小直径高扭矩旋转阻尼器｜TD129开发故事

TD129的开发起因于一位长期采购用于厕所应用的客户的请求。该客户需要小直径、高扭矩且价格合理的旋转阻尼器，在不影响设计的前提下，能够为配有沉重盖板的高品质厕所提供解决方案。本次开发不仅预期将为TOK带来一条全新的小直径高扭矩旋转阻尼器产品线，还能应用于那些此前无法安装旋转阻尼器的客户产品上。

欧洲客户要求新的旋转阻尼器必须符合法国工业标准NF（D12-207/NF240），这是其采纳的前提条件。而基于该标准的耐久测试条件与TOK平常的标准有所不同。

TOK耐久条件
在TOK，测试条件 (1) 和 (2) 分开进行。（0°为关闭位置）
(1) [0°⇒110°⇒回到70°并释放 ⇒ 自由落下] 共50,000次。
(2) [0°⇒110°⇒70°到0°在1秒内完成]，连续5秒内13,000次。

NF标准耐久条件
NF标准的耐久测试条件同时包含自由落下和强制操作，总次数为30,010次。
(a) [0°⇒从85°释放⇒自由落下⇒0°] 共50次。
(b) [0°⇒85°施加30 N载荷（载荷位置距旋转中心205 mm）⇒0°] 共50次。

上述 (a) 与 (b) 作为一组，共50组，循环6次。
当每个循环中在条件a)下进行的10次自由落下测量的平均值在2至15秒之间时，测试可继续进行。
自由落下的测量结果应用于下一循环的前10次，因此在完成6个循环后再加上最后10次测量，总开闭次数为30,010次。
[(50 次自由落下 + 50 次强制闭合) × 50 组] × 6 循环 + 最后 10 次测量

当时所需的规格可总结如下：

小直径（外径Φ16 mm）
高扭矩（4.0 N·m）
符合NF标准
成本

为应对这些挑战，公司内部自制了一台能够在NF标准条件下运行的耐久测试机，以满足NF标准的要求。虽然在设计过程中，我们在研究形状和减少零件数量方面遇到了一些困难，但其他问题可以通过通用的解决方案来应对。下一章节将介绍当时针对这些问题所采取的解决方案。

为在保持外径Φ16 mm的同时实现4 N·m 的扭矩目标，明确了在机械性能方面选择树脂作为外壳和轴的材料并不合适，因此采用了具有良好量产性和较高机械性能的锌压铸。
外壳内径被设计得尽可能大，以获得尽可能高的扭矩，但由于外壳壁厚过薄而出现裂纹，因此增加了壁厚以优化外壳。
当在较厚部位的外侧开设直槽作为切口时，有新客户提出希望将该部分用作定位结构，因此切口设计也得到了改进。

由于主要材料采用了比树脂更昂贵的锌压铸件，因此有必要降低零部件本身以及零部件种类的成本。树脂部件通常通过焊接或攻丝螺钉来组装，但锌压铸件无法进行焊接，因此使用环形螺钉或内压铆接来组装零件。外壳与盖子如果采用螺纹结构，可以实现牢固固定，但螺纹加工的成本较高。此外，在像本项目这样高扭矩的旋转阻尼器中，还存在因应力集中而导致开裂的风险。另一方面，采用铆接方式则无需环形螺钉，使零件数量减少一个，但也存在这样的问题：旋转阻尼器每次使用时油液产生的内部压力可能导致铆接部位松动，从而降低耐久性。综合评估了各种方法的优缺点后，我们选择了潜力最大的铆接方式。开发初期，铆接部分直径设为16mm，与外径相同，并通过加厚壁厚来防止因耐久性导致的松动。然而，铆接后形状向外径和内径方向扩展，外径超出了尺寸标准，而内径又未能完全内收。该问题通过重新设计参与铆接的外壳形状得以解决，但随之又出现了新的问题：压力过大时外壳会开裂，而压力过小时又无法内收。最终，通过重新检讨铆接机的条件，并在施压时改变压头形状，我们找到了最佳的内压铆接形状，从而达到了50,000次循环的标准耐久性。顺带一提，这项技术也应用在之后推出的SR3旋转阻尼器中。