带铰支座的同轴套连接结构练习件

　　这个铰接支撑类零件，常出现在中小型自动化输送线的摆臂铰接位、小型工装夹具的翻转连接端，还有轻型升降设备的导向支撑节点里，承担着径向承载、铰接转动、轴向定位的复合作用，很多入门结构设计人员在做简单运动机构时，最先接触的就是这类把支撑、铰接、安装基准整合到一体的零件。从结构功能上拆分来看，上部的同轴沉孔是核心的安装定位位，沉孔的锥面过渡段不是随意做的造型，一方面是为了匹配带锥面的衬套压装，避免压装时衬套端面切边，另一方面也能在装配时给轴类零件做导入导向，减少装配对位的时间，沉孔的直段部分是和衬套过盈配合的工作面，粗糙度要求要控制在Ra1.6以内，不然衬套压装后容易出现松动跑圈的问题。

　　下部的两个平行支耳是铰接受力的核心部位，支耳上的同轴通孔是穿铰接销轴的位置，两个孔的同轴度公差要控制在0.02mm以内，不然销轴穿入后会出现卡滞，转动时摩擦力矩过大，甚至会出现支耳单侧受力断裂的情况；支耳的下端做了圆弧过渡，不是为了造型好看，是为了给摆臂转动留出足够的摆动空间，避免摆臂转动到极限角度时和支耳下端发生运动干涉，同时圆弧过渡也能减少支耳根部的应力集中，毕竟铰接位在承受冲击载荷时，应力最容易集中在直角拐角处，圆弧过渡能把局部应力峰值降低40%左右。

　　中间的连接方块是整个零件的基准基体，上部的沉孔和下部的支耳孔的位置度公差，都是以这个方块的相邻两个垂直端面为基准来标注的，实际加工时也是先铣出这个方块的六个面，打好工艺基准，再去加工上部的沉孔和下部的铰接孔，这样能更好的保证各形位公差的精度。从安装边界来看，这类零件的安装面一般是方块的后端面或者上端面，根据不同的使用场景选择，方块上预留的两个小孔是安装固定的螺纹孔，孔距要和安装基板上的孔位严格对应，安装时要保证零件的基准面和安装基板完全贴合，不能有翘曲，不然会导致上部的孔和下部的铰接孔出现位置偏移，影响整个机构的运动精度。设计这类零件的时候，首先要先确定上部安装轴的直径和载荷，算出沉孔的壁厚，壁厚不能太薄，不然承受径向载荷时会出现胀裂，一般壁厚要取轴径的0.25-0.3倍；然后要确定下部铰接件的厚度，算出两个支耳之间的开档尺寸，开档要比铰接件的厚度大0.2-0.3mm，留出装配间隙，避免铰接件转动时和支耳侧面发生摩擦；支耳的厚度要根据铰接销轴的直径来算，一般单侧边支耳的厚度要大于等于销轴直径的0.4倍，保证支耳有足够的抗剪切强度，不会在承受冲击载荷时出现支耳断裂的情况。

　　很多初学者在做这类零件建模的时候，容易忽略工艺性的问题，比如把支耳和基体连接的位置做成直角，没有留过渡圆角，实际加工的时候直角位置容易出现应力集中，而且铣加工的时候直角位置也不容易清根；还有的会把沉孔的过渡锥角做的太小，导致衬套压装时导向不足，容易压偏。另外在做尺寸链核算的时候，要注意上部沉孔的中心到下部铰接孔中心的中心距公差，这个尺寸直接影响整个摆臂机构的运动行程，公差一般要控制在±0.05mm以内，不然会导致机构的运动位置出现偏差，达不到设计的行程要求。这类零件一般用45号钢加工就可以满足大部分场景的使用要求，如果是在有腐蚀的环境里使用，可以换成304不锈钢，受力不大的场景也可以用铝合金加工来降低重量，不管用哪种材料，铰接孔的位置最好都做淬火处理或者压入铜衬套，提高铰接位的耐磨性能，延长零件的使用寿命，毕竟铰接位是长期反复转动摩擦的部位，没有耐磨处理的话，用不了多久就会出现孔位磨偏，导致整个机构晃动间隙变大，精度丢失。