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笔记本转轴设计结构强度分析

发布时间:[2022-5-12]  查看次数:2037


一款笔记本屏幕的开合角度,取决于其自身的转轴设计。转轴,又称合页、铰链等,它是屏幕和机身连接的桥梁,也是带动屏幕开合翻转的最关键部件。

 

 

转轴的搭配和设计属于非常复杂的系统性工程,设计师需要考虑到笔记本背部的接口排列以及散热出风口的位置,还要避免频繁或大力使用时可能出现的转轴断裂和外壳受损,并照顾到内部屏幕排线的连接和使用的可靠性。

 

 

体积更小、重量更轻、性能更优、种类多样化、设计生产快速化是转轴行业发展遇到的新挑战。

目前转轴从设计到生产中,通过对初始设计产品在笔记本电脑摇摆测试仪等仪器上进行各种测试,来确定产品功能和寿命是否满足要求。

 

 

一、转轴结构强度分析 

转轴是一个频繁开合的部件,在实际测试及使用过程中转轴结构最容易发生失效形式是疲劳断裂,利用SolidWorks和Workbench协同仿真分析功能对转轴结构进行应力分布状况及疲劳寿命分析计算。在有限元方法的帮助下可以在设计过程中快速发现设计中存在的缺陷,优化设计,缩短转轴的设计周期提高效率、为设计提供重要的优化参考依据。 

 

 

1.前处理 

由于连接笔记本电脑显示模组和主机模组的左右两个转轴为对称结构,且受力一致。

360°旋转转轴各零部件之间的运动复杂,考虑转轴的受力情况和有限元计算的要求,对模型进行简化,如图1(90°工作状态)、图2(0°工作状态)所示。

量产前转轴需要满足2个必要的测试:

(1)推力破坏测试:用于检验转轴结构强度,测试要求转轴各部件在5倍最大扭力的推力作用下,零件不能发生塑性变形或断裂;

(2)摇摆寿命测试:通过模拟用户打开/关闭动作以检验转轴使用寿,测试要求转轴经过6万次摇摆以后,转轴扭力衰减不能超过15%,且转轴各零件不能发生塑性变形或断裂。

 

 

 

当我们掀起笔记本屏幕时会感到一股反作用力,我们可以将其称为“阻尼系数”。阻尼系数越大,减震和稳定性越好(屏幕可以稳定固定在任何角度),但缺陷则是需要更大的力气才能带动屏幕,往往需要一只手按住机身,另一只手才能抬起屏幕,比较费力。较小的阻尼系数虽然可以单手开合屏幕,但它却无法固定在任意角度上,不小心碰一下屏幕会晃个不停。因此,阻尼系数适中最重要,只有支持触控操作的屏幕才需要搭配更大的阻尼系数。

 

 

 

除了阻尼系数,扭力大小也会影响转轴的松紧。扭力大小需要根据屏幕实际的重量来计算,扭力的运算错误也会影响到笔记本转轴过松或过紧,这给使用者带来极差的体验效果。自锁功能指的是笔记本屏幕在小于30度~15度时达到闭合自锁效果,但如果阻尼系数和扭力太小,屏幕可能低于60度就慢慢闭合了,这显然不是我们希望看到的。

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