[键盘] 弹簧系数测试

楼主: Richun (解放左手的OO之力)   2021-02-01 20:25:17
首先,要感谢一下a58524andy大大,他解决了大多的工程问题。
机械式键盘的弹簧这东西,通常标的是触底力道是几克重。
但是弹簧最基本性质的弹性系数,却一直缺乏数据,所以我想量看看。
由虎克定律 F = -kx 可知,有了 F (下压力) 跟 x (位移) 就能知道弹性系数了。
下压力可由秤量到,电子秤因为我之前会测台球拍重量所以有一个精度到 0.01g 的。
但是要如何精细量测位移就成了一个难题,
为此我跟a大互相讨论(嘴砲)了一段时间后,终于想到有什么方法能让量测的精度够高。
原理跟物理实验用的螺旋测微仪一样,利用螺丝转一圈垂直下降一点,水平方向有360度可以分割。
...然后我们就搁置了这计划快一年时间,到最近才看到原材料拿来弄一弄。
实验装置长这样
https://i.imgur.com/SDyJFYl.jpg
螺丝是M.6的六角螺丝,规格是写每一圈间隔为1.0mm。
上面共有20x10格刻度,所以精度可以到0.005mm。
刻度是利用数学软件去弄出来的,指针是a大的漆包线拉直。
纸的底下有厚纸板作支撑,只是实测时才发现不太够用。
https://i.imgur.com/xQT6Awq.jpg
塑胶盖下面有黏一个螺帽。
螺丝的最底下黏了一元硬币增加面积。
在黏一元前试过了直接测,看到弹簧一天到晚飞出去;
黏小螺丝,弹簧往侧边变形;
最后是以此设置跟直上直下避免侧向变形弹飞来测量。
https://i.imgur.com/vbTXBRk.jpg
这是测弹簧的底座,把簧片剪一剪后的下盖跟厚纸板的混合。
底下是一个精度0.01g的电子秤。
https://i.imgur.com/nWkcI6k.jpg
全部组合在一起会长这样,上面的洞是拿来开机电子秤用的。
测量的原始数据在这
https://hackmd.io/@Richun/B1MH_QSlu
由虎克定律 F = -k(x+x0) = -kx+C
可以知道这装置测量结果不必通过原点,也可以不用管后面的常数。
最后量测的弹性系数是这样的
35g 3.94 gf/mm
45g 4.83 gf/mm
红轴 5.86 gf/mm
60g 6.36 gf/mm
67g- 6.32 gf/mm
67g+ 8.71 gf/mm
80g 8.42 gf/mm
150g 19.5 gf/mm
以上的弹簧都是从硬派买来的。
因为懒,所以每包弹簧只测其一,只是67g的那包有两种弹簧,小间距的记为67g-,大间距的记为67g+。
35g/45g/60g/80g的弹性系数有高相关性,其他的没有。
另外是不知道在哪里看到写下来的,别人装在轴里的实测
红轴 6.58 gf/mm
黑轴 10.8 gf/mm
茶轴 6.05 gf/mm
白轴 13.7 gf/mm
68g 10.0 gf/mm
62g 8.42 gf/mm
55g 6.58 gf/mm
与本次实验是有一定程度的落差存在。
a大的推论是轴体本身也能看成一个大弹簧,两个并联所以弹性系数会是相加的。
我虽然一定程度认同,但是要做装在轴内的实验做完才能确定。
不过实验过程中也发现了一些问题。
螺丝所在的上盖不够重,且上盖的强度不够导致的变形,使得在30gf以上时,就开始有量测上的难度,在60gf以上的量测变得十分困难。
而螺帽跟螺丝之间的微小公差也是误差的原因,在弹力够大时,螺丝会被顶住,但不够时螺丝则落于下边。
在量测150g弹簧时,与其他的弹簧不同,到了最后几次时,弹簧的力道会导致弹簧嵌在轴上,而不是自由的放在上面,这代表轴体在装超重弹簧时可能也会有同样问题发生。
如果能解决掉上盖过软的问题,可能会测试一下轴体的曲线。
不过底下的一元要先贴个铁氟龙胶带降低摩擦,应该不会出现轴飞出去的情况...吧。
懒人包:硬派的67g弹簧雷雷的,红轴弹簧等效约55g。实验其实没有很准。
作者: ggnhgnhstf (trainssss)   2021-02-01 20:51:00
推推
作者: Eienno0921 (猫咪好可爱~)   2021-02-01 20:52:00
实验给推~~
作者: turtle11311 (战龟)   2021-02-01 21:46:00
实验精神给推
作者: BryantChan (Salyu)   2021-02-01 22:29:00
先跪再看...
作者: taipoo (要成功要积极)   2021-02-02 02:08:00
推专业
作者: dream4magi (dream4magi)   2021-02-02 04:25:00
画个模型3D打印一下 支架跟接触面都轻松搞定~
作者: bh0527   2021-02-02 08:53:00
弹簧其实有专门仪器可以测量,通常在设计弹簧会设定初长度、初荷重、终长度、终荷重,只有在这区域内的荷重会是线性的,而且弹簧的变形量通常有限制,太大弹簧会变形,会变不回原来的自由长。
作者: tiamo123654 (老吉)   2021-02-02 11:10:00
推实验狂人,我都直接手指收货0.0
作者: twosheep0603 (两羊)   2021-02-02 19:52:00
虽然这样有点伤害原po 不过有种东西叫千分表XD

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