摘(zhai)要:本(ben)次(ci)雙穩(wen)態液晶(jing)產品(pin)設計(ji)制(zhi)造(zao)訓練中(zhong),我(wo)們小(xiao)組決定從可折疊和(he)曲(qu)面造(zao)型(xing)為出(chu)發(fa)點(dian),設計(ji)並(bing)制造(zao)了(le)兩款(kuan)手(shou)寫(xie)板產品(pin),並(bing)對其(qi)分(fen)別進行了(le)ansys分(fen)析,制(zhi)造(zao)過程(cheng)中(zhong)發現(xian)了(le)許多(duo)設計(ji)與(yu)制(zhi)造(zao)結(jie)合上(shang)的缺陷(xian),收(shou)獲了很(hen)多(duo)經驗(yan).

 

壹、方案(an)的提出(chu)

 

項目(mu)啟(qi)動前(qian),經我(wo)們小(xiao)組討(tao)論(lun),有兩個可行方案(an),其(qi)壹是(shi)圍繞曲(qu)面造(zao)型(xing),其二(er)是(shi)圍繞折疊式(shi)手(shou)寫(xie)板,經過權衡(heng),考(kao)慮到我(wo)們組有(you)三名隊(dui)員(yuan),我(wo)們決定把兩個方案(an)同時(shi)進行下去,即(ji)使(shi)壹個(ge)方案(an)沒有實(shi)現也還能有另壹(yi)個(ge)方案(an).

 

二、構思與(yu)建(jian)模

 

A.曲(qu)面手(shou)寫(xie)板

 

曲(qu)面手(shou)寫(xie)板我(wo)們最(zui)想(xiang)得到(dao)的效果是(shi)其空(kong)間立體感,即(ji)外(wai)觀上(shang)的視覺沖擊.初步設想(xiang)是(shi)壹個(ge)弧面(圖(tu)示)整(zheng)體外(wai)觀有(you)了便設計(ji)細(xi)節,首先(xian)想(xiang)到的是(shi)筆(bi)的放(fang)置問題(ti),考(kao)慮到該(gai)手(shou)寫(xie)板的弧形外觀會(hui)造(zao)成(cheng)底部會(hui)有(you)比較(jiao)大(da)的空間(jian),正好(hao)可以(yi)放(fang)置手(shou)寫(xie)筆(bi)同時(shi)不會影(ying)響(xiang)到外觀.

為了(le)有放(fang)置電池(chi)電(dian)路(lu)板(ban)的空間(jian),我(wo)們采(cai)用夾(jia)層(ceng)式設計(ji),即(ji)在這個(ge)底(di)板(ban)上(shang)加壹個蓋板(ban),中(zhong)間的部分(fen)可以(yi)放(fang)置液晶(jing)膜、電(dian)池(chi)板(ban)等電(dian)路(lu)元件(jian).(圖(tu)示)

B.折疊式(shi)手(shou)寫(xie)板

 

折疊式(shi)手(shou)寫(xie)板我(wo)們的最大(da)期望(wang)是(shi)使(shi)其最(zui)大(da)限度(du)的接近工業(ye)產品(pin).由(you)於時(shi)間問(wen)題(ti),考(kao)慮到加工的設備有限,我(wo)們沒有花(hua)太(tai)多(duo)時(shi)間在設計(ji)新(xin)奇(qi)外觀.兩塊板(ban)采用長方形(xing)鏡(jing)像(xiang)設計(ji),主(zhu)體各由(you)三塊板(ban)組成(cheng).第壹塊(kuai)是(shi)外殼(ke),使(shi)整(zheng)個產品(pin)可以(yi)有(you)完好(hao)的外觀;第(di)二塊(kuai)是(shi)中(zhong)間板(ban),用以(yi)承(cheng)受主(zhu)要壓(ya)力(li)以(yi)及(ji)放(fang)置電路(lu)板(ban)、液晶(jing)膜等電(dian)路(lu)元件(jian).第(di)三塊為(wei)蓋板(ban),用於固(gu)定電路(lu)元件(jian).

(圖(tu)示按(an)順(shun)序為(wei)底板、中(zhong)間板(ban)、蓋(gai)板(ban))整(zheng)體裝(zhuang)配圖(tu)、爆(bao)炸(zha)圖(tu)如(ru)下:

 

三、加工工藝的選擇(ze)

 

由(you)於曲(qu)面造(zao)型(xing)金(jin)屬加工有較(jiao)高的難(nan)度(du)與工藝成(cheng)本,我(wo)們的曲(qu)面手(shou)寫(xie)板不考(kao)慮用金(jin)屬加工來做.考(kao)慮到3D打(da)印的靈(ling)活性(xing),曲(qu)面手(shou)寫(xie)板主(zhu)要采(cai)用3D打印工藝,將(jiang)整(zheng)個手(shou)寫(xie)板分(fen)為三塊進行分(fen)別打(da)印,依(yi)靠(kao)摩(mo)擦(ca)進行緊(jin)固(gu).

 

而對於另壹(yi)塊(kuai)折疊式(shi)手(shou)寫(xie)板,鑒(jian)於我(wo)們主(zhu)要以(yi)工藝性為(wei)主(zhu)要設計(ji)目(mu)的,我(wo)們采(cai)用鋁合金(jin)制作(zuo)其底(di)板和(he)蓋板,使(shi)其整(zheng)個外觀更(geng)加整(zheng)潔,具有(you)金(jin)屬質感.中(zhong)間板(ban)主(zhu)要為(wei)平(ping)面加工,考(kao)慮到激(ji)光(guang)加工平(ping)面加工的方便性(xing),中(zhong)間壹(yi)塊(kuai)設定為亞(ya)克力(li)板(ban).而對於折疊鉸鏈(lian)、電(dian)池(chi)槽(cao)、筆(bi)槽(cao)等細(xi)小(xiao)且(qie)形狀復(fu)雜(za)的零件(jian)壹(yi)律考(kao)慮用3D打印工藝.

 

零件(jian)細(xi)節圖(tu)示:

(從左到(dao)右(you)依(yi)次(ci)為鉸鏈(lian)、電(dian)池(chi)槽(cao)、筆(bi)槽(cao))

Ansys中(zhong)導(dao)入(ru)的模型(xing)

 

之後(hou)我(wo)們將(jiang)模型(xing)的四個(ge)支點(dian)進行固(gu)定,然後對(dui)整(zheng)個模型(xing)施加重力(li),重(zhong)力(li)加速度(du)設為9.8m/,再(zai)對底(di)座的上(shang)表面施加3000Pa的壓(ya)力(li),看(kan)看在模型(xing)受壓(ya)力(li)和(he)重力(li)的情況下會不會發(fa)生大(da)變形能不能承受住(zhu)這麽(me)大(da)的壓(ya)力(li).

設定的分(fen)析條(tiao)件(jian)

可以(yi)通(tong)過最後的結果(guo)圖(tu)發(fa)現(xian),底(di)座的最大(da)位移(yi)出(chu)現(xian)在底座的中(zhong)心處,位移(yi)量為1.86mm,數(shu)值上(shang)是(shi)比較(jiao)小的;最大(da)應力(li)值(zhi)出(chu)現(xian)在底座的四個(ge)支撐點上(shang),最大(da)應力(li)值(zhi)為19.86MPa,而工程(cheng)abs塑(su)料的許用應力(li)值(zhi)為24.5MPa.可以(yi)看(kan)出(chu)即(ji)使(shi)在3000Pa的壓(ya)力(li)作(zuo)用在整(zheng)個面下,底座仍然能承受.那麽(me)在通常(chang)在手(shou)寫(xie)板上(shang)寫(xie)字的時(shi)候,底(di)座仍然能承受住(zhu)壓(ya)力(li),不會產生較(jiao)大(da)變形.但是(shi)有壹(yi)點需(xu)要註(zhu)意:由(you)於底(di)座是(shi)靠4個(ge)支點(dian)支撐,所以(yi)底(di)座上(shang)不能放(fang)置太重的物體,以(yi)免(mian)支點(dian)上(shang)的應力(li)大(da)於abs的許用應力(li),致使(shi)底座變(bian)形.

 

既(ji)然底座在壹般(ban)狀況下是(shi)可以(yi)使(shi)用的,那麽(me)我(wo)們將(jiang)裝配(pei)體導(dao)入(ru)ansys,對裝配體進行模(mo)態分(fen)析,最(zui)後用在手(shou)寫(xie)板加載1—5Hz的諧載荷(he)來(lai)模擬寫(xie)字、畫(hua)圖(tu)狀態下,手(shou)寫(xie)板會(hui)不會出(chu)現(xian)松動.

 

將(jiang)裝配(pei)體導(dao)入(ru)後,我(wo)們首(shou)先(xian)將(jiang)蓋板(ban)和底(di)座的接觸(chu)設為摩擦接(jie)觸(chu),摩(mo)擦(ca)系(xi)數設為0.3.其它地方的接觸(chu)由(you)於不是(shi)關鍵部位(wei),所(suo)以(yi)就(jiu)直接設為主(zhu)體接(jie)觸(chu),不設置摩擦.

 

緊(jin)固(gu)部分(fen)設計(ji)為(wei)摩(mo)擦接(jie)觸(chu)

然後對(dui)手(shou)寫(xie)板進行模(mo)態分(fen)析.

 

將(jiang)模型(xing)的四個(ge)支點(dian)固(gu)定後,對(dui)整(zheng)個模型(xing)進行模(mo)態分(fen)析,計(ji)算(suan)出(chu)手(shou)寫(xie)板的固(gu)有頻(pin)率,通過這個(ge)基(ji)礎(chu),再(zai)向手(shou)寫(xie)板平(ping)面上(shang)施加頻(pin)率為1—5Hz、大(da)小為30N的諧載荷(he),觀察形(xing)變(bian).用以(yi)模(mo)擬人在手(shou)寫(xie)板上(shang)寫(xie)字的時(shi)候,手(shou)寫(xie)板的變形(xing)情況.

(整(zheng)體應(ying)變雲圖(tu))

(整(zheng)體位(wei)移(yi)分(fen)析)

 

五、設計(ji)亮(liang)點(dian)舉(ju)例(li)

 

本次(ci)項目(mu)裏面的折疊式(shi)手(shou)寫(xie)板主(zhu)要是(shi)由(you)我(wo)設計(ji)並(bing)加工的,因此(ci)這裏主(zhu)要談折疊手(shou)寫(xie)板的設計(ji)亮(liang)點(dian).

 

(1)折疊板(ban)的閉合與展(zhan)開(kai)方式(shi). 最(zui)初我(wo)的設想(xiang)是(shi)采用門閂結(jie)構,將(jiang)兩塊板(ban)當作(zuo)門,手(shou)寫(xie)筆(bi)當(dang)作(zuo)閂,手(shou)寫(xie)板閉(bi)合,可將(jiang)筆(bi)插(cha)入(ru),完成(cheng)鎖緊(jin).後期(qi)考(kao)慮到功能實(shi)現所需要的制造(zao)精度(du)與難(nan)度(du)都相(xiang)對(dui)較(jiao)高,該(gai)方案(an)未能實(shi)現.

 

最後(hou)采用的是(shi)磁(ci)鐵吸(xi)附(fu)的方式(shi),模(mo)型中(zhong)板兩側的圓形(xing)沈(chen)孔(kong)用於放(fang)置磁(ci)鐵,磁(ci)鐵吸(xi)附(fu)的優(you)點(dian)在於可重復使(shi)用率高,且(qie)操作(zuo)方便,該(gai)功能得以(yi)完(wan)美實(shi)現.

八(ba)、 感悟(wu)與(yu)展望(wang)

 

這次(ci)手(shou)寫(xie)板的制造(zao)過程(cheng)我(wo)的收(shou)獲非(fei)常(chang)多(duo).畢竟這是(shi)第壹(yi)次(ci)從結構設計(ji)、工藝選擇(ze)到具(ju)體項目(mu)規劃(hua)都(dou)自主(zhu)完(wan)成(cheng)的產品(pin)制造(zao),而且(qie)我(wo)認(ren)為(wei)我(wo)們組的成(cheng)品效果都(dou)比較(jiao)不錯.

 

很多(duo)細(xi)節上(shang)的東西,比如(ru)我(wo)為(wei)了(le)提(ti)高3D打印的表面精度(du)曾(zeng)請(qing)教(jiao)過老師,知(zhi)道了較(jiao)小零件(jian)的表面質量是(shi)可以(yi)通(tong)過調(tiao)節打印速度(du)、材(cai)料密(mi)度(du)、結合方式(shi)等來(lai)保(bao)障(zhang)的.比如(ru)設計(ji)的時(shi)候壹(yi)定要留(liu)下充足(zu)的加工余(yu)量,同時(shi)也要考(kao)慮到材(cai)料強(qiang)度(du)要求(qiu).比如(ru)鋁合金(jin)加工的時(shi)候可以(yi)使(shi)用適量的筋(jin)結(jie)構減小加工的形變(bian)量.

 

看到(dao)了3D打印技術(shu)存(cun)在的不足(zu),比如(ru)打印效率以(yi)及(ji)加工精度(du),這也是(shi)未來(lai)打(da)印機的可發展方向.

 

板的設計(ji)有(you)許多(duo)可改進的地方,如(ru)將(jiang)鉸鏈(lian)設計(ji)為(wei)隱(yin)藏式(shi)的,將(jiang)兩塊屏幕(mu)拼接(jie)在壹起(qi)、板的外形(xing)新(xin)穎化(hua)和輕量化(hua)設計(ji)等等.有(you)些設計(ji)上(shang)面的靈(ling)感我(wo)們應(ying)該(gai)多(duo)觀察網(wang)絡上(shang)前輩們的設計(ji)以(yi)汲取(qu)經驗(yan).

 

對於(yu)功能方面,手(shou)寫(xie)板的功能有待開發(fa).我(wo)們目(mu)前(qian)只能實(shi)現黑白的擦寫(xie),這與(yu)壹(yi)塊(kuai)普(pu)通筆(bi)記(ji)本(ben)無(wu)異(yi).未來(lai)若(ruo)有(you)條件(jian),我(wo)會(hui)考(kao)慮加裝藍牙設備,與電子設備連接,實(shi)現實(shi)時(shi)儲存(cun),同時(shi)可加壹些輔助書(shu)寫(xie)的網(wang)格於(yu)手(shou)寫(xie)膜表(biao)面.最(zui)期待的則(ze)是(shi)對於(yu)手(shou)寫(xie)板的核(he)心(xin)——雙穩(wen)態液晶(jing)手(shou)寫(xie)膜的研究,實(shi)現手(shou)寫(xie)板的彩繪(hui)功能.

 

最後(hou)對於給(gei)與我(wo)們實(shi)習機會以(yi)及(ji)配合我(wo)們加工的全體老(lao)師表示由(you)衷(zhong)的感激(ji).