и эстетично
Между вами и телефоном пробежала искра. Не в том смысле, что "моя прелесть", а в самом что ни на есть неприятном, в момент подключения аппарата к зарядке. И конечно как всегда время самое неподходящее. На дворе ночь, утром на работу, надо срочно куда-то бежать в поисках провода.
Чтобы свести такие ситуации к минимуму производители вынуждены идти на разные ухищрения, ругая в душе гориллоподобных юзеров, которым лишь бы что-нибудь сломать. Только дело в том, что не только у простых смертных возникают подобные проблемы. Даже в специзделиях не всегда с первой итерации удается приблизиться к идеалу.
Так как же можно создать надежный кабель, при этом сохранив эстетику над которой так усердно работал ваш дизайнерский отдел? Насколько это вообще решаемая задача?
Почему хорошие кабели портятся?
Жесткие изгибы кабеля рядом с разъемом вызывают сильное напряжение, как следствие усталость и отказ. Место соединения жесткого разъема с чрезвычайно гибким кабелем принимает на себя основной удар. Все рывки и скручивания сосредотачиваются в этой точке.
Деформация обратно пропорциональна радиусу кривизны – а проще говоря, чем круче изгиб, тем выше риск поломки. Вы можете легко визуализировать это - возьмите две канцелярские скрепки, выпрямите их. Первую скрепку обогните пружинкой вокруг карандаша, выпрямите ее. Проделайте это несколько раз. Вряд ли вам удастся сломать скрепку такими действиями. Вторую скрепку круто изгибайте туда-сюда, и посмотрите сколько раз вам удастся ее согнуть прежде чем она поломается. Держим пари что не больше пяти раз.
Вывод ясен: повторные крутые изгибы = отказ.
Решение? Надо снять напряжение
Снятие напряжения на кабелях обеспечивается механической поддержкой кабеля, защищающей его от крутых изгибов и усталостных нагрузок. Но как рассчитать достаточное условие?
Конечно, вы можете применить уравнение деформации из радиусов изгиба, соотнести деформацию с напряжением, используя модуль упругости конкретного материала кабеля, найти значения максимального напряжения, вычислить коэффициент запаса прочности для изменения материала и получить число, предсказывающее безопасный допуск на изгиб для вашего конкретного кабеля. Но если вы не получаете мазохистского удовольствия от дифференциальных уравнений второго порядка, мы рекомендуем что-то более простое: правило 8х.
Помножьте диаметр любого электрического кабеля на восемь и используйте это как минимальный радиус изгиба. Конечно, для многожильных и экранированных кабелей будут исключения, но это основное правило обеспечит вам некоторое облегчение, не добавляя напряжения кабеля к вашему собственному.
Итак, теперь мы знаем, зачем нам нужно снятие напряжения, что такое снятие напряжения и даже насколько круто мы можем делать изгибы.
Поможет ли нам это на практике? Да!
Общие конструкции снятия напряжения
Напряжения на электрических кабелях существует ровно с тех пор, как люди стали направлять по ним ток, и почти такое же время существуют различные конструкторские ухищрения решения для снятия этих напряжений.
Как и водится, каждое из этих решений имеет свои преимущества и недостатки.
Снятие напряжения металлом
Олд-скульный вариант - металлическая пружина, овивающая кабель в месте соединения с разъемом. Просто и эффективно. Не забудьте убедиться, что при включении пружины в конструкцию, радиус изгиба будет достаточным для обычной эксплуатации.
С дизайнерской точки зрения это неустаревающая классика, а значит достойный вариант для дорогих пафосных шнуров (рис. 1).
Пластиковые элементы
В наши дни гораздо чаще встречаются конструкции для снятия напряжения, изготовленные из гибкого пластика. Хотя теоретически существует бесконечное количество вариантов таких конструкций, большинство из них попадают в одну из трех категорий: однонаправленные, многонаправленные и сплошные.
1. Одностороннее снятие напряжения
Если бы на эстраде воспевали такого рода электрические решения, это была бы оптимистичная расслабляющая песенка.
Однонаправленные конструкции облегчают изгиб в одном направлении, оставаясь жесткими в другом (рис. 2). Серия пластиковых сегментов, которые соприкасаются друг с другом, создают минимальный радиус изгиба и очень эффективны в заданном направлении. Поскольку такая конструкция позволяет уменьшить напряжение только на одной оси, области применения ограничены: например это мехатроника или робототехника, где кабель каждый раз изгибается в одном и том же направлении.
2. Снятие напряжения в нескольких направлениях
Как и в случае с описанной выше конструкцией, разнонаправленное снятие напряжения основано на пластиковых сегментах, ограничивающих радиус изгиба, защищая уязвимое соединение (рис. 3). Однако такая конструкция позволяет перемещаться в двух или более направлениях, чередуя точки соединения между сегментами. Благодаря гибкости конструкции это лучший вариант для большинства потребительских товаров, и он широко применим.
3. Сплошное снятие напряжения
Все более популярные, в основном по эстетическим соображениям, кабели со сплошным снятием напряжения можно увидеть везде, от светильников до шнуров пылесоса (рис. 4). Несмотря на то, что выглядит такой шнур действительно вполне достойно, такая конструкция требует особой внимательности от проектировщика, так как часто зона снятия напряжения остается слишком жесткой, а максимальное напряжение сосредоточено на стыке между устройством и кабелем. Главное здесь - убедиться, что устройство спроектировано таким образом, чтобы кабель мог изгибаться внутри зоны снятия напряжения, а не в месте соединения. Даже великие дизайнеры не застрахованы от ошибки.
Однако благодаря легкому обслуживанию таких шнуров в смысле их очистки, это единственно возможное решение для пищевой промышленности, медицины и чистых помещений. Просто проектируйте тщательнее.
Эстетические соображения
При правильном подходе форма следует за функцией, но они переплетены так тесно, что практически неразделимы. Думайте не только о минимальном радиусе изгиба и прочности материалов, но и о том, как это будет выглядеть и как ощущаться человеком, использующим этот кабель каждый день.
Некоторым дизайнам подойдет классический индустриальный шик, и металлические пружинные вставки будут очевидным выбором. Для других больше подходит лаконичный минимализм, а и тогда сплошное снятие напряжения напрашивающийся вариант. Разнонаправленная сегментация может придать игривый, очаровательный внешний облик (рис. 5). Не бойтесь творить, экспериментировать с разными размерами или даже совершенно нестандартными элементами. Для потребительских товаров шнур может стать фишкой позволяющей выделиться на унылом фоне конкурентов.
Производственные соображения
Вот практически и все, вы - молодец! Но прежде чем отложить карандаш и отправиться на бал, подумайте о том, как будет воплощаться ваша задумка.
Вариантов немного: формовка или накладные элементы.
Литые конструкции включают элементы снятия напряжения непосредственно в конструкцию штекера, создавая надежный блок. Хотя это привлекательно и эффективно, для воплощения может потребоваться дорогостоящее литье в 2 этапа, поэтому это решение подходит для массового продукта.
Накладные элементы проще и могут применяться с существующими конструкциями штекеров (рис. 6). Множество вариантов доступно в виде готовых деталей и поэтому это хороший вариант для новых продуктов, когда ваша компания еще не готова вкладываться в нестандартную оснастку.
Дополнительные соображения
Есть несколько областей, которые требуют отдельного внимания. Как медицинская, так и пищевая промышленность предъявляют особые требования к чистоте и применяемым материалам. Если ваши кабели будут использоваться в суровых условиях, вам также может потребоваться использовать специальные материалы, а также учесть возможность использования гораздо больших изгибов при сильном нагреве (при увеличении электрического сопротивления) или при сильном холоде (возможное охрупчивание). Под каждое применение свои требования.
Прототипирование вашего нового дизайна
Все продукты проходят итерации проектирования-сборки-тестирования, и снятие напряжения не является исключением. К счастью, большинство конструкций можно легко протестировать с помощью 3D-печати. Для конструкций, предназначенных для изготовления из эластомера, попробуйте для тестирования выполнить печать резиноподобным материалом. Если ваш дизайн предназначен для изготовления из жесткого, но гибкого пластика, вы можете печатать прочным и гибким нейлоновым материалом. Изделия, которые будут отлиты в форму, могут быть напечатаны двумя половинами и склеены вместе, в то время как накладные конструкции могут быть протестированы практически в окончательном виде.
Какое облегчение
Простое в изготовление и такое необходимое для успеха устройство снятия напряжения - это всего лишь вопрос расчета минимального изгиба и выбора правильного стиля с учетом применения.
Желаем что бы единственная искра, которую вызовет ваш продукт, исходила от влюбленных в него клиентов.
