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塑胶件的结构设计:支承结构篇(下)

02   支承结构

接上篇:塑胶件的结构设计:支承结构篇(上)

上篇已经介绍了重心位置对产品平衡稳定性的影响,即重心应尽量设计得越低,重心位置越低,势能就越小,物体的稳定性越好。同时,重心在竖直方向的投影只有落在物体的支撑面内或支撑点上,物体才可能保持平衡,且支承面越大,重心在竖直方向的投影离支承面中心越近,稳定性越好。

需要注意的是,这里提到的支承面,指的是物体与地面的接触点构成的支撑多边形区域。

1)如果物体与地面刚好完全接触,则支承面为物体与地面的贴合面(阴影部分)。
2)如果物体与地面是通过物体的支撑点与地面接触,那么支承面为支撑点相连构成的多边形区域(阴影部分
3)如果物体与地面是通过物体的某部分与地面接触,那么支承面为此部分相连构成的多边形区域(阴影部分
在实际的产品设计中,一般不会设计整个大面与地面接触,第一,产品的底部的平面度不一定高,特别是对于大型塑胶件来说,容易因注塑收缩不均引起翘曲变形,不能保证良好的支承。第二,地面或者桌面不一定足够平整。
因此,一般在底面通过设计支承结构来支撑。
一、支承面的设计要点:
1、支承面的类型,通常有凸台、凸条、凸点等几种,这几种通常是在底壳(塑胶件或钣金件)上直接原身设计出来,有些外形尺寸、重量比较大的产品会额外设计支撑脚(地脚)进行支撑。

图:凸点支撑

图:凸条支撑

图:各类型凸台

图:整体型凸台

图:隔断凸台

图:电脑机箱可拆卸地脚

图:自动化设备机台地脚

图:可调节高度的地脚

2、支承面(凸台、凸边、凸点)的大小,必须能满足一定强度要求,特别是对于重量比较大的产品,支撑面太小,容易损坏;高度h至少大于0.5,宽度d可根据产品大小而定。

3、支承面(凸台、凸边、凸点)的数量,一般设计3到4点即可满足一般产品的支承。

1)具体的数量还跟产品的具体外形有关,比如下如产品为类三角型,设计3个支撑点较为合适。
2)对于类长方型的产品,通常在四个边角附件设计4个支撑点,支撑点的形状可以根据产品底壳造型设计,以取得更好的外观效果。
3)有些设计是通过合并支撑点减少支撑点的数量,这种常见于产品采用软胶支撑垫,主要目的是为了简化装配,以及增大软胶支撑垫与接触面的接触面积,缺点是比较费料,且对软胶垫的平整度要求高。

图:简化成一块软胶垫

图:4个软胶垫简化成2个软胶垫

4)有时候,同一类型产品有不同的设计,下图圆型音箱底部不同的支撑点设计,支撑点越多,其支撑多边形就越大,稳定性就越好,(前提是,每个支撑点的高度一致性要好,否则可能会存在不平整情况),一般情况下,单独的支撑点设计一般不超过6个,再多的话可以简化成一整圈设计,如下图中的第一个。

4、支承面(凸台、凸边、凸点)的位置,一般沿着产品底座外形排布,尽量往边沿靠,保证支撑多边形的大小,尽量把产品的重心垂直投影点落在支撑多边形的中间区域,以取得最优稳定结构。

5、支承面(凸台、凸边、凸点)的特殊功能设计,有些产品不单单设计支撑,同时必须满足一定的特殊功能设计,使产品能提供良好的用户体验,一般的功能设计有:防滑设计,减振震设计,耐磨设计等。

1)防滑设计

在支撑面上做防滑设计是一种很常见的设计,兼具支撑和防滑功能。对于大部分产品,我们不希望它是可以随意滑动的,对产品本身和使用者而言,这样会额外产生危险。

图:体重秤的支撑脚垫

不同品牌笔记本的防滑垫设计:

图:苹果笔记本

图:小米笔记本

如:华为笔记本

图:联想笔记本

通常,采用软性脚垫支撑,可以达到很好的防滑设计,常用的软胶垫材料有硅胶、TPE、TPU等,对于一些低端产品,也有用EVA泡棉代替,但其效果和质量显然会差些。

图:EVA泡棉垫

防滑垫的安装设计,一般有两种:
第一种,采用过盈配合,通过软胶塞与孔产生紧配作用,这种比较适合分散的单个支撑点。
第二种,采用背胶粘贴,通过在软胶垫的背面附上背胶(双面胶)与底座粘贴在一起,这种比较适合具有一定平坦面积的防滑垫。

防滑垫除了提供防滑作用,还有一个非常受结构工程师喜爱的功能,就是可以遮盖螺丝孔,美化外观效果。

2)减振设计
与防滑设计的区别在于,软胶垫的硬度低,厚度大,以衰减产品与接触面之间的振动传递,防止产品在使用过程因振动发生位移,常见于具有振动功能的产品,如洗衣机、豆浆机、破壁机。

有些洗衣机甚至增加减振弹簧,缓冲高速脱水时的滚筒震动,同时减少噪音。

3)耐磨设计

与防滑设计的区别在于,软胶垫的材料具有较高的耐磨性,常应用在鼠标产品上。鼠标脚垫是底部软质垫子,与鼠标垫直接接触,避免鼠标的塑料底部直接与鼠标垫摩擦以延长鼠标的使用寿命,并且使鼠标与鼠标垫摩擦系数变小,移动得更流畅,易于操控,这种鼠标脚垫主要是铁氟龙或UPE等材质,这两种材质的主要特点是耐磨且摩擦系数小。

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