多功能可調臺燈的結構設計

第1章緒論1.2課題研究的基本思路與采用的方法1.3課題研究目的和內容1.3.2課題研究的內容1.4課題研究的理論意義和實際意義第2章產品設計2.1.1光學設計參數及要求2.照度要求滿足GB/T9473-2017讀寫作業(yè)臺燈性能要求的A級照度(照度值見附錄A,照2.1.2電子設計參數及要求作，默認是3000K/25%,當短觸“+”鍵，亮度按照25%至100%依次變亮，當短觸“-”鍵，亮度按照100%至25%依次變暗，當再次短觸模式鍵，色溫按照3000K至6000K依次變冷，然后又由6000K至3000K依次變暖，依次循環(huán)，直到長觸模式鍵結束工作(觸摸鍵圖標見附錄C)。2.1.3結構設計要求2.要求燈頭能夠360度能調節(jié)，要求燈桿在+/-40度范圍內調節(jié)，要求燈座能在+/-90度模式鍵圖標調節(jié)色溫(色溫的變化規(guī)律如上所述),也可以短觸“+”鍵圖標增加光線強度或短觸“-”鍵圖標降低光線強度(亮度變化規(guī)律如上所述),若發(fā)現(xiàn)燈頭的位置不合適，2.2外觀設計本產品設計最大的特點是使燈頭在三個維度方向都能實現(xiàn)照明位置自由調節(jié)，基于此設計要求，最終外形設計如圖2-1,燈頭調節(jié)要求如圖2-2,燈桿調節(jié)要求如圖2-3,燈座調節(jié)要求如圖2-4。圖2-1臺燈外形線框圖圖2-2臺燈燈頭調節(jié)圖圖2-3臺燈燈桿調節(jié)圖圖2-4臺燈燈座調節(jié)圖2.3結構設計用無毒無味、無添加色的材料，如飲料瓶子選用PET,食品包裝選用PP、PE等，飲水用作，中端手機的外殼采用普通合金和PC+ABS,低端手機外殼通常會采用ABS。2.3.1轉動機構設計上下力臂不均勻(旋轉中心上方是10.1mm,下方是12.5mm),也就是說，重心在Y軸上，不如圖2-2,在燈頭外殼的內外分別設計摩擦片，然后用螺母鎖緊，調節(jié)螺母的鎖緊力度就可以調節(jié)摩檫力的大小，燈頭外殼轉動時，會直接與摩擦片2和摩擦片3產生摩擦。最終，轉軸的零件特征如圖2-3,分別由轉接軸、摩擦片和鎖緊螺母組成。轉接軸螺旋轉中心摩擦片1摩擦片1摩擦片2摩擦片4摩擦片3圖2-2轉軸設計原理圖圖2-3轉軸零件圖如圖2-4,從理論上分析，當燈桿向右(或向左)轉動時，角度θ不斷變大，力臂L與圖2-4燈桿受力圖經過理論研究后，燈桿轉軸的實際設計如圖2-5,轉動摩擦軸選用1215材質，與燈桿如圖2-6.摩擦片1摩擦片2摩擦片3圖2-5燈桿轉軸原理圖圖2-6燈桿轉軸零件圖3.燈座轉動機構設計由于燈座是正圓型的，旋轉中心在圓心上，重力方向與旋轉軸方向一致，當外力消失后，重力不會產生額外的扭力使燈座繼續(xù)轉動。因此，本人選用標準型號的滾珠軸承作轉軸用，且采購方便，使底座結構設計簡便。2.3.2燈頭部件結構設計經綜合研究，需將燈頭部件拆分成燈頭外殼、透光罩、燈頭轉軸和燈頭裝飾件等四個結構件及一個LED燈板，如圖2-7。圖2-7燈頭拆件圖燈頭外殼是燈頭部件的主體，在設計時，需要將其作為基準，考慮每個結構件與其裝配關系，才能對每個結構件做進一步的設計。為了方便檢修和維護，透光罩需要設計成有利于拆卸的結構，另外，考慮到外形美觀，可以采用卡扣特征與燈頭外殼連接；燈頭裝飾件僅是裝飾作用，不需要經常拆卸，甚至永不拆卸，可考慮直接用膠水將其與燈頭外殼粘合在一起，做成一體；LED燈板在工作時，會產生大量的熱量，若導熱和散熱不及時，會導致LED燈珠發(fā)熱嚴重，減少其使用壽命甚至直接將其燒毀，為了保證與燈頭外殼固定面完全貼合，能更好的將熱量傳導到燈頭外殼表面，快速實現(xiàn)熱交換，將多余熱量散掉，因此，采用螺釘鎖緊結構比較合適，既能讓燈板與燈頭外殼連接牢固，又能拆卸維修，每個1.燈頭外殼結構設計由于燈頭外殼尺寸偏小，若選用工程塑料作為燈頭外殼的材質，則需要在狹小的空間再設計一個有足夠散熱能力的結構件，會非常困難，若選用鋁合金作為燈頭外殼的材質，使燈頭外殼本身就是一個散熱件，則更有利于簡化結構設計，詳細結構特征如圖2-8,設計②設計軸向限位筋，防止透光罩被過壓或軸向移動；③設計徑向限位筋，防止透光罩在燈頭外殼里面轉動；④設計轉軸摩擦面及過線孔，安裝孔尺寸的設計參考轉軸的轉接軸直徑尺寸；⑤設計LED燈板安裝面及散熱結構，安裝面厚度尺寸不能隨便設定，需要考慮螺絲的選型，這里選擇《GB/T819十字槽沉頭機牙螺釘》中的M3X4規(guī)格的螺釘，外殼頂面的厚度只有1.5mm,需要加厚安裝面的厚度尺寸，散熱結構主要是利用熱傳導原理，將產生多余的熱量從安裝面通過鋁合金傳導到表面，由于空間尺寸的限制，提高傳熱效率，只能加大吸熱面積，于是特意在安裝表面設計多個矩形槽特征，在實際安裝的過程中，會在槽內填充導熱硅脂，避免過多的空隙產生。⑥設計LED燈板安裝孔，由于選擇的M3的機牙螺釘，查工藝手冊可知，在鋁合金上⑦設計裝飾片定位槽，一方面在槽里加膠水，可以減少溢出的風險，另一方面方便裝圖2-8燈頭外殼零件圖2.透光罩結構設計根據透光性特點，只有PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)和PMMA(聚甲基丙烯酸，俗稱：亞克力)三種材質適合應用到透光罩上，但是PS和PMMA兩種材質比PC材質的缺口沖擊強度低很多，表征為脆性大，不適合設計彈性卡扣特征，所以只能選擇PC材料作為透光罩的材質，由于GB/T9473對發(fā)光面有照度均勻度和防止眩光等要求，而透光燈罩表面是發(fā)光面，因此，需要在PC材料里面加均光粉，以達到照度均勻和防止眩光的目的。詳細結構特征設計如圖2-9,首先設計一個圍骨特征，增加透光罩強度，在圍骨上設計卡扣結構，用于連接燈頭外殼，考慮拆卸時，卡扣需要有彈性變形，兩個扣才能脫開，由于圖2-9透光罩零件圖帶有CD紋，可將燈頭裝飾件結構設計如圖2-10,實際加工時，可采用薄鋁板通過沖壓工圖2-10燈頭裝飾件零件圖2.3.3燈桿零件結構設計2-13,而調節(jié)燈桿產生的扭力相對較大圖2-12燈桿零件圖圖2-13燈桿燈頭連接端圖圖2-14燈桿燈座連接端圖圖2-15燈桿與燈頭裝配圖圖2-16燈桿與燈座裝配圖2.3.4燈座部件結構設計三個主要結構件.如圖2-17。圖2-17燈座拆件圖度至90度范圍內轉動，于是在底座設計了角度限位槽，其限位原理如圖2-21,限位圈與的左圖所示，調節(jié)的最大位置如圖2-21右圖所示，限位圈設計特征如圖2-22,采用的硬圖2-18燈座底座零件圖圖2-19軸承轉動機構圖圖2-20防滑墊零件圖圖2-21角度限位原理圖圖2-22限位圈零件圖2.燈座中殼結構設計如圖2-23,限位圈固定軸是用于固定限位圈零件且限制中殼轉動角度的范圍，限位原理如圖2-21,軸承孔是用于與滾珠軸承外圈過盈配合，使軸承外圈帶動中殼轉動，設計過線孔的目的是為了方面將DC插座的電線通過其穿入到中殼內給電子控制系統(tǒng)供電。轉軸安裝座用于定位和鎖緊轉軸，使燈桿與中殼產生連接關系，轉軸通過四個機牙螺絲鎖緊固定，在實際測試中發(fā)現(xiàn)，燈桿在產生扭力的情況下，四個鎖緊螺絲也會承受較大的力，導致螺釘滑牙，經分析發(fā)現(xiàn)，主要原因是配合的有效牙數有些偏少，于是將轉軸安裝座的面根據產品功能定義，臺燈需要有給手機能充電的功能，因此，將手機充電模塊設計了在燈座中殼里，充電模塊安裝柱就是為了定位和固定充電模塊，USB插孔是為端能插入到充電模塊做的避空設計，卡扣用于與燈座面蓋連接，安裝方便并拆卸自由，設計徑向限位筋的目的是防止燈座面蓋在中殼里能轉動，主要結構特征基本設計完成，但是在實際中，底座的重量是不夠的，通常在單手調節(jié)燈桿時，或者燈桿處于較大角度的位置構如圖2-24。燈稈過孔軸承孔圖2-23燈座中殼零件圖圖2-24配重塊零件圖里選擇優(yōu)質的工程塑料ABS作為面蓋的材質，面蓋的結構雖然看起來比較簡單，但是塑膠確定壁厚非常重要，如表2-1,本文設計面蓋壁厚取2mm,壁厚確定后，需要考慮卡扣和將限位結構(如圖2-23)設計在底座中殼上了，設計的PCB卡扣和PCB限位筋結構為了連接和固定電子控制板，卡扣和筋位厚度的設計原則如圖2-26。由于本產品具有調色和調光功能，需要通過三個按鍵完成此些功能，如圖2-27,減號鍵圖標表示亮度減弱功能，加號圖標表示亮度降增強功能，月亮圖標表示色溫循環(huán)調節(jié)功能，各圖標的結構設計方式是在圖2-25燈座面蓋零件圖圖2-26筋位設計原則圖圖2-26觸摸鍵圖標圖表2-1常見塑料件料厚推薦值星政材料最小料厚小型產品推薦料厚中型產品推薦料厚0和2.4設計效果圖2.5產品總裝圖燈頭外殼燈桿限位圈圖2-27產品總裝圖2.6產品應用情況本產品是一款基于市場上已有常規(guī)護眼臺燈基礎上的改進產品，主要解決的問題是讓用戶能夠在多維度方向自由調節(jié)燈頭照射的位置，實現(xiàn)更廣范圍的照明，經驗證，產品體驗效果好，已被國內三