工業(yè)設(shè)備多功能可折疊支架的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

萬(wàn)典華 WAN Dian-hua；萬(wàn)伏初 WAN Fu-chu

（廣東萬(wàn)喜至工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510000）

0 引言

工業(yè)設(shè)備在現(xiàn)代生產(chǎn)和制造中起到了關(guān)鍵作用，然而，如何有效地管理和布置工業(yè)設(shè)備上的顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等外部設(shè)備一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。傳統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)在滿足多樣化需求方面存在局限性，這促使了對(duì)更靈活、多功能的解決方案的需求。本研究旨在填補(bǔ)這一技術(shù)空白，提出一種創(chuàng)新的工業(yè)設(shè)備多功能可折疊支架的設(shè)計(jì)與制造方法。隨著工作環(huán)境的不斷演變，工業(yè)設(shè)備需要適應(yīng)不同的工作站布置、顯示器尺寸和外部設(shè)備需求。傳統(tǒng)的支架往往無(wú)法滿足這些多樣性的要求，因此需要一種全新的方法來(lái)解決這一問題。本研究的動(dòng)機(jī)在于提供一種靈活、可定制的支架設(shè)計(jì)，使工程師能夠根據(jù)其需求輕松地調(diào)整顯示器高度、角度和外設(shè)接口，從而提高工作效率和操作員的工作體驗(yàn)[1]。本研究的目的是通過深入研究支架的結(jié)構(gòu)組成、旋轉(zhuǎn)組件、升降塊和顯示器安裝、外設(shè)接頭開孔以及鼠標(biāo)鍵盤架等關(guān)鍵部件，提出一種創(chuàng)新的多功能可折疊支架設(shè)計(jì)，解決工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域常見的問題。通過這一研究，希望填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，為工程師和操作員提供更好的工作工具，從而提高工作效率和舒適性。

1 設(shè)計(jì)方案

工業(yè)設(shè)備多功能可折疊支架具有出色的調(diào)節(jié)性能，以滿足不同的工作需求。用戶可以輕松地調(diào)整顯示器的高度位置，以確保其在不同工作環(huán)境中的舒適度和可視性。此外，支架還具有角度調(diào)節(jié)功能，使用戶能夠按照個(gè)人偏好來(lái)設(shè)置顯示器的觀看角度[2]。這種靈活性使得支架非常適用于需要長(zhǎng)時(shí)間工作的操作員，他們可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，減輕工作壓力并提高工作效率。圖1 是工業(yè)設(shè)備多功能可折疊支架的結(jié)構(gòu)組成。

圖1 工業(yè)設(shè)備多功能可折疊支架

1.1 旋轉(zhuǎn)組件

旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)塊位于安裝板底部，具備特殊的結(jié)構(gòu)，包括缺口、螺紋孔和圓柱孔。通過旋轉(zhuǎn)螺釘?shù)臄Q緊或松開，可以調(diào)整缺口的大小，進(jìn)而改變圓柱孔內(nèi)體積的大小。這個(gè)結(jié)構(gòu)允許支架的角度和高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)連接塊與旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)塊相連接，并通過帶螺紋轉(zhuǎn)軸與鼠標(biāo)鍵盤架連接。旋轉(zhuǎn)連接塊與旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)塊之間設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸套，其長(zhǎng)度小于旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)塊兩端圓孔中心的連線長(zhǎng)度，以確保穩(wěn)定性。帶螺紋轉(zhuǎn)軸是與鼠標(biāo)鍵盤架連接的要件，其一端通過開槽固定在鼠標(biāo)鍵盤架上，另一端通過旋轉(zhuǎn)連接塊與旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)塊連接。這個(gè)結(jié)構(gòu)允許鼠標(biāo)鍵盤架的旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)。見圖2。

圖2 新型旋轉(zhuǎn)組件結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 升降塊和顯示器安裝

支架的升降塊位于安裝板上端，具備適配顯示器安裝孔的特點(diǎn)。升降塊的高度可以通過螺絲安裝在安裝板上的條形安裝孔進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種設(shè)計(jì)允許根據(jù)用戶的身高需求來(lái)調(diào)整顯示器的高度位置，從而提供更加舒適的工作體驗(yàn)[3]。

1.3 外設(shè)接頭開孔

支架的安裝板上設(shè)置了外設(shè)接頭開孔，用于安裝usb接口、網(wǎng)線接口和按鈕等外設(shè)。這些開孔的形狀和大小可根據(jù)具體外設(shè)的接頭要求來(lái)設(shè)計(jì)，以滿足不同外設(shè)的連接需求[4]。

1.4 鼠標(biāo)鍵盤架

鼠標(biāo)鍵盤架位于支架的前方，用于放置鍵盤和鼠標(biāo)。其表面具備一個(gè)沉臺(tái)，用于穩(wěn)固地放置鍵盤和鼠標(biāo)。鼠標(biāo)鍵盤架的設(shè)計(jì)允許在不凸出的情況下安裝沉頭螺釘，以確保外觀美觀。見圖3 和圖4。

圖3 新型鼠標(biāo)鍵盤架折疊狀態(tài)示意圖

圖4 新型鼠標(biāo)鍵盤架展開狀態(tài)示意圖

此外，過線臂是支架的關(guān)鍵組成部分之一，其一端通過普通轉(zhuǎn)軸與安裝座連接，另一端通過關(guān)節(jié)軸套與安裝板連接。過線臂采用半圓形設(shè)計(jì)，其中一端具備圓光孔，用于與普通轉(zhuǎn)軸的連接，而另一端也具備相似的結(jié)構(gòu)，與安裝板連接，并通過關(guān)節(jié)軸套與安裝板相連接。普通轉(zhuǎn)軸是過線臂與安裝座之間的連接要件，其一端與過線臂的圓光孔相匹配，使過線臂能夠自由旋轉(zhuǎn)。普通轉(zhuǎn)軸的端面具備螺紋孔，以便用轉(zhuǎn)軸螺釘進(jìn)行固定連接。安裝座是支架的基礎(chǔ)部分，通常通過螺釘安裝在工業(yè)設(shè)備上。在安裝座上方設(shè)有過線孔，用于通過線纜等連接設(shè)備。同時(shí)，安裝座的另一端具備沉臺(tái)軸孔，用于安裝轉(zhuǎn)軸，以確保整個(gè)支架的穩(wěn)定性。關(guān)節(jié)軸套連接過線臂與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，使其能夠相對(duì)旋轉(zhuǎn)。關(guān)節(jié)軸套通過螺釘與安裝板連接，以確保連接牢固。

2 工業(yè)設(shè)備多功能可折疊支架的測(cè)試與驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述多功能折疊支架的正確性，將對(duì)顯示器臂體支架的主要零部件進(jìn)行實(shí)物組裝裝配，然后再用專業(yè)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的測(cè)量，并實(shí)時(shí)將實(shí)際樣品的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終驗(yàn)證設(shè)計(jì)技術(shù)方案的合理性和可靠性[5]。

2.1 連接板組件和樞軸頭組件的功能測(cè)試和驗(yàn)證

將連接板組件和樞軸頭組件組裝在一起，然后用螺釘將6.0kg 顯示重量量塊擰緊到連接板上。最后，將整個(gè)部件固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，左右轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)重塊，軸套可以在塑料錐套中輕松旋轉(zhuǎn)360°而不會(huì)卡住[6]。使用扭矩扳手向摩擦鎖定機(jī)構(gòu)施加10.0N·m 的設(shè)計(jì)恒定扭矩（圖5），然后用手以30°的角度上下拉動(dòng)稱重塊500 次。實(shí)驗(yàn)完成后，觀察稱重塊仍能保持水平。

圖5 螺絲扭矩測(cè)量及數(shù)值

用電子數(shù)字扭矩扳手測(cè)量試驗(yàn)后安裝螺釘?shù)淖畲笈ぞ貫?.47N·m（圖5），表明經(jīng)過500 次上下拉力試驗(yàn)后，扭矩值逐漸減小。計(jì)算出的滑動(dòng)摩擦力為76.3N，仍大于配重塊的58.8N，表明摩擦鎖緊機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。如果扭矩值降低到無(wú)法支撐重量量塊的程度，并且出現(xiàn)掉落現(xiàn)象，可以使用六角扳手再次擰緊安裝螺釘，以確保足夠的滑動(dòng)摩擦。

2.2 大、小臂體組件的功能測(cè)試和驗(yàn)證

將外觀合格的大小臂部件放在檢查臺(tái)上，大小臂圓形端部有減少的料坑；電纜下蓋設(shè)計(jì)有懸臂鉤扣，確保電纜下蓋向前滑動(dòng)時(shí)，下蓋上的突出點(diǎn)能夠準(zhǔn)確地滑入臂體上的卡槽中，確保下蓋不會(huì)松動(dòng)或脫落。

上部和下部斜楔的角度分別為45°和30°，滑動(dòng)楔的上部和下部斜坡與上部和下部?jī)A斜楔的角度緊密匹配；楔形物的邊緣和角落已被倒角和倒圓（見黑色），以確保立桿順利穿過楔形環(huán)，并且不會(huì)相互干擾。將三段斜楔塊輕松地安裝在臂體的斜楔槽中，然后組裝彈性擋圈。三段式斜楔塊可在斜楔槽內(nèi)自由移動(dòng)，翻轉(zhuǎn)左右擺動(dòng)，斜楔塊不會(huì)從斜楔槽中脫落[7]。

擰緊螺帽前用數(shù)字卡尺測(cè)量楔鎖環(huán)內(nèi)孔尺寸φ40.73，如圖6 左圖所示；擰緊螺帽，鎖緊后測(cè)量楔鎖環(huán)內(nèi)孔尺寸φ39.18，如圖6 右圖所示；可以清楚地看到，鎖定前環(huán)的內(nèi)孔尺寸大于立桿外徑φ39.53，鎖定環(huán)的內(nèi)孔尺寸小于立桿外徑Φ39.53，楔形環(huán)可以有效地將楔塊鎖定在立桿上。通過計(jì)算，可以得出滑動(dòng)楔行程為0.6mm，與設(shè)計(jì)方案中0.5mm 的理論值大致相等。

圖6 斜楔鎖緊前內(nèi)孔尺寸及斜楔鎖緊后內(nèi)孔尺寸

2.3 顯示器支架的功能測(cè)試和驗(yàn)證

如圖7 左圖所示，將旋轉(zhuǎn)臂組件安裝在立桿組件上，臂組件離桌面的高度應(yīng)為225mm。安裝前使用數(shù)字高度計(jì)測(cè)量支架的高度尺寸，并將其高度位置設(shè)置為參考零點(diǎn)。在顯示器支架上安裝一個(gè)6.0kg 的顯示器稱重塊，如圖7 右圖所示。安裝后，用數(shù)字高度計(jì)測(cè)量顯示器支架基準(zhǔn)零點(diǎn)處的高度差為7.13mm，表示支架安裝后有明顯變形；與臂部件設(shè)計(jì)結(jié)論中10.7mm 的最大位移變形相比，兩者近似相等，表明顯示器支架的整體剛度和強(qiáng)度滿足初步設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

圖7 顯示器支架基準(zhǔn)零點(diǎn)示意圖及變形示意圖

總之，通過上述一系列的實(shí)物裝配功能實(shí)驗(yàn)測(cè)試，將其實(shí)驗(yàn)測(cè)試值與本文設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)作對(duì)比，其測(cè)試值與理論數(shù)據(jù)基本一致，說(shuō)明設(shè)計(jì)的零件模型模擬受力變形情況與實(shí)際零件工作狀態(tài)是基本相一致的，設(shè)計(jì)的參數(shù)是合理的、有效的、可靠的[8]。

2.4 多功能折疊支架的應(yīng)用效果分析

多功能折疊平板支架采用鋁合金材質(zhì)，重量大約380克，折疊之后大小相當(dāng)于2 個(gè)kinde 閱讀器的體積。最大承重高達(dá)1000 克；承載力十足，非常結(jié)實(shí)。

多功能支架轉(zhuǎn)軸通過三顆螺絲固定連接牢靠，并且底座下部安裝了硅膠墊，將支架往桌面上一放，穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)緊抓桌面，既防滑又防刮蹭，360 度旋轉(zhuǎn)支架，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)，分享屏幕方便快捷[9]。

雙轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)可以多角度調(diào)節(jié)高低俯仰，滿足各種角度的需求。下面的轉(zhuǎn)軸可以調(diào)節(jié)180 度的范圍，設(shè)備放置上去，可以平放，可以垂直，使用方便。

腳托彎鉤設(shè)計(jì)，在穩(wěn)妥地卡住平板的同時(shí)，可以避免平板電腦與金屬支架硬接觸的磨損。中間鏤空設(shè)計(jì)，有利于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用過程中方便散熱，兩側(cè)、彎鉤和面板下方這些和pad 接觸的地方都貼心的有硅膠條，在設(shè)備放置后，加大了摩擦力，固定設(shè)備更加牢固，還能防磕碰和刮花，轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)比較緊，這樣更加保證了放置的設(shè)備不易因重量而下降，保護(hù)了設(shè)備的安全[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文旨在解決工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域中常見的問題，即如何有效地管理和布置工業(yè)設(shè)備上的顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等外部設(shè)備，通過深入研究支架的結(jié)構(gòu)組成、旋轉(zhuǎn)組件、升降塊和顯示器安裝、外設(shè)接頭開孔以及鼠標(biāo)鍵盤架等關(guān)鍵部件，提出了一種創(chuàng)新的多功能可折疊支架設(shè)計(jì)，并詳細(xì)討論了其制造過程。以滿足不斷發(fā)展的工作需求，并推動(dòng)工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。這將有助于提高工作效率、降低操作風(fēng)險(xiǎn)，為工程師和操作員創(chuàng)造更加便捷和舒適的工作環(huán)境。