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筆記本轉軸設計結構強度分析

發布時間:[2022-5-12]  查看次數:2196


一款筆記本屏幕的開合角度,取決于其自身的轉軸設計。轉軸,又稱合頁、鉸鏈等,它是屏幕和機身連接的橋梁,也是帶動屏幕開合翻轉的最關鍵部件。

 

 

轉軸的搭配和設計屬于非常復雜的系統性工程,設計師需要考慮到筆記本背部的接口排列以及散熱出風口的位置,還要避免頻繁或大力使用時可能出現的轉軸斷裂和外殼受損,并照顧到內部屏幕排線的連接和使用的可靠性。

 

 

體積更小、重量更輕、性能更優、種類多樣化、設計生產快速化是轉軸行業發展遇到的新挑戰。

目前轉軸從設計到生產中,通過對初始設計產品在筆記本電腦搖擺測試儀等儀器上進行各種測試,來確定產品功能和壽命是否滿足要求。

 

 

一、轉軸結構強度分析 

轉軸是一個頻繁開合的部件,在實際測試及使用過程中轉軸結構最容易發生失效形式是疲勞斷裂,利用SolidWorks和Workbench協同仿真分析功能對轉軸結構進行應力分布狀況及疲勞壽命分析計算。在有限元方法的幫助下可以在設計過程中快速發現設計中存在的缺陷,優化設計,縮短轉軸的設計周期提高效率、為設計提供重要的優化參考依據。 

 

 

1.前處理 

由于連接筆記本電腦顯示模組和主機模組的左右兩個轉軸為對稱結構,且受力一致。

360°旋轉轉軸各零部件之間的運動復雜,考慮轉軸的受力情況和有限元計算的要求,對模型進行簡化,如圖1(90°工作狀態)、圖2(0°工作狀態)所示。

量產前轉軸需要滿足2個必要的測試:

(1)推力破壞測試:用于檢驗轉軸結構強度,測試要求轉軸各部件在5倍最大扭力的推力作用下,零件不能發生塑性變形或斷裂;

(2)搖擺壽命測試:通過模擬用戶打開/關閉動作以檢驗轉軸使用壽,測試要求轉軸經過6萬次搖擺以后,轉軸扭力衰減不能超過15%,且轉軸各零件不能發生塑性變形或斷裂。

 

 

 

當我們掀起筆記本屏幕時會感到一股反作用力,我們可以將其稱為“阻尼系數”。阻尼系數越大,減震和穩定性越好(屏幕可以穩定固定在任何角度),但缺陷則是需要更大的力氣才能帶動屏幕,往往需要一只手按住機身,另一只手才能抬起屏幕,比較費力。較小的阻尼系數雖然可以單手開合屏幕,但它卻無法固定在任意角度上,不小心碰一下屏幕會晃個不停。因此,阻尼系數適中最重要,只有支持觸控操作的屏幕才需要搭配更大的阻尼系數。

 

 

 

除了阻尼系數,扭力大小也會影響轉軸的松緊。扭力大小需要根據屏幕實際的重量來計算,扭力的運算錯誤也會影響到筆記本轉軸過松或過緊,這給使用者帶來極差的體驗效果。自鎖功能指的是筆記本屏幕在小于30度~15度時達到閉合自鎖效果,但如果阻尼系數和扭力太小,屏幕可能低于60度就慢慢閉合了,這顯然不是我們希望看到的。

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