HTAN является одним из ведущих производителей промышленных петель, ручек и защелок в Китае.
Поворотный шарнир с фиксацией крутящего момента позволяет дисплею поворачиваться, оставаясь при этом устойчивым в выбранном положении.
Дисплей может работать стабильно во время первоначального тестирования прототипа, но впоследствии начать смещаться, работать неровно, издавать шумы или создавать чрезмерную нагрузку на точки крепления. Эти проблемы не всегда вызваны недостаточным усилием затяжки. Они также могут быть следствием несоосности валов, неравномерной предварительной нагрузки, сопротивления троса, неправильной архитектуры вращения или несоответствия механизма шарнира требуемому движению.
В этой статье рассказывается, как шарниры с поворотным моментом создают сопротивление вращению, чем их валовая конструкция отличается от традиционного листового шарнира, а также как конструкции с свободным упором, односторонние, двусторонние, с ограниченным вращением и с полым валом ведут себя в реальных сборочных узлах.
Основное внимание уделяется самому шарнирному механизму. Подробный расчет нагрузок, сравнение материалов и выбор, учитывающий особенности конкретной отрасли, более подробно освещаются в соответствующих технических руководствах.
Демонстрация сопротивления вращению и удержания угла.
Краткий ответ: Что делает шарнир с крутящим моментом “поворотным”?
Поворотный шарнир с моментом сопротивления сочетает в себе компактный вращающийся вал или ось с регулируемым моментом трения. Вращающийся элемент можно перемещать, однако он не движется так свободно, как на стандартном шарнире. Внутреннее трение и предварительная нагрузка сдерживают движение и помогают закрепленному дисплею, кронштейну, панели или крышке оставаться в стабильном положении после того, как оператор отпустит их.
Слово поворотный описывает физическую конструкцию шарнира, а не какую-то универсальную внутреннюю конструкцию. В зависимости от модели шарнир может обеспечивать ограниченное вращение, вращение на полный круг, одностороннее сопротивление, двустороннее сопротивление, полое пространство в центре для прокладки кабеля или движение вокруг нескольких осей.
Не все шарниры с регулировкой крутящего момента обладают всеми перечисленными функциями. Диапазон поворота, направление крутящего момента, проход кабеля и возможности регулировки необходимо уточнять по чертежу изделия или техническим характеристикам.
Поворотный шарнир с моментом сопротивления и шарнир с моментом сопротивления «листового» типа
Обе конструкции способны создавать удерживающий момент, однако их механическая схема и требования к монтажу различаются.
| Дизайн | Основная структура | Типичное движение | Важное замечание |
|---|---|---|---|
| Стандартная петля | Два листа, соединенные штифтом | Свободное вращение | Как правило, не могут занимать промежуточные должности |
| Шарнир с листовым механизмом передачи крутящего момента | Створки на петлях со встроенным фрикционным механизмом | Управляемое открытие и закрытие | Требуется место для стволов и крепежных элементов |
| Шарнир с поворотным моментом | Компактный вал, ствол, втулка или ротационный узел | Управляемое вращение вокруг точечной оси | Выравнивание валов и жесткость крепления имеют решающее значение |
| Шарнир с фиксатором | Конструкция позиционирования с индексацией или ступенчатым перемещением | Останавливается под заданными углами | Не обязательно верно для любого угла |
Поворотный узел целесообразно использовать в тех случаях, когда вращающееся соединение должно размещаться внутри компактного кронштейна, держателя монитора, головки оборудования или опоры дисплея. Кроме того, он может упростить визуальный дизайн, поскольку движение сосредоточено вокруг оси, а не осуществляется с помощью двух открытых частей шарнира.
Поворотный шарнир с фиксацией в любом положении предотвращает вращение в пределах заданного рабочего диапазона.
Основные конструктивные элементы
Внутренняя конструкция зависит от конкретной модели. Не следует предполагать, что поворотные шарниры с моментом вращения содержат одинаковые подшипники, пружины, шайбы или фрикционные материалы. Однако большинство конструкций включают в себя несколько функциональных элементов.
Вращающийся вал или ось вращения
Вал определяет ось вращения и обеспечивает передачу движения между неподвижными и вращающимися частями узла. Его диаметр, опорная длина, тип посадки, состояние поверхности и выравнивание влияют на ощущения при эксплуатации и долгосрочную стабильность.
Корпус или монтажная рама
Корпус служит опорой для вала и обеспечивает соединительный узел для крепления шарнира к оборудованию. В некоторых изделиях используется компактный цилиндрический корпус, тогда как в других предусмотрены кронштейны, фланцы, резьбовые участки или монтажные пластины.
Поверхности трения
Контролируемое трение может возникать между шайбами, дисками, втулками, поверхностями валов, гильзами или другими внутренними контактными поверхностями. Точное расположение зависит от конструкции изделия и зачастую является объектом патентной защиты.
Предварительная загрузка компонентов
Пружины, пружинные шайбы, прессовые посадки, резьбовые элементы или другие конструкции, создающие предварительную нагрузку, поддерживают давление на поверхностях трения. Это давление является одним из основных факторов, определяющих результирующий крутящий момент.
Ограничители, фиксаторы или элементы, определяющие направление
Некоторые конструкции оснащены механическими упорами, фиксированными положениями, устройствами, ограничивающими вращение в определённом направлении, или односторонними элементами. Эти особенности влияют на поведение шарнира при открывании, закрывании или полном повороте.
Конкретную конструкцию внутреннего стека и фрикционных элементов следует уточнять для конкретной модели шарнира.
Как трение и предварительная нагрузка создают крутящий момент
Когда присоединенный узел вращается, внутренние контактные поверхности скользят друг по другу. Трение препятствует этому движению. Усилие прижима, создаваемое системой предварительной нагрузки, определяет, насколько сильно поверхности сопротивляются вращению.
Увеличение предварительной нагрузки, как правило, приводит к увеличению крутящего момента, но может также вызвать рост рабочей силы, поверхностного напряжения, тепловыделения и износа. Уменьшение предварительной нагрузки может облегчить перемещение, но при этом может привести к смещению дисплея или панели.
Таким образом, необходимый баланс заключается не просто в том, что “чем больше крутящий момент, тем лучше”. Успешный механизм должен обеспечивать достаточное сопротивление удержанию, при этом позволяя целевому пользователю плавно изменять положение детали.
Шарнир с крутящим моментом не всегда является демпфером скорости
Шарнир с фрикционным моментом сопротивляется движению, но не всегда регулирует скорость закрывания так же, как гидравлический амортизатор или механизм плавного закрывания. При правильном подборе в соответствии с нагрузкой он может помочь уменьшить неконтролируемое движение, однако его не следует называть устройством плавного закрывания, если изделие не оснащено отдельным механизмом регулирования скорости.
Удерживающий момент, момент отрыва и рабочий момент
Одно значение крутящего момента не всегда отражает ощущения от работы шарнира на протяжении всего его хода. Инженерам может потребоваться учитывать несколько различных вариантов поведения.
| Срок | О чем в ней идет речь | Почему это важно |
|---|---|---|
| Крепежный момент | Сопротивление, которое помогает компоненту оставаться в состоянии покоя | Определяет, смещается ли панель после отпускания |
| Момент отрыва | Усилие, необходимое для начала движения из состояния покоя | Слишком высокий момент отрыва может привести к тому, что регулировка будет ощущаться как резкая |
| Рабочий крутящий момент | Сопротивление при уже начавшемся движении шарнира | Влияет на плавность хода и усилие при управлении |
| Изменение крутящего момента | Изменение сопротивления в диапазоне вращения | Значительные колебания могут привести к неравномерному движению |
| Снижение крутящего момента | Снижение сопротивления после многократных циклов | Может привести к длительному дрейфу угла |
Шарнир может обладать достаточным статическим удерживающим моментом, но при этом работать неудовлетворительно, если начальное усилие разблокировки слишком велико или если рабочий момент значительно изменяется в пределах рабочего угла.
Сопротивление одностороннему вращению и сопротивление двустороннему вращению
Направление крутящего момента не зависит от того, является ли шарнир фиксированным или регулируемым.
Односторонний крутящий момент
Односторонняя конструкция обеспечивает большее сопротивление при вращении в одном направлении и меньшее сопротивление — в противоположном. Это может быть полезно в тех случаях, когда узел должен легко перемещаться при открывании, но сопротивляться движению при закрывании, или наоборот.
Перед установкой необходимо проверить направление. Перестановка петли или её монтаж с противоположной стороны может привести к изменению предусмотренного режима работы.
Двунаправленный крутящий момент
Двунаправленная конструкция создает сопротивление как при вращении по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Сопротивление может быть приблизительно сбалансировано, либо для двух направлений могут быть заданные разные значения.
Двунаправленное сопротивление обычно применяется в тех случаях, когда пользователю необходимо изменять положение дисплея или интерфейса управления в любом направлении без использования отдельного фиксирующего механизма.
Поведение в режимах «Free-Stop», «Detent» и «Limited-Rotation»
Эти термины описывают особенности позиционирования и не должны использоваться как взаимозаменяемые.
| Поведение | Как это работает | Основное ограничение |
|---|---|---|
| Свободная остановка | Фиксируется в произвольных положениях в пределах рабочего диапазона | Рабочие характеристики привода зависят от нагрузки и стабильности крутящего момента |
| Фиксатор | Включается в заданных угловых положениях | Не обеспечивает непрерывное позиционирование |
| Ограниченное вращение | Механические упоры ограничивают максимальный ход | Ограничительные нагрузки не должны превышать расчетные значения, указанные в конструкции изделия |
| Непрерывное вращение | Обеспечивает полный или многократный поворот без фиксированного углового упора | Кабели и подключенные компоненты по-прежнему могут ограничивать вращение |
Шарнир, обозначенный как «360-градусный», не гарантирует автоматически неограниченного вращения кабеля. Электропроводка, трубопроводы, разъемы и близлежащие конструкции могут накладывать свои собственные ограничения на движение.
Сплошной вал против полого вала
Цельный вал
Цельный вал позволяет создать компактную конструкцию с прямой механической передачей вращения. Его использование целесообразно в тех случаях, когда через ось не должны проходить ни электропроводка, ни трубопроводы, ни оптический кабель.
Полый вал
Некоторые поворотные шарниры с моментом вращения имеют центральный канал для прокладки кабелей через ось вращения. Это позволяет уменьшить количество открыто проложенных кабелей и улучшить внешний вид кронштейнов для дисплеев, подставок для планшетов, интерфейсов управления и головок оборудования.
Наличие полого вала зависит от конкретной модели. Перед использованием канала необходимо убедиться в следующем:
- Наружный диаметр кабеля
- Минимальный радиус изгиба
- Доступный внутренний зазор
- Диапазон поворота
- Риск скручивания или истирания кабеля
- Размер разъема
- Требуемый ресурс
Центральное отверстие, размер которого достаточен для прохождения кабеля, само по себе не гарантирует надежное и долговечное перемещение кабеля.
Одноосевые и двухосевые поворотные конструкции
Одноосевой шарнир обеспечивает движение вокруг одной оси вращения. Он подходит в тех случаях, когда дисплей, панель или кронштейн должны наклоняться или поворачиваться только в одной плоскости.
Двухосная конструкция объединяет две управляемые оси вращения. Это позволяет наклонять и поворачивать монитор или интерфейс, однако обе оси необходимо оценивать отдельно. Каждая ось может иметь различные нагрузку, расстояние до центра тяжести, значение крутящего момента, диапазон вращения и условия прокладки кабеля.
Добавление второй оси также повышает важность жесткости кронштейна. Прогиб одного кронштейна можно ошибочно принять за ослабление шарнира или потерю крутящего момента.
Распространенные проблемы с опорно-двигательным аппаратом и их вероятные причины
| Выявленная проблема | Возможные причины | Что следует проверить |
|---|---|---|
| Панель медленно дрейфует | Недостаточный удерживающий момент, падение момента, смещение центра тяжести | Нагрузочные условия, количество шарниров, история циклов |
| Движение начинается с резкого прыжка | Высокий момент отрыва, прилипание к поверхности, чрезмерная предварительная нагрузка | Начальное усилие и динамика внутреннего трения |
| Вращение кажется неравномерным | Несоосность, монтажные искажения, колебания крутящего момента | Соосность вала и плоскостность монтажной поверхности |
| Одна петля кажется более тугой, чем другая | Неравномерное крепление, отклонения в допусках, неравномерное распределение нагрузки | Последовательность установки крепежных элементов, их выравнивание и жесткость кронштейна |
| Во время эксплуатации возникает шум | Загрязнение, износ, ослабленные крепежные элементы, несоосность | Точки крепления, люфт вала и поверхности трения |
| Кабель оттягивает дисплей из исходного положения | Изгиб или скручивание кабеля приводит к возникновению внешнего крутящего момента | Трасса прокладки кабеля, радиус изгиба и расположение разъема |
| После многократного использования крутящий момент снижается | Износ, ослабление предварительной нагрузки, температура или загрязнение | Результаты циклических испытаний и условия эксплуатации |
Что необходимо проверить в ходе тестирования прототипа
Поворотный шарнир, воспринимающий крутящий момент, следует оценивать в составе всей сборки, а не только как отдельный узел.
1. Проверьте полный рабочий угол
Проведите панель по всему предусмотренному диапазону движения. Убедитесь, что сопротивление остается в допустимых пределах и что ни один кронштейн, кабель, крепежный элемент или корпус не препятствует движению.
2. Проверка удержания угла
Остановите панель в нескольких положениях, в том числе под углом, при котором сила тяжести создает наибольший момент поворота. Понаблюдайте, остаётся ли она устойчивой или постепенно смещается.
3. Оценка оперативной силы
Шарнир должен обеспечивать достаточное сопротивление, чтобы удерживать деталь, не затрудняя при этом нормальную регулировку. Проведите испытание сборки с учетом предполагаемого оператора, положения рукоятки и направления доступа.
4. Проверка выравнивания и распределения нагрузки
Если две петли устанавливаются на одной оси, они должны оставаться соосно расположенными. Несоосность может привести к увеличению усилия при открывании, появлению шума, деформации кронштейнов и неравномерному износу.
5. Включить кабели
При испытании прототипа следует использовать реальный кабельный жгут или его репрезентативный эквивалент. Жесткость кабеля и особенности его прокладки могут создавать дополнительный крутящий момент, который отсутствует при испытании, проводимом только с использованием шарнира.
6. Повторите тест после езды на велосипеде
Сравните начальное движение и стабильность угла поворота с показателями после прохождения необходимого количества рабочих циклов. Зафиксируйте любые изменения крутящего момента, уровня шума, люфта, состояния крепежных элементов или износа троса.
Требуемый момент затяжки шарниров по-прежнему зависит от массы панели, расстояния до центра тяжести, угла работы, количества шарниров и запаса прочности. Используйте руководство по грузоподъемности петель при расчете требуемой нагрузки и крутящего момента перед испытанием прототипа.
Демонстрация установки и движения узла шарнира позиционирования.
Когда шарнир с поворотным моментом может оказаться неподходящим
Поворотный шарнир с ограничением крутящего момента — не всегда оптимальное решение для любого вращающегося узла. Другая опора или система управления движением может оказаться более подходящей в следующих случаях:
- Движущийся узел слишком тяжелый для компактного фрикционного соединения.
- В данном случае требуется регулируемая скорость закрытия, а не сопротивление удержанию.
- Панель должна надежно фиксироваться на время транспортировки, технического обслуживания или в целях безопасности.
- Ударные или ударно-нагрузочные нагрузки значительно превышают обычные рабочие нагрузки.
- В процессе использования центр тяжести значительно смещается.
- Рабочая температура выходит за пределы утвержденного диапазона для конструкции внутреннего трения.
- Узел требует обеспечения свободного вращения вала без ограничений.
- Опорные поверхности не способны обеспечить достаточную жесткость или правильное расположение валов.
В таких условиях для данной конструкции может потребоваться газовая пружина, механическая опора, стопорный штифт, система фиксации, поворотный демпфер, скользящее кольцо или более крупный шарнир на подшипниках в сочетании с отдельным устройством передачи крутящего момента.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В чём заключается разница между поворотной шарнирной петлей и стандартной шарнирной петлей?
Оба типа обеспечивают сопротивление вращению. В поворотном шарнире с моментом кручения, как правило, используется компактная конструкция, состоящая из вала, втулки, цилиндра или ротационного соединения, тогда как в обычном шарнире с моментом кручения часто применяются видимые створки шарнира, соединенные вокруг оси вращения.
Может ли любая шарнирная петля с регулировкой крутящего момента фиксироваться под любым углом?
Нет. Модели с свободной фиксацией могут фиксироваться в произвольных положениях в пределах своего рабочего диапазона. Модели с фиксацией фиксируются под заданными углами, тогда как модели с ограниченным вращением могут перемещаться только в пределах заданного углового диапазона.
Можно ли пропустить кабели через поворотный шарнир?
Только некоторые модели с полым валом имеют центральный канал. Перед использованием необходимо проверить диаметр кабеля, радиус изгиба, размер разъема, диапазон вращения, риск истирания и требуемый ресурс.
Почему шарнир с поворотным моментом после установки работает неравномерно?
К чистым причинам относятся: несоосность валов, деформация монтажных поверхностей, неравномерная затяжка крепежа, прогиб кронштейна, сопротивление кабеля или неравномерное распределение нагрузки между несколькими шарнирами.
Заключение
Поворотный шарнир с моментом сопротивления — это не просто стандартный шарнир с дополнительным сопротивлением. Его рабочие характеристики зависят от того, как взаимодействуют между собой вал, корпус, поверхности трения, система предварительной нагрузки, монтажные поверхности и подключенные кабели.
Самые важные вопросы заключаются не только в том, обеспечивает ли шарнир достаточный крутящий момент, но и в том, соответствуют ли его усилие разъединения, сопротивление ходу, направление вращения, поведение при позиционировании, выравнивание и стабильность крутящего момента требованиям всей сборки.
При заказе шарнира с крутящим моментом необходимо предоставить чертеж оборудования, диапазон поворота, условия нагрузки, количество шарниров, требуемое направление сопротивления, размеры вала, требования к прокладке кабеля и предполагаемое количество рабочих циклов. Это позволит оценить механизм шарнира с учетом фактических движений, а не выбирать его исключительно на основании общего значения крутящего момента.
Если вас интересуют модели шарниров с поворотным моментом или индивидуальные решения для вращения с валом, ознакомьтесь с нашим ассортиментом шарниров с поворотным моментом или отправьте свои заявки.
