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设计工程师在铰链硬件设计中的关键决策点

具有出厂设置阻力的恒定扭矩定位铰链提供连续的移动阻力,例如,可以使轻型塑料桌变得更重,使用时有坚实的感觉。

 

门铰链是世界上最常见且应用最广泛的装置之一。人们可能不太了解的是,铰链技术还可具备一系列复杂的功能,许多任务业设计师可以使用这些功能来改善他们所设计设备的操作性能。

这些铰链包括能够将门板按预设角度打开,消除额外组件的成本和人力的固定位置止动铰链,以及能够提供升力,使设计师得以控制所需的操作力来定位门板或屏幕的平衡定位铰链。来自各个行业的应用设计工程师得以从当今铰链技术所融合的一系列创新功能中获益。

无论是打开和放下飞机上的托盘桌,还是稍微调整一下收银台上的刷卡机,每个人都在日常生活中体验这些“触点”并由此产生各种印象。最新铰链技术具有多样性和复杂性,为工业设计工程师提供了新的工具,可以在他们创造的产品中实现独特的触点体验。

定位技术开启新的可能性

最常见的铰链也最简单:标准自由摆动铰链没有任何阻力,用于打开和关闭操作。它在重力作用下打开,承受被移动设备的重量。

除这一基本装置外,铰链已经演变成一种全新的、用途广泛的定位技术。利用定位铰链技术,设计师可以确定和调整移动或定位门板、显示屏、安全防护罩和灯等几乎所有开启、关闭和移动的固定组件所需的操作力度。

因此,定位铰链技术代表了一整套工具,设计师可以用它们来满足应用的人体工学和用户感知质量的要求。这些产品的功能包括:

  • 在不借助辅助支撑或其他组件的情况下,保持门板打开或关闭状态,以及将面板平稳地移动到位
  • 实现便利的零偏移,以便在门板或盖板打开时可以牢固地保持在用户预先确定的位置,并且一步到位
  • 提供特定的触觉反馈,以增强被铰链装置的质感
  • 无需气杆等额外组件或为了保持铰链阻力而拧紧螺钉等日常维护的特性有助于降低总体成本
  • 在打开和关闭操作过程中提供更平稳、更坚实的感觉,并且能够消除振动

使用定位铰链来改变或提升用户的感知有多种不同的方式。以飞机上的托盘桌为例。座椅设计人员必须在这些应用中使用极轻的塑料组件,有助于航空公司减轻飞机重量和节约燃料。

但是,如果托盘桌在打开时发生掉落的情况,乘客就可能质疑飞机本身的质量。如果使用具有出厂设置阻力的恒定扭矩定位铰链,乘客只需用适当的力量就可以放下托盘桌,这会令托盘桌具有更坚固的质感,并改善环境的感知质量。此外,采用优质材料设计和制造的恒定扭矩定位铰链在数千次飞行后仍可保持所需的阻力,而无需维护或更换零件。

定位铰链技术还可以根据其控制的运动和定位类型分为四大类,也称为“构件”。

  • 恒定扭矩定位铰链 - 能够在运动范围内的每个位置牢固固定
  • 止动和双稳态铰链 - 能够自动运动到特定位置并保持固定,例如 90 度位置
  • 平衡铰链 - 平衡铰链可以使人在打开较重的物体时感到轻松自如,或者通过简单的触摸即可将物体弹开
  • 阻尼铰链 - 可自动控制运动速度,无需手动控制

尽管许多应用只需要一种类型的铰链,但是将这些不同类别的铰链整合到一起,成为在单个设备中提供多种定位功能的多功能铰链。

恒定扭矩定位铰链:牢牢固定在每个位置

恒定扭矩定位铰链可保证顺畅操作并进行无限定位,利用此特性可以便捷地移动设备,例如打开和关闭笔记本电脑、收银台的固定显示屏等,并在停止时将铰接的装置保持在整个运动范围内的任意位置。

索斯科 E6 系列等恒定扭矩定位铰链能够实现可靠的定位和稳定的操作,无需辅助支撑部件即可将门板或面板固定到位。

设备可以固定在某一位置以便用户进行触摸或随意的互操作,而当用户需要移动设备时,却不用花费很大力气。超市收银台上的触摸屏的伸缩操作就是一个很常见的例子:

恒定扭矩定位铰链将触摸屏固定在底座上,使收银员可以上下倾斜触摸屏,以轻松实现最佳的视觉效果和交互效果;与此同时,如果需要点击屏幕上的图标和触控点,不必将屏幕从收银员需要的位置移开。

实现此功能的传统装置是夹紧或锁定装置,该装置通常不提供恒定扭矩定位铰链所能提供的无限定位能力或平滑、流畅的触觉反馈。而且恒定扭矩定位铰链还可实现单手操作,无需通过按下按钮或翻转操纵杆来移动设备。

此外,还可以更改恒定扭矩定位铰链的设计以提供不对称扭矩:将铰链沿同一直线的不同方向移动,即打开或关闭、向上或向下,需要不同的力量。这一功能已用于飞机座椅上某些类型的头枕。乘客可以轻松地将头枕翼向前拉向低扭矩方向,同时高扭矩方向仍然抵抗头靠向相反方向的力量。

止动铰链:推动并保持在预设状态

止动铰链可提供非常具体的运动和触觉反馈:门板或装置能够打开并锁定到预设角度,通常会产生明显的“咔嗒”声。这种类型的铰链通常十分适用于轻型柜门或其他必须始终处于打开状态的设备,便于用户通过。止动铰链要求用户不断移动设备,直至其达到工作环境所需的适当位置,例如,预设的 90 度。

固定位置止动铰链,例如索斯科的 C6 系列,能够以预设角度定位和保持门板打开。

 

有一种被称为双稳态的止动铰链变体,它包含一个内置的弹簧机构,一旦门板被打开,它就会自动将门板或设备推至预设的角度。当门板、检修门或盖板必须打开至某个最小角度以便于人员进出,或者需要避免与周围设备发生碰撞时,此功能将发挥巨大功效。借助简单的触控操作,双稳装置可以自动将面板旋转到两个首选位置之一,即完全打开或完全关闭。

对于需要这种类型的自动完全打开或完全关闭的应用,一些设计师可能会在基本铰链之外添加气杆或气体弹簧来实现所需的功能,因而增加系统的组件成本。利用双稳止动铰链,一切推动操纵皆可实现。

平衡铰链:移动重物易如反掌

平衡铰链对于轻松打开和移动沉重的门板和其他装置能够起到重要作用。。这种铰链结合了重型平衡弹簧,在门或装置关闭时能够储存能量,而当打开时则将能量释放出来,此时将门板移动到完全打开的位置所需的力量是最小的。在这一过程中铰链完成了大部分的工作。

索斯科的 CA 平衡铰链具有弹簧系统,可以通过平衡盖子的重量减轻提升和支撑盖子、门板和面板的压力,提供精确的平衡,从而提高定位的便利性。

 

平衡定位技术为需要升降沉重设备的应用环境提供了出色的解决方案,使用户的操作更安全、更轻松。这样的应用包括血液分析仪或离心机等医疗设备以及大容量冷柜等。

对于装有重型门板并且需要经常打开和关闭的应用(例如工业复印机)来说,平衡技术有助于减轻作业疲劳并提高操作效率。例如,具有对称扭矩铰链的门板可能需要 2.3 千克的外力才能从完全关闭位置打开到 90 度位置。如果使用平衡铰链,打开门板所需的力可以减小到 0.9 kg。

过去,为了能够打开重型门板,设计师会采用气杆或其他设备来提供额外的升力。现在,平衡铰链提供了一种更为经济的一体化解决方案。最新的平衡铰链可以与门锁相结合,实现弹出式操作:刚刚打开时,重型门板会抬起几度,然后用户可以轻轻推动使其完全打开到所需位置。

对于需要提升大型门板的应用,用户可以使用索斯科的 LIFT-A-SYST® 系列平衡铰链或类似的平衡扭力弹簧系统来抵消重型门板的重量,实现运动控制,从而轻松安全地打开和关闭面板。

 

阻尼铰链:受控开启

阻尼铰链为设计师提供了独特的选择:它们不控制设备的位置,而是控制设备移动的速度。如果门板、隔间或其他设备装配了阻尼铰链,当受到外力作用时,它会稳定地移动到打开或关闭位置,而不是突然弹开或需要用户将其推至关闭状态。

在汽车内饰等高端应用中,这种顺畅、平稳的运动形式正逐渐得到广泛应用。对于眼镜盒、USB 接线盒以及其他需要经常打开和关闭的储物空间来说,阻尼铰链能给用户留下技术含量高、内饰设计精致的印象,这正是众多设计师孜孜以求的关键要素。

为 “打开和关闭” 操作创造无与伦比的触觉价值

铰链技术的主要供应商认识到,每当打开、关闭或移动装有铰链的设备时,用户在施加外力的同时也在感受着独特的触觉体验。更高级定位铰链技术的出现为各个行业和应用的工业设计师提供了一套全新的工具来增强用户体验,从而改善用户对所用设备的印象。

随着应用范围的扩展,定位技术也出现更多类型。可以组合使用上述四种类型的铰链技术来满足多种需求。例如,一个铰链可以兼具止动和阻尼功能,以便轻松地将门板打开到固定位置并卡入到位,而在关闭时只需轻轻一推即可使门板以受控方式自行移动到关闭位置。

解决问题的关键在于确定每种应用的全部使用情况,即应该施加多少人体工学外力来打开、定位和关闭设备,以及需要哪些用户反馈才能有效且可重复地完成此动作。业界领先的铰链供应商在处理这些应用情况方面具有丰富的经验,可以帮助您确定最佳解决方案,并可以提供丰富的专业知识,以经济高效的方式为每种应用配置正确的定位技术。  

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