产品重心的计算方式及安规10度斜坡计算讲解

更新时间:2021/3/30
收藏 说说

在我们生活当中,很多产品的设计,都是需要计算重心的,如果说没有计算好,设计出来的产品体验就不好,比如:电脑旋转椅子、台灯、风扇、滑板车、电脑显示器。

拿椅子案例来说,如果重心没有计算好,当你坐上去的时候,身体稍微前倾或者后仰一点角度,就会摔跤,接下来就是全场的同事看你的笑话,其实你并没有错,错在椅子的设计问题。

只要重心设计满足在产品的合理覆盖范围内,大于国标10度斜坡,或者15度斜坡设计值,基本上不会那么容易摔跤,这个是安规设计要求,也是经过不断测试得出来的安全值。

OK,我们接下来先从了解物体重心是什么开始解读他。

重心是物体所受重力的合力的作用点,物体的重心位置由物体的几何形状和物体各部分的质量分布情况来决定。质量分布均匀、形状规则物体的重心在其几何中点。一般物体的重心可能在物体的形体之内,也可能在物体的形体之外。

物体的形状改变,其重心位置可能不变。如一个质量分布均匀的立方体,其重心位于几何中心,当该立方体变为一长方体后,其重心仍然在其几何中心,棒的重心在其中间截面的圆心上,三角形的重心位置在三条中线的交点上,圆的重心是圆心。物体的重心相对物体的位置是一定的,它不会随物体放置的位置改变而改变。

以上来自百度知道给的比较好的解释,也就是说重心就在产品质量的最中心位置,如果形状不规则,就需要计算,下面会给大家分享CREO软件的计算方式。

了解完重心是什么后,再来了解一下天平杠杆原理。

天平是实验室中常用的仪器。天平是一种衡器,是衡量物体质量的仪器。它依据杠杆原理制成,在杠杆的两端各有一小盘,一端放砝码,另一端放要称的物体,杠杆中央装有指针,两端平衡时,两端的质量(重量)相等。

那么产品设计时,模拟他的重心是否在合理范围内,就需要找到重心以及天平的杠杆中心,这样才能计算出,是否在合理设计范围内。

OK,先来看CREO软件是如何计算重心位置的。

先随便绘制一个非规格的造型,因为规则的几何形态重心是很好侧出来的。

再用软件里面的质量属性进行分析,这个密度可以不输,因为单个零件不需要,如果是在组件里面计算,那么就要输不同单件材料的密度,这样计算出来才精准。

计算出来一个XYZ的重心坐标值,根据这个数据创建坐标重心点。

创建坐标系,找到了重心,那么我们根据这个重心点来计算,产品放置在桌面上会不会倒。

很显然,重心点已经超过了天平支点,产品是无法在桌面上立起来的,更何况要过10度斜坡。

那么就需要进行改良设计,方式无非2点:

1是砝码右移,右边重量增加,或者左边重量减少;

2是将天平支点延伸超过重心垂直线。

通过以上方式原理,我们来看几个常规产品的案列如何计算。

【案列1】无轴静置状态产品重心模拟计算。

来看这个产品图,立式台灯,静止摆设在哪里,正常情况下是不会摔倒。当人为的轻推倾斜10度角度后,是否还是不会倒呢?

我们来做一个简单的示意模拟图,来看看10度斜坡是如何计算的。

通过上面的方式,先找到重心位置,并且创建重心轴心。

根据10度斜坡模拟计算,当产品倾斜10度时,产品重心垂直线超过了底座天平支点,那么要想通过10度斜坡测试,则需要将天平支点外移,或者底座配重来移动天平砝码。

根据上图,10度斜坡做了2个角度示意,下面图就只做一个了,因为根据垂直平行四边形定律,当四边形旋转的时候角度是相等的。

下面我们用最常规的解决方式,加大底盘单边27.816,来解决10度斜坡问题,因为配重会增加产品重量以及运输成本,如果说外观无法接受,则可以选一个折中点。

调整后天平支点超过产品重心,满足10度斜坡测试需求。

【案列2】单轴旋转状态产品重心模拟计算。

这是一个两处都可以旋转的台灯产品,但是属于单轴,也就是X轴一个方向旋转的产品。当产品调整角度后,重心会跟随产品而变化,那么如何计算他能否过10度斜坡呢?

方式还是一样,先计算重心,然后模拟看一下,是否能够10度斜坡,图示状态是完全满足的,这是在升起状态。这是将底座不纳入计算的结果。

为何不将底座纳入计算?

通常情况下很多产品都是以纯塑胶材料来设计,配重这一块起不到多大作用,而且我们设计的时候都要做正向估值,也就是实际要大于设计值,当然想非常精准计算也是可以的。

接下来我们来旋转轴心,来看重心位置会跟随移动到哪里?

来看上图,旋转30度后,重心位置前倾下移,此时做了3种重心对比,升起前的位置,下降后的位置,以及底盘不纳入计算重心的位置。

会发现不将底盘纳入质量属性计算,重心要比纳入高而且前倾,所以,在设计计算这个重心的时候可以不纳入计算,这样产品实物做出来更加有保障。

如果不将底盘纳入重心计算,其实在草绘里面就可以直接模拟旋转重心的位置,就不需要反复去计算重心位置,增加工作量。

图示是直接二维草绘模拟,A代表升降最高重心位置,B代表旋转下降后的重心位置,那么在草绘的时候就可以模拟它的估值,当然也可以用组件调整旋转角度后,重新计算重心,再进行模拟计算,其实结果相差不多。

产品旋转30度后,重心已经偏移,此时10度斜坡已经无法通过,要改善解决此问题,还是一样,调整配重或者天平支点位置。

【案列3】多轴旋转状态产品重心模拟计算。

见上图,除了X轴心方向旋转,还有Y轴方向旋转,或者Z轴方向旋转,那么此时如何去计算旋转后重心是否满足10度斜坡呢?

方式还是一样,先要找到重心,然后计算10度斜坡,先计算出单轴方向的10度斜坡是否OK,然后再来计算另一轴的旋转重心是否符合,此处做正向大于估值计算,去掉了底盘的属性计算。

根据重心位置,先用旋转命令做一个曲面来模拟出10度斜坡所需重心的面积占比,圆圈直径54.399.

最后通过草绘来模拟头部重心跟随Y轴旋转,当达到20度时,头部重心占比超出了底盘,也就是天平支点,那么只能旋转小于20度才能过10度斜坡,大于则无法通过。

因为旋转的部分都是底盘以上的物质重量,那么计算好底盘以上的重心位置既可,除了计算升到最高位置的重心外,还要计算降到最低的重心,需要多次模拟计算。其最主要作用是模拟工作状态下是否满足安规要求。

解决方式还是一样,调整配重或者天平支点位置,说白了就是,底盘加大面积来满足重心所需倾斜的角度。

【结语】

1,以上分享的是计算方式,根据此方式要学会举一反三,根据不同产品,不同场景进行计算,多模拟计算几次你就明白了。

2,多轴联动重心模拟计算,适合很多产品,比如;举重机,坐椅,台灯,风扇等,不同的产品模拟方式有所区别,比如举重机,底盘配重就要计算进去,因为占比很大,如果是台式小风扇,则可以不需要,因为配重占比不大。

3,软件模拟在组件情况下时,需要输入正确的产品密度属性,教程偷了一下懒,不然还要把产品都画出来,太球累了。

— END —

收藏 点赞 喜欢 说说
免责声明: 未注明来源或注明来源为其他媒体的稿件均为转载稿,不代表本站观点和立场或证实其内容的真实性。由于各方面情况的调整与变化,本站所提供的信息仅供参考,相关信息敬请以权威部门公布为准。 本站为非盈利性机构,部分网络推广用于服务器开销及日常运营维护,本站不接受任何直接赞助。部分内容转载出于非商业性学习目的,版权归原作者所有,如有内容、版权、隐私等问题,请通过邮件 10053321@QQ.com 与本站联系。

艺考家长圈

艺术院校库

2426所院校信息
选地区
    选学校
    直达
    著名艺术院校 全国高校大全

    热文排行