一种铰链结构的制作方法

1.本技术涉及机械结构领域，尤其涉及一种铰链结构。


背景技术：

2.随着无线通讯技术与信息处理技术的迅速发展，笔记本电脑、可折叠平板等带屏幕的智能设备成为生活中常见的电子产品。
3.以笔记本电脑为例，目前，通常使用铰链结构连接屏幕和主机。当前的铰链结构通常为纯阻尼结构，通过压紧弹簧以及锁紧螺母的方式实现。对于这种阻尼结构，由于在屏幕转动过程中的重力矩的作用，会在屏幕转动过程中有停顿感，也就是说会对转动过程中的跟手度的一致性和连贯性产生影响。
4.现如今用户对屏幕转动过程中的使用手感一致性越来越高，如何最大可能保证转动过程中的使用手感的一致性成为一个值得关注的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种铰链结构，用以解决现有的铰链结构无法保证转动过程中的跟手度的一致性和连贯性的问题。
6.第一方面，本技术提供一种铰链结构，所述铰链结构包括旋转套，与所述旋转套连接的连接片；与所述旋转套固定连接的中心轴，所述中心轴的一侧套设组件，所述组件包括扭簧；在与所述连接片连接的负载的转动行程中，所述扭簧的扭矩的方向与所述负载对应的重力矩的方向相反。
7.现有的铰链结构，在闭合笔记本电脑的转动行程中会有停顿感，跟手度不高。采用上述设计，考虑到了在转动行程中负载对应的重力矩的变化，扭簧的扭矩和重力矩的方向始终保持相反，可以实现抵消重力矩，从而减轻负载对应的重力矩的影响。
8.在一种可能的设计中，所述扭簧的一侧包括第一连接柱，所述第一连接柱与所述旋转套上的连接孔相配合。
9.在一种可能的设计中，所述组件还包括结构件和连接件；
10.所述扭簧位于所述结构件的腔体中；
11.所述扭簧的一侧包括第一连接柱，所述扭簧的另一侧包括第二连接柱；
12.所述结构件设有第一连接孔，使得所述第一连接柱与所述第一连接孔相配合；
13.所述连接件设有第二连接孔，使得所述第二连接柱与所述第二连接孔配合。
14.在一种可能的设计中，所述连接件包括第一孔，所述第一孔的剖面所对应的图形与所述中心轴端部的端面所对应的图形相同，所述中心轴穿过所述第一孔，以使得在所述中心轴转动时，所述中心轴通过所述连接件带动所述扭簧转动；
15.所述结构件包括第二孔，所述第二孔的剖面所对应的图形与所述中心轴端部的端面所对应的图形不同，且所述第二孔使得在所述中心轴转动时，所述结构件不随所述中心轴转动。
16.在一种可能的设计中，所述铰链结构在所述转动过程中，所述扭簧的扭矩的大小与所述负载对应的重力矩的大小的差值的绝对值小于预设阈值。
17.采用上述设计，通过扭簧的扭矩对重力矩的抵消，在转动行程中跟手度会显著提高。
18.在一种可能的设计中，所述负载的重力矩由所述负载的中心在水平面的投影点到所述中心轴的垂直距离以及所述负载的质量确定。
19.在一种可能的设计中，所述扭簧的扭矩由所述扭簧随着中心轴转动的角度以及所述扭簧材料的弹性模量确定。
20.在一种可能的设计中，所述扭簧可以为非线性扭簧，或者线性扭簧。
21.在一种可能的设计中，所述非线性扭簧的扭矩曲线中的任意位置的扭矩与所述负载的重力矩曲线中的相应位置的重力矩的大小相等，方向相反。
22.采用上述设计，在整个转动行程中，扭簧的扭矩与重力矩大小相等，方向相反，能够实现扭簧的扭矩对重力矩的全部抵消。
23.在一种可能的设计中，对于所述转动行程的起点位置和终点位置，所述线性扭簧的扭矩曲线中的相应扭矩与所述负载的重力矩曲线中的相应重力矩大小相等，方向相反。
24.采用上述设计，能够实现在整个转动行程中，扭簧的扭矩对重力矩的部分抵消。
25.第二方面，本技术提供一种笔记本电脑，包括如第一方面中任意一种可能的设计的铰链结构。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例提供的一种铰链结构的示意图；
28.图2为本技术实施例提供的一种组件的一种可能形式的爆炸图；
29.图3为本技术实施例提供的一种组件的另一种可能形式的爆炸图；
30.图4为本技术实施例提供的一种中心轴端部的端面的示意图；
31.图5为本技术实施例提供的一种连接件的剖面图；
32.图6为本技术实施例提供的一种组件的剖面图；
33.图7为本技术实施例提供的一种负载的中心到中心轴的距离的示意图；
34.图8为本技术实施例提供的一种非线性扭簧的扭矩曲线与负载的重力矩曲线的示意图；
35.图9为本技术实施例提供的一种线性扭簧的扭矩曲线与负载的重力矩曲线的示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施
例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
37.本技术描述的应用场景是为了更加清楚的说明本技术实施例的技术方案，并不构成对于本技术提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的问题，同样适用。
38.本技术实施例提供一种铰链结构，用以解决现有的转轴结构在转动的过程中手感不一致的问题。
39.图1为本技术提供的一种铰链结构的示意图。
40.铰链结构包括：旋转套400，与旋转套400连接的连接片100，与旋转套400固定连接的中心轴200，套设在中心轴上的组件300，其中，组件包括扭簧320；
41.在与连接片100连接的负载的转动行程中，扭簧320的扭矩的方向与负载对应的重力矩的方向相反。
42.示例性地，连接片100可以连接笔记本电脑的屏幕。
43.以下结合附图对组件300的结构进行说明：
44.在一种可能的实现方式中，如图2所示，扭簧320的一侧包括第一连接柱321,第一连接柱321可与旋转套400上的连接孔410相配合。
45.如图2所示，组件300还包括结构件310，结构件310设有第一连接孔311，扭簧320的另一侧包括第二连接柱322，第二连接柱322可与第一连接孔311相配合。此外，结构件310还包括第二孔312，第二孔312的剖面与中心轴200端部的端面不同，使得中心轴200转动时，结构件310不随中心轴200转动。
46.当用户控制与连接片100连接的负载进行转动时，连接片100带动旋转套400，旋转套400带动中心轴200和扭簧320转动，使得扭簧320扭转一定角度，产生扭矩，扭矩的方向和负载对应的重力矩方向相反。
47.在另一种可能的实现方式中，如图3所示，组件300还包括结构件310，连接件330。扭簧320位于结构件310的腔体中；扭簧320的一侧包括第一连接柱321，结构件310设有第一连接孔311，第一连接柱321可与第一连接孔311相配合；扭簧320的另一侧包括第二连接柱322，连接件330设有第二连接孔332，第二连接柱322可与第二连接孔332相配合。
48.如图3所示，连接件330包括第一孔331，第一孔331的剖面所对应的图形与中心轴200端部的端面所对应的图形相同。中心轴200穿过第一孔331，在中心轴200转动时，中心轴200通过连接件330带动扭簧320转动。
49.结构件310包括第二孔312，第二孔312的剖面所对应的图形与中心轴200端部的端面所对应的图形不同，使得中心轴200转动时，结构件310不随中心轴200转动。
50.其中，如图3所示，结构件310可以整体呈方形，或者其他形状，本技术对此不作限定。
51.如图4所示，中心轴200端部的端面为一个圆被对称切削掉一部分所剩下的部分，即图4中实线所围成的形状。虚线部分表示中心轴被切削掉的部分。
52.如图5所示,连接件330包括第一孔331，第一孔331的剖面所对应的图形和中心轴200端部的端面所对应的图形相同，为一个圆被对称切削掉一部分所剩下的部分。
53.图6为与图3对应的组件300的剖面图。
54.示例性地，当用户控制与连接片100连接的负载进行转动时，连接片100带动旋转套400，旋转套400带动中心轴200，中心轴200带动连接件330转动，连接件330带动扭簧320，使得扭簧320扭转一定角度，产生扭矩，扭矩的方向和负载对应的重力矩方向相反。
55.进一步地，在与连接片100连接的负载的转动行程中，扭簧320的扭矩的大小与负载对应的重力矩的大小的差值的绝对值小于预设阈值。其中，与连接片100连接的负载的转动行程可以理解为与连接片100连接的负载从开始转动到转动结束的整个过程。
56.例如，假设连接片100连接笔记本电脑的屏幕，结构件310连接笔记本电脑的主机。初始状态为笔记本电脑的屏幕与笔记本电脑的主机接触，即笔记本电脑的屏幕所在平面与笔记本电脑的主机所在平面夹角为0度，结束状态为笔记本电脑的屏幕所在平面与笔记本电脑的主机所在平面夹角为第一角度，例如，第一角度可以为钝角，具体大小可以根据用户需求确定。此时，与连接片100连接的负载的转动行程为笔记本电脑的屏幕所在平面与笔记本电脑的主机所在平面夹角从0度到第一角度的整个变化过程。
57.例如，当扭簧320的扭矩大小与负载对应的重力矩的大小的差值为x n
·
m，而预设阈值大小为y n
·
m，其中x＜y，就能达到消除部分重力矩影响的效果；当扭簧320的扭矩大小与负载对应的重力矩的大小的差值为0n
·
m，而预设阈值大小为y n
·
m时，就能达到消除全部重力矩影响的效果。
58.如图7所示，负载对应的重力矩由负载的中心在水平面的投影点a到中心轴o的垂直距离oa，以及负载的质量确定的。假设连接片100连接笔记本电脑的屏幕，结构件310连接笔记本电脑的主机，如图7所示，此时，连接片100连接的笔记本电脑的屏幕所在平面与结构件310连接的笔记本电脑的主机所在平面夹角为180度。
59.示例性地，重力矩m＝g
×
l
oa
＝mgl
oa
。其中，g表示负载的重力，l
oa
表示负载的中心在水平面的投影点a到中心轴o的垂直距离，m为负载的质量，g为重力加速度。例如，当重力g＝20n，l
oa
＝0.3m时，重力矩m＝20n
×
0.3m＝6n
·
m。
60.扭簧320的扭矩由扭簧随着中心轴200转动的角度以及扭簧材料的弹性模量确定。
61.示例性地，当扭簧320的材料为sw碳钢时，sw碳钢的弹性模量较大，扭簧320的弹性拉力以及弹性持久力也较强，转动相同的角度的扭矩也随之增大。
62.示例性地，当扭簧320分别随着中心轴200转动120
°
和80
°
时，转动120
°
时扭簧320的扭矩大于转动80
°
时扭簧320的扭矩。
63.其中，扭簧320可以为非线性扭簧，或者线性扭簧。
64.在一种可能的实现方式中，若扭簧320为非线性扭簧，非线性扭簧的扭矩曲线中的任意位置的扭矩与负载的重力矩曲线中的相应位置的重力矩可以大小相等，方向相反。负载的重力矩曲线又可以称为负载的重力矩变化曲线，非线性扭簧的扭矩曲线又可以称为非线性扭簧的扭矩变化曲线。
65.示例性地，假设连接片100连接笔记本电脑的屏幕，结构件310连接笔记本电脑的主机。如图8所示，在与连接片100连接的负载的转动行程中，计算得出负载的重力矩曲线8.1；根据负载的重力矩曲线8.1,将每个转动角度对应的负载的重力矩的大小取负值，作为非线性扭簧的扭矩的大小，设计非线性扭簧的扭矩曲线8.2；进而，根据负载的重力矩曲线8.1和非线性扭簧的扭矩曲线8.2确定每个转动角度对应的扭矩与重力矩的大小的差值，获得综合阻尼波动曲线8.3。其中，转动角度是指连接片100所在平面与结构件310所在平面的
夹角。
66.在一种可能的实现方式中，若扭簧320为线性扭簧，对于转动行程的起点位置和终点位置，线性扭簧的扭矩曲线中的相应扭矩与负载的重力矩曲线中的相应重力矩大小相等，方向相反。
67.示例性地，假设连接片100连接笔记本电脑的屏幕，结构件310连接笔记本电脑的主机。如图9所示，在与连接片100连接的负载的转动行程中，计算得出负载的重力矩曲线9.1；根据负载的重力矩曲线9.1，设计线性扭簧的扭矩曲线9.2；进而，根据负载的重力矩曲线9.1和线性扭簧的扭矩曲线9.2确定每个转动角度对应的扭矩大小与重力矩的大小的差值，获得综合阻尼波动曲线9.3。其中，转动角度是指连接片100所在平面与结构件310所在平面的夹角。
68.在根据重力矩曲线设计线性扭簧的扭矩曲线9.2时，可以采用扭簧设计领域常用的两点法。
69.示例性地，两点法指的是负载在转动行程的起点的重力矩数值作为线性扭簧的扭矩的最小值，负载在转动行程的终点的重力矩数值作为线性扭簧的扭矩最大值，以此来作为设计线性扭簧的依据。根据上述最小值和最大值确定线性扭簧的扭矩曲线的斜率，进而获得线性扭簧的扭矩曲线。
70.本技术还提供了一种笔记本电脑，包含如图1所示的铰链结构。
71.此外，本技术提供的铰链结构可以应用于折叠手机、智能电视等有角度调节需求的智能设备等，本技术对此不作限定。
72.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种铰链结构，其特征在于，包括：旋转套，与所述旋转套连接的连接片；与所述旋转套固定连接的中心轴，所述中心轴的一侧套设组件；所述组件包括扭簧；在与所述连接片连接的负载的转动行程中，所述扭簧的扭矩的方向与所述负载对应的重力矩的方向相反。2.如权利要求1所述的铰链结构，其特征在于，所述扭簧的一侧包括第一连接柱，所述第一连接柱与所述旋转套上的连接孔相配合。3.如权利要求1所述的铰链结构，其特征在于，所述组件还包括结构件和连接件；所述扭簧位于所述结构件的腔体中；所述扭簧的一侧包括第一连接柱，所述扭簧的另一侧包括第二连接柱；所述结构件设有第一连接孔，使得所述第一连接柱与所述第一连接孔相配合；所述连接件设有第二连接孔，使得所述第二连接柱与所述第二连接孔配合。4.如权利要求3所述的铰链结构，其特征在于，所述连接件包括第一孔，所述第一孔的剖面所对应的图形与所述中心轴端部的端面所对应的图形相同，所述中心轴穿过所述第一孔，以使得在所述中心轴转动时，所述中心轴通过所述连接件带动所述扭簧转动；所述结构件包括第二孔，所述第二孔的剖面所对应的图形与所述中心轴端部的端面所对应的图形不同，且所述第二孔使得在所述中心轴转动时，所述结构件不随所述中心轴转动。5.如权利要求1所述的铰链结构，其特征在于，在所述转动行程中，所述扭簧的扭矩的大小与所述负载对应的重力矩的大小的差值的绝对值小于预设阈值。6.如权利要求1所述的铰链结构，其特征在于，所述负载对应的重力矩由所述负载的中心在水平面的投影点到所述中心轴的垂直距离，以及所述负载的质量确定。7.如权利要求1所述的铰链结构，其特征在于，所述扭簧的扭矩由所述扭簧随着所述中心轴转动的角度以及所述扭簧材料的弹性模量确定。8.如权利要求1所述的铰链结构，其特征在于，所述扭簧为非线性扭簧，或者线性扭簧。9.如权利要求8所述的铰链结构，其特征在于，在所述转动行程中，所述非线性扭簧的扭矩曲线中的任意位置的扭矩与所述负载的重力矩曲线中的相应位置的重力矩大小相等，方向相反。10.如权利要求8所述的铰链结构，其特征在于，对于所述转动行程的起点位置和终点位置，所述线性扭簧的扭矩曲线中的相应扭矩与所述负载的重力矩曲线中的相应重力矩大小相等，方向相反。11.一种笔记本电脑，其特征在于，所述笔记本电脑包括如权利要求1-10任一项所述的铰链结构。

技术总结
本申请提供一种铰链结构，该铰链结构包括：旋转套，与旋转套连接的连接片；与所述旋转套固定连接的中心轴，套设在中心轴一侧的组件；组件包括扭簧。采用上述铰链结构，解决现有的铰链结构无法保证转动过程中的跟手度的一致性和连贯性的问题。致性和连贯性的问题。致性和连贯性的问题。


技术研发人员：方祥 赵宇飞 陈启辉
受保护的技术使用者：上海勤芸电子科技有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/14