Мини-шарниры с регулируемым крутящим моментом: баланс между удерживающим моментом и усилием открывания

Даже небольшая крышка может отлично держаться в открытом положении, но при этом оставаться неудобной в использовании. Оператор тянет за узкое углубление для пальцев, корпус поднимается со стола, а крышка едва сдвигается с места. Снижение сопротивления шарнира может облегчить открывание, но при этом крышка будет самопроизвольно закрываться в рабочем положении.

Усилие, необходимое для открытия мини-шарнира с крутящим моментом, зависит от всей конструкции в целом: от веса крышки, начального сопротивления шарнира и места, где рука может фактически приложить усилие. Оптимальный вариант позволяет удерживать крышку, оставляя при этом достаточное усилие для выполнения предполагаемого действия по открыванию.

Точка тяги на компактном корпусе

Отметьте на сборочном чертеже центр тяжести крышки и точку, за которую её можно тянуть. Центр тяжести определяет момент силы, стремящийся закрыть крышку. Точка, за которую можно тянуть, определяет рычаг, доступный оператору. Эти точки редко совпадают.

При движении в плоскости, перпендикулярной оси шарнира, эффективный рычаг руки равен перпендикулярное расстояние от этой оси до линии действия силы. Это не обязательно расстояние, измеренное вдоль крышки. Усилие, направленное почти к оси вращения, создает небольшой момент открытия, даже если палец находится на некотором расстоянии от неё.

В случае компактного корпуса окантовка или утопленная кромка могут помешать пользователю дотянуться до точки захвата, указанной на CAD-чертеже. Кончик пальца, рука в перчатке и захват «щипком» также могут приводить к разным направлениям прикладываемого усилия. Перед выбором значения крутящего момента необходимо проверить доступность точки захвата при предполагаемом способе захвата.

Рассчитайте момент закрытия с учетом всей крышки, включая дисплей, окошко, ручку и подвижные элементы. Используйте Расчет требований к шарниру, воспринимающему крутящий момент для учета вклада силы тяжести, а затем добавьте соответствующие моменты, создаваемые кабелями или другими внешними факторами, в рабочих положениях.

Отделение холда от начального уровня сопротивления

Крепежный момент описывает сопротивление, необходимое для удержания крышки в неподвижном положении в указанных условиях. Укажите рабочие углы, допустимое угловое смещение и время, в течение которого крышка должна оставаться в этом положении. Крышка, упирающаяся в концевой упор, не обеспечивает ту же функциональность, что и крышка, удерживаемая в промежуточном угле.

Момент отрыва — это сопротивление при начале движения после состояния покоя. Оно влияет на начальное усилие. Момент вращения определяет сопротивление после начала движения. При ознакомлении с техническими характеристиками следует различать эти величины: плавность хода не означает, что начальное усилие является приемлемым.

Для медленного открывания жесткой крышки вверх вокруг горизонтальной оси при отпущенном фиксаторе и пренебрежимо малом ускорении:

Усилие начального захвата = (суммарный момент отрыва при открытии шарнира + противодействующий момент силы тяжести + другие противодействующие моменты) ÷ эффективный рычаг захвата.

Для расчета силы в ньютонах используйте Н·м для моментов и метры для плеча силы. Помогающие моменты учитываются со противоположным знаком. Реакции троса и отрыв уплотнения следует включать в расчет, если они имеются. Все моменты следует рассчитывать относительно фактической оси шарнира; вклад силы тяжести для панели с вертикальной осью отличается от вклада для крышки с горизонтальной осью.

Определите допустимые силы, необходимые для начала движения и его продолжения, с учётом особенностей конкретного пользователя, способа захвата, положения тела и частоты использования. Если изделие предназначено для открывания одной рукой в положении сидя на скамейке, то удерживание основания другой рукой изменяет характер задачи.

Расчет в обратном направлении от допустимого усилия руки

Как только станет известен предел усилия, прилагаемого рукой, преобразуйте его в предел сопротивления открыванию для комплекта петель. При тех же условиях медленного открывания:

Максимальный допустимый момент отрыва при открытии = допустимое усилие руки × эффективное плечо рычага руки − противодействующий момент силы тяжести − другие противодействующие моменты.

Это запас для всех шарниров, создающих крутящий момент и действующих на крышку одновременно. Если результат равен нулю или отрицателен, противодействующие нагрузки уже полностью исчерпывают доступный запас усилия рук до того, как к ним добавится сопротивление шарниров. В этом случае необходимо изменить рычаг, нагрузку или степень помощи.

Пример расчёта с использованием условных значений. Масса жёсткой крышки составляет 0,20 кг, а центр тяжести расположен на расстоянии 40 мм от горизонтальной оси шарнира. В начальном горизонтальном положении момент силы тяжести составляет примерно 0,0785 Н·м (с учётом ускорения свободного падения g = 9,81 м/с²). Предположим, что установленный шарнирный узел оказывает сопротивление закрыванию в размере 0,10 Н·м в неподвижном состоянии и требует усилия 0,12 Н·м для начала открывания. В данном примере начальное усилие руки ограничено значением 5 Н. Защелка отпущена, рука тянет перпендикулярно крышке, а моменты, связанные с тросом, уплотнением и вспомогательным механизмом, не учитываются.

При длине 25 мм предполагаемое начальное сопротивление в 0,12 Н·м превышает допустимое значение в 0,0465 Н·м. При длине 60 мм этот же набор укладывается в расчетный предел. Сдвиг точки тяги изменяет усилие открытия, не снижая при этом предполагаемого сопротивления удержания.

Если точка тяги с меньшим усилием зафиксирована, уточните, способен ли кандидат обеспечить соблюдение нижнего предела сопротивления открыванию, одновременно обеспечивая достаточное статическое сопротивление моменту закрывания. Не следует предполагать, что момент отрыва при открывании и способность удерживать в направлении закрывания равны. Конструкция, зависящая от направления, может вести себя по-разному, но выбранная модель должна удовлетворять обоим требованиям.

Повторите проверку под углами, при которых воздействие силы тяжести, рычажного усилия руки или реакции троса менее благоприятно. Предел в 5 Н относится именно к данному примеру; он не является универсальным порогом комфорта.

Изменение крутящего момента в разных образцах

Выбираемое номинальное значение должно учитывать фактические отклонения в размерах деталей. Сравните минимальную допустимую удерживающую способность с максимальным требуемым внешним моментом, а также максимальное сопротивление отрыву и ходу — с предельными значениями усилия, прилагаемого рукой.

Следует использовать такую конфигурацию крышки, которая создает наибольший внешний момент, а не просто имеет наибольшую массу. Более лёгкая крышка, расположенная дальше от оси, может требовать большего удерживающего момента, чем более тяжёлая, но сбалансированная крышка. Наименее подходящая для удержания конфигурация также может отличаться от той, которая создаёт наибольшее усилие открывания.

Уточните, на что распространяются ограничения поставщика: на новые детали, соответствующий диапазон температур и предполагаемые условия эксплуатации. Не следует исходить из фиксированного процента потери крутящего момента или фиксированной зависимости между сопротивлением удержания и сопротивлением пуска. Если в данных поставщика используются разные определения, руководствуйтесь Сравнение технических характеристик постоянного крутящего момента для создания общей основы.

Сначала можно переместить легкий корпус

Даже приемлемое усилие тяги может привести к подъему, сдвигу или опрокидыванию легкого прибора. Масса устройства, площадь опоры, ножки, трение о поверхность и направление тяги определяют, останется ли корпус на месте. Более длинная тяговая планка может уменьшить требуемое усилие, но при этом изменяет точку приложения этого усилия к изделию в целом.

Перед заменой петли необходимо исключить возможность того, что сопротивление создается защелкой в зафиксированном положении, прилипшей прокладкой или краем крышки, цепляющимся за оправу. При наличии нежелательного контакта необходимо скорректировать зазор. Усилие, необходимое для отрыва прокладки, сохраняющееся в нормальном режиме работы, должно по-прежнему укладываться в пределы усилия открывания, допустимого для пользователя.

Если ни один кандидат не соответствует обоим требованиям

Когда меньшее сопротивление допускает смещение, а большее сопротивление делает открывание невозможным, даже промежуточное значение из каталога может оказаться недостаточным для учета производственных отклонений. Используйте рассчитанный запас на открывание, чтобы определить, связано ли ограничение с сопротивлением шарнира или с геометрией крышки и ручки.

Если позволяет конструкция упаковки, следует улучшить доступ пальцев, сместить точку тяги или приблизить центр тяжести крышки к оси. Можно рассмотреть возможность использования шарнира, чувствительного к направлению, если его направление открывания с минимальным сопротивлением и способность удерживать крышку в закрытом положении соответствуют условиям эксплуатации. Если этих изменений недостаточно для решения задачи, может потребоваться вспомогательный или поддерживающий механизм.

Два шарнира, воспринимающих крутящий момент, вносят вклад в общий момент сопротивления. Укажите предполагаемый набор; выбор двух деталей исходя из того, что каждая из них должна обеспечивать полное сопротивление, может привести к излишней жесткости при открывании. Добавление шарнира не заменяет проверки совокупного сопротивления.

Ознакомьтесь с конфигурацией, вошедшей в шорт-лист, на крышке

Список финалистов Варианты мини- и компактных шарниров с крутящим моментом с учетом монтажного пространства, требований к удержанию в закрытом положении и допуска на сопротивление открыванию. Сравните их на одной и той же типовой крышке с одинаковой точкой тяги, креплениями, маршрутом прокладки троса и условиями монтажа.

В каждом результате указывайте номера деталей, количество петель, версию сборки и состояние образца. Используйте единообразный метод измерения момента вращения шарнира. Если также требуется контролируемое закрытие, проверьте его отдельно; приемлемый результат открытия не гарантирует правильного поведения при закрытии.

Выберите конфигурацию, которая соответствует всем трем требованиям в указанных условиях. Убедитесь, что данные поставщика о вариантах и сроке службы охватывают данную конфигурацию, прежде чем считать один успешный образец репрезентативным.

Часто задаваемые вопросы о усилии открывания шарнира Mini Torque

Делает ли более высокий номинальный крутящий момент мини-шарнир лучше?

Только в том случае, если требуется дополнительное сопротивление для удержания, а крышка при этом остается пригодной к использованию. Перед выбором более высокого значения ознакомьтесь с определением номинального значения и усилием открытия всей сборки.

Можно ли разделить каталожный крутящий момент на расстояние тяги?

Для оценки вклада шарнира необходимо использовать соответствующий момент открытия и перпендикулярный рычаг. Для расчета полного усилия открытия крышки необходимо учесть силу тяжести, тросы, уплотнения и другие нагрузки.

Можно ли переместить язычок для открывания вместо того, чтобы менять петлю?

Да, если новое положение обеспечивает более эффективное усилие и остается доступным. Еще раз проверьте весь путь открывания и устойчивость устройства; направление усилия руки может измениться по мере подъема крышки.

Помогут ли две мини-шарнирные петли облегчить открывание?

Не обязательно. Их моменты сопротивления суммируются. Две детали с меньшим номиналом могут в сумме обеспечить требуемое значение, однако их поведение в сборе и выравнивание при монтаже необходимо проверять комплексно.

Существует ли стандартное усилие, обеспечивающее удобство при открывании каждой маленькой крышки?

Не существует единого значения, подходящего для всех пользователей, всех способов захвата, всех положений тела и всех рабочих задач. Определите требуемое значение для предполагаемой точки тяги и укажите, устанавливается ли изделие на опору или является свободно стоящим.

А что, если крышка фиксируется только в крайнем открытом положении?

Остановка может нести нагрузку. Проверьте промежуточные положения, если они требуются; требование, касающееся только конечных положений, следует указывать отдельно от требования о непрерывном удержании положения.

Если вам нужна помощь в выборе мини-шарнира с крутящим моментом, отправить в HSP чертеж крышки и предельные значения усилия открывания. Обозначьте центр тяжести, доступную точку тяги, направление силы, рабочие углы и монтажное пространство. Укажите массу крышки и все данные измерений, чтобы обсуждение начиналось с учетом требований к установке.