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蜂窝纹理扭曲环形装饰结构件

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2021-12-30 ID:482318
  • 蜂窝纹理扭曲环形装饰结构件

  该环形构件采用蜂窝镂空结合曲面扭曲的结构设计,在实际工程应用场景中,既可以作为装饰类环形配件嵌入轮毂电机的端部装饰区域,也可适配小型穿戴类装饰产品的结构承载需求,其结构设计充分考量了不同场景下的受力与外观平衡。从功能特性来看,外表面连续排布的正六边形蜂窝单元,并非单纯的装饰性造型,这类结构在环形曲面上的连续排布,能够在大幅降低构件整体重量的同时,保证环体径向与周向的结构刚度,避免薄壁环形件在受挤压、轻微磕碰时出现不可逆的形变;而整体环体沿周向的轻微扭曲弧度,打破了常规平直圆环的视觉单调感,让蜂窝单元随着环体曲面的扭转呈现出渐变的视觉层次,同时这种连续的曲面扭转没有出现结构突变,所有型面之间均为G2连续过渡,不会在注塑、3D打印或者金属粉末烧结的加工过程中出现应力集中的风险点。

  在设计思路的落地过程中,首先需要确定环体的基础截面参数,基础环的截面为等宽矩形截面,截面宽度与环体内径的比例控制在1:8的区间内,保证环体自身的结构强度不会因为截面过薄出现失稳,也不会因为截面过厚导致整体重量超标。蜂窝单元的尺寸设计需要匹配环体的曲率变化,在环体外表面展开为平面后,每个正六边形蜂窝的对边距离保持一致,随着环体的扭曲曲率变化,蜂窝单元的投影会自然呈现出渐变的透视效果,不需要单独调整每个蜂窝的尺寸,仅通过曲面阵列的方式即可实现全周的均匀排布,这种设计方式能够大幅降低建模过程中的特征数量,避免模型出现碎面、破面的问题,也能为后续的加工编程提供连续的刀路轨迹。

  从安装边界的角度考量,该环形构件的内圈为光滑圆柱面,没有设置额外的卡扣或者螺纹结构,在实际装配时可以通过过盈配合的方式压装到对应直径的安装基座上,内圈的圆柱面粗糙度要求控制在Ra1.6以内,保证压装过程中不会出现卡滞,同时压装后不会出现松脱的问题。环体的两个端面均为垂直于环体中心轴线的平整平面,端面与内圈、外圈的交接处均做了0.2mm的微小倒角,既可以去除加工过程中产生的毛刺,也能避免装配时锐边划伤安装人员或者配合零件。蜂窝镂空的壁厚与环体基础壁厚保持一致,所有镂空区域的边缘均做了等半径的圆角过渡,避免在受力时出现应力集中导致的开裂问题。

  在实际选型适配时,需要注意该构件的扭曲角度控制在周向15度以内,过大的扭曲角度会导致蜂窝单元的形变过大,反而会降低结构的整体刚度,同时也会增加加工过程中的脱模难度,如果采用注塑工艺生产,该扭曲角度能够保证模具开模时的顺利脱模,不需要设计复杂的抽芯结构,能够有效降低模具的制造成本。如果采用金属材质加工,该连续曲面结构也适配五轴联动加工中心的铣削工艺,或者金属3D打印的一体成型工艺,不需要额外的拼接工序,能够保证构件的整体结构强度。另外,蜂窝结构的镂空设计也为后续的表面处理提供了更多可能性,比如可以在镂空区域填充不同颜色的树脂或者珐琅材质,实现更多的外观效果,同时不会影响构件本身的结构性能。

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