Шарнир с фиксацией положения и шарнир со свободной остановкой: заданные положения против плавной фиксации

Панель может надежно удерживаться в открытом положении как с помощью шарнира с фиксатором, так и с помощью шарнира с свободным упором, но при этом все равно использовать неверное движение для данной задачи.

Если оператору приходится каждый раз возвращать крышку в одни и те же рабочие положения, непрерывное движение без фиксации может вынудить его находить эти положения на глаз. Если панель требует постоянной регулировки, движение с четкими фиксациями может приостанавливать перемещение в положениях, которые оператору на самом деле не нужны.

Поэтому полезный вопрос заключается не просто в том, “Какая петля выдержит вес панели?” Это:

Должна ли панель возвращаться в заданные положения или оставаться там, где пользователь её отпустил?

Решение об этом параметре следует принять до выбора значения крутящего момента, материала или размера шарнира.

Остальная часть решения посвящена тому, какие функции панель должна выполнять для пользователя между закрытой и полностью открытой позициями.

Начинайте с необходимого движения, а не с названия шарнира

Такие термины, как позиционирующий шарнир, динамометрический шарнир, фрикционный шарнир и шарнир с фиксатором не всегда используются одинаково в каталогах разных поставщиков. Поэтому выбор, основанный исключительно на названии изделия, может привести к неверному представлению о том, как панель будет двигаться на самом деле.

Сначала определите движение.

Представьте, что панель медленно перемещается по всему рабочему диапазону. Нужно ли ей фиксироваться в нескольких повторяющихся рабочих положениях? Это указывает на необходимость использования фиксаторов или индексированного позиционирования.

Или же пользователь должен иметь возможность останавливаться на любом удобном промежуточном угле в пределах рабочего диапазона без необходимости поиска механического положения? Это указывает на необходимость обеспечения плавного свободного момента остановки.

Существует также третий случай: панели требуются распознаваемые индексированные позиции и наличие полезного трения, удерживающего шарнир между этими положениями. Это гибридное требование, и его следует сформулировать явно, а не исходить из того, что каждый шарнир с фиксацией ведет себя именно так.

Выберите режим движения с фиксацией, если рабочие положения определены

Движение с фиксацией положения полезно в тех случаях, когда оборудование имеет четко различимые рабочие состояния.

Сервисная крышка может иметь закрытое положение, положение для осмотра и полностью открытое положение. Дисплей может иметь несколько повторяющихся положений просмотра. Крышка оборудования может должна возвращаться в одно и то же положение доступа при каждом открытии.

В таких случаях важная функция заключается не просто в том, чтобы удерживаться, противостояя силе тяжести. Она заключается в том, чтобы повторяемость положения.

Оператору не должно приходиться каждый раз определять рабочее положение. Когда панель достигает заданного положения, механизм, в зависимости от конструкции шарнира, либо демонстрирует заметное изменение в поведении, либо фиксируется в заданном положении.

Поэтому движение с фиксацией положения особенно полезно в тех случаях, когда само положение несет в себе смысл:

• рабочее положение, обеспечивающее заданный зазор для инструмента или рук;
• точка обзора, предназначенная для многократного воспроизведения;
• место установки крышки, которое должно оставаться свободным от соседнего узла;
• рабочее состояние, при котором наглядное индексированное позиционирование помогает пользователю подтвердить положение панели.

Фиксатор не всегда является жестким механическим замком. Точные характеристики удержания, усилие, необходимое для освобождения, и движение между фиксированными положениями зависят от конкретного механизма.

Если в задании четко указаны рабочие позиции, следующим шагом является сравнение фактических Съемные/позиционные петли, чертежи и имеющиеся данные о поведении при позиционировании, а не продолжать оценивать типовые шарниры со свободной остановкой.

При смене рабочего положения выбирайте значение момента свободного останова

Шарнир с моментом свободного хода решает другую проблему.

Вместо того чтобы перемещать панель в заданные индексированные положения, сопротивление трения действует во всём рабочем диапазоне движения, благодаря чему панель остаётся в том месте, где пользователь её отпускает.

Это оказывается полезным, когда правильное положение меняется в зависимости от конкретного случая использования.

Панель управления может требовать одного угла наклона для пользователя, стоящего перед ней, и другого — для сидящего. Дисплей может нуждаться в постоянной регулировке в связи с изменением высоты обзора или условий окружающей среды. Крышка испытательного оборудования может оставаться частично открытой, чтобы обеспечить доступ к различным компонентам.

В таких приложениях заранее заданные положения могут стать ненужными ограничениями.

После выбора режима непрерывного движения со свободной остановкой возникает отдельный вопрос: должно ли значение коэффициента трения быть установлено на заводе или регулироваться после сборки? Этот вопрос рассматривается отдельно в нашем Направляющая шарнира с фиксированным и регулируемым крутящим моментом.

На первом месте — тип движения. На втором — метод регулирования крутящего момента.

Не следует считать, что режимы «Free-Stop» и «Detent» являются противоположностями во всех изделиях

Эти два типа поведения представляют собой полезные категории для принятия первоначального решения, однако реальные шарнирные механизмы не всегда относятся исключительно к тому или иному типу.

Шарнир с фиксацией может относительно свободно перемещаться между положениями или сочетать фиксированные положения с сопротивлением трения между ними. В некоторых механизмах переход в фиксированное положение ощущается явно, в то время как в других ощущение позиционирования более плавное.

Это означает, что в запросе предложений должно быть указано только следующее:

“Нужен шарнир для фиксации под углом 90°”.”

неполная.

В этом не поясняется, является ли угол 90° единственным рабочим положением, одним из нескольких положений, максимальным углом раскрытия или просто приблизительным положением, в котором должна находиться панель.

Точно так же:

“Нужен шарнир с фиксацией крутящего момента”.”

не уточняется, ожидает ли пользователь плавного перемещения без фиксации или повторяемых индексированных положений.

В случае гибридного требования опишите обе функции по отдельности:

• Где должны располагаться указанные позиции?
• Как должна действовать комиссия в промежуточной ситуации между этими позициями?

Раздельное рассмотрение этих вопросов не позволяет поставщику выполнить лишь половину требований к движению.

Одна и та же панель может требовать различного хода шарнира в разных изделиях

Вес и размеры панели не определяют, требуется ли в данном случае движение с фиксацией или свободное движение.

Две внешне одинаковые крышки могут требовать совершенно разных характеристик работы шарниров.

Это может быть инспекционная крышка, используемая только в одном рабочем положении. Возможность повторяемого позиционирования может оказаться важнее, чем возможность непрерывной регулировки.

Другой вариант может охватывать рабочую зону, в которой техническим специалистам требуются различные положения открытия в зависимости от обслуживаемого узла. Непрерывное движение с произвольной остановкой может оказаться более удобным, даже если сама панель физически идентична.

Решение принято задача, выполняемая с помощью подвижной панели.

Именно поэтому при выборе шарниров не следует исходить из таких утверждений, как:

“Это лёгкая крышка, поэтому используйте шарнир с фиксацией крутящего момента”.”

или:

“Она открывается на 90°, поэтому используйте шарнир с фиксатором”.”

Вес помогает определить требования к механической фиксации. Максимальный угол раскрытия определяет ход. Ни один из этих факторов сам по себе не определяет характеристики движения, необходимые пользователю.

Что происходит, если выбран неверный тип движения?

Несоответствие хода часто не выглядит как неисправность шарнира. Изделие может по-прежнему открываться, оставаться на месте и подходить ко всем монтажным отверстиям. Проблема проявляется только при эксплуатации оборудования.

Таким образом, шарнир может соответствовать техническим требованиям к компоненту, но при этом оказаться неподходящей архитектурой движения для готового оборудования.

Разделение выбора движения и расчета крутящего момента

После того как будет сделан выбор между индексированным и непрерывным перемещением, панель всё равно необходимо закрепить с помощью механических опор.

В случае крепления с помощью трения требуемый крутящий момент зависит от конкретной подвижной конструкции и её геометрии. Одной только массы панели недостаточно; расстояние от центра тяжести до оси шарнира изменяет момент, которому должен противостоять шарнир.

Однако расчет крутящего момента не следует использовать для определения необходимости установки фиксаторов на шарнире.

Даже шарнир с свободным ходом, подобранный по размеру, не обеспечит повторяемость фиксированных положений, если эти положения являются частью эксплуатационных требований.

Аналогичным образом, установка фиксатора не избавляет от необходимости проверять, соответствуют ли шарнир и крепежная конструкция фактической нагрузке на панель.

Архитектура системы привода и расчет крутящего момента взаимосвязаны, но это не одно и то же решение. Если требуется система «free-stop» или гибридное фрикционное удержание, необходимо использовать фактическую подвижную нагрузку и геометрию шарнира для рассчитать необходимый момент затяжки шарнира.

Определите, что происходит в рабочем положении

“Формулировка ”Удерживать панель в открытом положении» также является слишком расплывчатой для описания движения.

При использовании фиксатора необходимо уточнить, должно ли положение быть просто различимым, должно ли оно предотвращать случайное смещение и каким образом пользователь должен вывести устройство из этого положения.

При использовании режима свободной остановки необходимо уточнить, должна ли панель оставаться в том положении, в котором пользователь её отпустил, и должно ли сопротивление при управлении оставаться приемлемым во всём требуемом рабочем диапазоне.

Для любого из этих типов следует проводить различие между нормальным поведением при позиционировании и структурным конечным упором.

Фиксирующее положение не следует автоматически рассматривать как элемент, поглощающий удар при резком открывании двери. Аналогичным образом, фрикционную петлю также не следует автоматически рассматривать в качестве конструктивного ограничителя хода. Если оборудованию требуется жесткий ограничитель или траектория передачи ударной нагрузки, эту функцию следует определить отдельно.

Проверить движение в полной сборке

Свободный шарнир, которым можно поворачивать вручную, поможет вам оценить, как работает механизм. Однако это не гарантирует, что готовое изделие будет функционировать должным образом.

Установите шарнир вместе с панелью, предназначенной для серийного производства, монтажной конструкцией и прикрепленными компонентами. Затем переместите узел в положения, которые пользователь будет фактически использовать.

При использовании фиксатора убедитесь, что каждое необходимое положение доступно и распознаваемо в условиях установленной конструкции. Проверьте, не создают ли кабели, прокладки или расположенные поблизости компоненты силы или помехи, которые могут повлиять на заданное положение.

При использовании механизма свободного останова следует проверять промежуточные положения, а не только положения полного закрытия и полного открытия. Кабельный жгут может создавать восстанавливающую силу. Гибкий монтажный кронштейн может изменить поведение механизма в установленном состоянии. Дополнительные крепежные элементы могут сместить центр тяжести относительно оси шарнира.

В случае гибридной конструкции необходимо проверить обе функции по отдельности: индексированные положения и поведение при удержании между ними.

Превратите решение о движении в применимое требование

Как только тип механизма станет ясным, сформулируйте решение так, чтобы дизайнер, поставщик или отдел закупок могли действовать в соответствии с ним. Не полагайтесь исключительно на название серии шарниров.

В случае необходимости фиксации положения

Полезное требование определяет важные позиции и то, что должно происходить между ними:

Панель требует повторяемых индексированных положений в точках [Положение A], [Положение B] и [Положение C]. Перемещение между индексированными положениями должно быть [свободным / с фиксацией за счет трения]. Максимальный требуемый ход составляет [X°].

В соответствии с требованием о свободной остановке

Если приложению требуется непрерывное позиционирование, укажите это прямо:

Панель должна оставаться в выбранных пользователем положениях во всём требуемом рабочем диапазоне. Дискретные фиксированные положения не требуются.

Для гибридного требования

Если оба вида поведения имеют значение, опишите их по отдельности:

Панель должна иметь заданные индексированные положения в точках [Положение A] и [Положение B], при этом между этими положениями должно обеспечиваться удержание за счет трения.

Для выбора модели шарнира по этим параметрам по-прежнему необходимо знать фактическую геометрию панели, нагрузку, монтажную зону и требования, специфичные для конкретного проекта, однако они однозначно определяют требуемое движение.

Примите решение о движении до того, как отпустить модель шарнира

Прежде чем выбрать конкретную петлю, опишите область применения, не упоминая названия категории петель.

Укажите, как работает панель в диапазоне от закрытого до открытого положения, какие положения имеют значение, имеют ли значение промежуточные положения, требуется ли пользователю постоянная регулировка и должно ли какое-либо положение быть повторяемым.

Только после принятия решения по данному предложению следует переходить к расчету крутящего момента, определению геометрии крепления, выбору материала и окончательной модели.

Часто задаваемые вопросы: шарнир с фиксацией против шарнира с свободной остановкой и регулировкой крутящего момента

Шарнир с фиксатором — это то же самое, что и торсионный шарнир?

Не обязательно. Условия варьируются в зависимости от семейств продуктов и поставщиков. Шарнир с фиксацией характеризуется индексированными или заранее заданными положениями, тогда как шарнир с свободной остановкой и крутящим моментом — удержанием за счет трения в пределах непрерывного диапазона движения. Некоторые конструкции шарниров сочетают в себе оба этих принципа работы.

Удерживает ли шарнир с фиксатором панель между положениями фиксации?

Это зависит от конструкции. В некоторых конструкциях фиксация между индексированными положениями осуществляется за счет трения, тогда как в других они перемещаются между ними более свободно. Убедитесь в особенностях промежуточного перемещения, а не исходите из того, что все шарниры с фиксацией работают одинаково.

В каких случаях следует выбирать петлю с фиксатором вместо петли с свободной остановкой и регулировкой крутящего момента?

Выберите режим с фиксацией положения, если панель должна многократно возвращаться в определённые рабочие положения. Выберите режим с плавной остановкой, если пользователю необходимо выбирать различные положения в непрерывном диапазоне.

Приводит ли более высокий номинальный крутящий момент к тому, что петля с свободной остановкой начинает вести себя как петля с фиксатором?

Нет. Увеличение сопротивления трению изменяет усилие, необходимое для перемещения или удержания панели, но не создает определённых фиксированных положений. Архитектура движения и требуемый крутящий момент — это отдельные критерии выбора.

Может ли шарнир обеспечивать как фиксированные положения, так и удержание в свободном положении?

Да. В некоторых конструкциях индексированные положения сочетаются с фиксацией за счет трения между этими положениями. Если требуется именно такое поведение, следует указать как требуемые положения, так и предполагаемое перемещение между ними, а не ограничиваться запросом только на “шарнир с фиксацией”.”

Стоит ли рассчитать крутящий момент, прежде чем выбирать между фиксатором и свободным упором?

Сначала определите требуемое движение. Как только станет известно, что требуется удержание с постоянным трением или гибридный механизм, рассчитайте необходимый удерживающий момент на основе фактической подвижной нагрузки и геометрии. Расчет момента не позволяет определить, требует ли данное применение фиксированных положений.