原理为：假设投影桌面的位置为初始位置，如图2所示，此时定位珠在弹簧的反弹力作用下，向上抬起落入镜头支架的限位孔当中，镜头支架位置固定，并在镜头支架内侧设置1个限位钩与支撑架上的限位槽配合。这样既保证了旋转机构旋转到投影桌面的位置时能立刻停下，投影的画面不变形，也对定位柱固定起到了保险的作用。

图2 假设投影桌面的位置

当需要调整投影面的时候，只需要逆时针转动镜头支架，其转动步骤如下：①向镜头支架施加一个逆时针的扭力，镜头支架开始转动；②镜头支架转动，定位柱中的定位珠脱离原先的镜头支架定位槽，弹簧受压，定位珠退回定位柱腔体内并且在弹簧的反弹力的作用下，向上顶住镜头支架，为镜头支架的转动提供一定的润滑性；③镜头支架转动，镜头支架内侧的卡钩脱离卡槽，开始进入转动状态；④镜头支架逆时针旋转180°以后，设置在镜头支架上的卡钩进入支撑架中的卡槽，定位柱中的定位珠顶入镜头支架中的定位槽。至此，一次旋转工作完成，投影画面切换完成。

4 优化结构设计，确保旋转机构的稳定性

零部件在加工过程中，出现公差是难以避免的事情。如何能让实际生产出来的零部件组装完成以后，其旋转的顺畅度和手感与3D模型中的推演一致，是结构优化设计中的难点。以下对结构设计进行详细说明。

4.1 结构设计对同轴度的影响

在实际装配中，如果不能保证旋转所需要的同轴度，零件在旋转过程中会发生左右晃动、旋转卡顿等问题，并且难以解决。

所以，在设计结构时，为了保证两者之间的同轴，应将两个产品之间的装配间隙设置为单边0.05 mm；如果将两个零件的整个装配都设置0.05 mm的间隙，则受生产公差的影响，有可能难以装配，也有可能难以旋转，所以继续进行优化，将原先两个整面接触改成支撑架外侧设置一圈加强筋，与镜头之间内侧间隙设置为0.05 mm。除此以外，其他部位的间隙设置为1 mm以上。优化过后的方案既可以保证装配的同轴度问题，也能保证旋转时的顺滑度。

4.2 结构设计对摩擦力的影响

摩擦力为阻碍物体相对运动（或相对运动趋势）的力。摩擦力又分为滑动摩擦、静摩擦和滚动摩擦。其中，滑动摩擦为一个物体在另一个物体表面发生滑动时，接触面间产生阻碍它们相对运动的摩擦。滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的大小和压力大小有关。压力越大，物体接触面越粗糙，产生的滑动摩擦力就越大。

从结构上来分析压力和接触面的粗糙度：①压力可以转换。支撑架余镜头支架两者之间的装配间隙方面，间隙过小，压力过大，旋转时候滑动摩擦大，将影响旋转；间隙过大，压力小，但滑动时候晃动明显，影响旋转手感；对于音箱类产品，不合理的间隙还会有出现振音的风险。②接触面粗糙度。从结构设计的角度来对产品表面粗糙度进行改良，可以从以下几个方面进行优化。

4.2.1 材料

可以选择本身具有耐磨、润滑性好的材料，比如PTFE、尼龙等；如果选用常见的工程塑料材料，比如ABS、PC等，可以在旋转面做高光处理，并且可以加入少量的尼龙或玻纤提升其耐磨性。

4.2.2 接触面积

因零件加工过程中的加工精度问题，无法达到设计预想的值（包括平面度、表面粗糙度），所以减少旋转接触面，比如支撑架与镜头支架之间采用细筋与面的配合，如图3所示，可降低因零部件表面的加工不良而造成滑动摩擦力大的问题。

图3 支撑架与镜头支架间的配合示意图

4.2.3 接触面增加润滑度高的辅材

可以通过在支撑架、镜头支架的接触面喷一层铁氟龙喷漆，提升润滑度；也可以在表面贴一层PET或者PETF胶带，但注意要将胶带或者喷漆的厚度算进去，严格地控制装配间隙。

5 结束语

旋转的方案有很多种，但具体的实施还是要综合产品使用需求、产品外形尺寸、产品的成本等方面的因素进行考虑，寻求到最简单、最合理的方案。在旋转机构设计的初期就需要进行DFM检讨，罗列出可能会出现的风险点（比如装配间隙、旋转松动、旋转过程中扭力不均、旋转不到位、内部线材的扭曲等），并给出解决方案，将解决方案直接用于在整个产品设计中，以提高整机装配的成功率。

［1］潘登，刘长鑫，张泽洋，等.速度对聚四氟乙烯摩擦系数影响的分子动力学模拟［J］.物理学报，2014（17）：221-230.

［2］高宇轩.浅谈摩擦的“起源”［J］.课程教育研究，2019（37）：191.

［3］李乐，李明洋，王立勇，等.双圆弧槽摩擦片摩擦系数影响因素分析及实验测试［J］.机械设计与制造，2019（11）：39-43.

［4］卢龙.五轴加工中心旋转铣头结构分析与调整［J］.设备管理与维修，2019（17）：64-66.

［5］李娜，孟凡竹，徐建宁.某动感影院旋转屏幕悬挂结构优化设计［J］.机械设计，2019（Suppl 1）：260-263.

TU351

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.036

2095－6835（2020）01－0098－02

〔编辑：张思楠〕