音响转盘结构设计
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【摘要】为了使转盘结构能有效的起到支撑音箱箱体自重，转动顺畅，避免震音，协调产品外观，用廉价的材料与简易结构达到此效果，此文用科学的计算方法，利用机械设计入门学科中的知识，将弹簧与滚珠从工程力学的角度去分析与说明。
【关键词】弹簧，滚珠轴承，滚珠，劲度系数，摩擦系数
1.产品开发要求与标准
在产品开发过程中，有一项目的产品在结构上要实现转动的功能，产品ID上分四个木箱体，每个箱体自重10KG ，箱体与箱体之间要转动，并且起到联接的功能，些结构的开发要求如下：
1：相对于箱体正面能左右90度转动，公差为±2度。
2：转动时每15度一个档位转动，转动时尽量不带声音，有轻微挡位手感；需一定的作用力才能转动音箱
3：转盘安装在箱体后，单个转盘的上下盖板摇摆公差为±0.5MM ，两节箱体左右摇摆公差为±1.5MM，箱底部与顶部的摇摆公差为±10MM（主箱高度为1036MM ，每节箱体尺寸为280*280*250H）
4：转盘旋转寿命约在2000次左右
1螺杆，2螺母，3上盖板，4弹珠，5弹簧，6 固定支架，7下盖板，8密封罩，9螺钉
2.原理与力学分析
转盘外形尺寸为φ177*12（H） ，转盘上下相对运动部件采用钢材冲压加工，钢材的表面处理采用喷漆工艺，为增强其强度在部件中部避空位置采用散射状的加强筋位结构，用弹珠与弹簧结构来达到每15度一档的转动效果与手感，箱体之间的自重通过滚珠轴承与螺杆来支撑与联通，两箱体之间螺杆的锁紧力不能超过滚珠轴承的轴向剪切力。
转盘在轴向受到的力只有箱体对其施加的重力F，因为每个箱体的自重为10KG，自上而下最下面的转盘将受到30KG的重力。
F=mg=9.8N/Kg*30Kg=294N
1：钢圈 2：螺杆与螺母 3：上盖板 4：下盖板 5：深沟滚珠轴承
转盘与箱休安装固定后，轴承外圈，下盖板与下箱体成为一个运动整体，螺杆螺母，轴承内圈，钢圈，上盖板与上箱体成为一个运动整体。两个部分做相对运动时，转盘纵向受力主体为轴承与钢圈。轴承主要受到轴向的力，深沟球轴承理论不受轴向力，但实际应用过程中可承受轻微的轴向力，因它有一定的调心作用，受轴向力之后的球轴承的受力情况相当于有了接触角，变成了类似于角接触球轴承，如深沟球轴承处于单纯的轴向负荷下，则该轴向负荷一般不应超过 0.5 Cor与0.5Cr的值。现时最底部的轴承最大受到的轴向力只有294N，截取部分深沟球轴承参数如下：
此文出于对产品ID高度12mm限制，同时受到的轴向力只有294N，转动时的推力也很小，所以选用B6806ZZ轴承Cr（动）4.7KN与Cor（静）3.65KN ，选用的深沟球轴承完全可以承受到产品在轴向与径向上产生的力。
Fa（轴向）
Fa（轴向）
转盘在转动时受到的径向力为弹簧力F1，摩擦力F2，转动时的推力F3。
此图为其中一个弹珠所运动的形式简化图，其合力为F3-F2，当其受力静止不动时F3-F2=0，只有当F3大于F2时才能克服摩擦力做运动。
F合=F3-F2
F2为弹珠与钢材表面所产生的摩擦力，不同材料之间的摩擦系数μ不一样，以下为摩擦力的计算公式与部分普通材料之间的摩擦系数μ，在转盘与弹珠接触面加上润 滑作用的黄油，可以起到减少摩擦力，减少杂音与震动。FN为弹珠与钢材接触点所受到的垂直力。
F2=μFN
FN为弹珠与钢材接触点所受到的垂直力，FN即为弹力，其公式如下：
FN=COSθKX
公式中的K为劲度系数，k值大，说明形变单位长时需要的力大，或者说弹簧“硬”。劲度系数又称刚度系数或者倔强系数，在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。x是弹簧形变量。COSθ为弹簧做爬波时滚珠与接触面的分力，角度θ随着运动在不停的变动。
G=线材的钢性模数：碳钢丝G=79300 ；不锈钢丝G=697300 ，磷青铜线G=4500 ，黄铜线G=350，d=线径 Do=OD=外径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2。K为劲度系数，表示弹簧的一种属性，它的数值与弹簧的材料，弹簧丝的粗细，弹簧圈的直径，单位长度的匝数及弹簧的原长有关。本文中设计的弹簧采用弹簧钢0.6mm，外径为7mm，有效圈数为15圈，得到的K值为544N/m。
参考文献：
《机械工程及自动化简明设计手册》机械工业出版社 主编：叶伟昌
《工程力学》高等教育出版社 主编：范钦珊
《弹性力学》高等教育出版社 主编：徐芝纶
《机械工程材料》机械工业出版社 主编：沈莲
GB/T276―1994和GB/T276―2007深沟球轴承
作者简介：姓名：朱伟坚，性别：男，出生年月日：19841104，民族：汉，籍贯：广东，单位：广州国光电器股份有限公司，学历：本科，职称：中级工程师，研究方向：消费类电子结构