經過上次 將推進結構內的彈射座相關的結構整個銑掉後,看起來射程增加了10%左右,但仍然比不上其它 Elite 系列的槍。於是這次的重工要往彈簧的方向進行。

SharpFire的彈簧推動結構拆解後,支撐和推動的部件為:活塞、壓縮彈簧、蓋子。蓋子是用來支撐住彈簧壓縮力的,利用四個角的耳朵部位跟槍膛鎖附。

**注意事項**
拆鎖蓋子的時候,用來鎖附的耳朶和螺絲之間壓附面只有大約1mm肉厚。每次要鎖螺絲的時候一定不能直接鎖緊,要四個螺絲一起下,讓蓋子平均下去,然後留最後 1~2 牙,慢慢鎖,確認有鎖到就好。
不然很有可能會因為單側鎖太緊,受力不平均,耳朶裂開。

拆解部件

蓋子

SharpFire 的活塞整個移動的距離是 60mm,彈簧長度從 85mm 壓縮到 25mm,壓縮力為 3.75kg。O.D. 為16.1 mm,線徑 1.4mm,尺寸已經被限制,找遍了廠商也找不到同尺寸,但是壓縮力在 5kg 左右的制式彈簧。

最後決定用原來的彈簧套一個壓縮力較輕的彈簧來達到總壓縮力為 5kg 的目標。於是我選了一個 O.D. 13mm,長度為 70mm,壓縮力 1.26kg 的鋼線彈簧。雖然這樣加起來總力量為 5.36kg,但是實在沒有更好的選擇了。

不過蓋子的定位柱就不合新彈簧的尺寸了,所以要把它裁到長度適合。
由於蓋子的鎖附部位是四個耳朶,在彈簧壓縮時,蓋子受到的壓應力會轉移到
這四隻耳朶上,固定柱的結構應該不會對整個蓋子的可靠度產生影響。

新彈簧的壓縮長度為 22mm,活塞扣住時後方留下的空間為 30mm,而固定柱的高度是 20mm。
所以必須把固定柱切掉 15mm (留 3mm 的空間),留下 25mm 的空間給新的彈簧。
切掉之後對原本的彈簧而言,固定柱的長度變得很短,但是剛好發現利百代的鉛筆大小可以插進洞裡,所以我就切了一段利百代的鉛筆來當新的固定柱。

活塞推到最後方時的尺寸示意圖

預計蓋子重工的尺寸示意圖 (這是舊圖,後來切掉的長度改 15mm)

蓋子重工前後的差別

加鉛筆當固定柱後套兩個彈簧

把兩個彈簧裝上去後,果然發射力量強很多,實測射程超過 24m,結果很接近其它 Elite 系列的槍了。
不過現在產生一個缺點,就是扣扳機的力量大很多。原因來自於它的觸發設計。

SharpFire的扳機設計 (藍色是卡住的位置,橘色是扳機扣下去的動作)

活塞被彈簧推力向前推,當槍機拉到底時,活塞就會被卡扣給扣住產生止擋功能,保持住彈簧被壓縮的狀態,直到扳機被扣下把卡扣往順時鐘方向推,讓活塞在彈簧的推力下越過卡扣頂端而釋放。
由於扳機用的是翹翹板的方式來釋放卡扣,不像其它幾把槍都是利用斜梢的方式來運動,所以這把槍的扳機會很直接反應彈簧的力量。
當扳機往後扣的時候,卡扣順時針轉動會將活塞再往後推一點,本來就已經壓縮到快到底的彈簧會反應出更大的力量。

原本的彈簧壓縮力是 3.75kg,卡扣的翹翹板兩側長度大約是 1.2:1。假設扳機扣到底時彈簧壓縮量到最大,那表手指的力量要施加到 3kg。
現在加上新彈簧後,總壓縮力到 5.36kg,那要扳機觸發力就會到接近 4.5kg。這力道對手指來說實在有點大,玩家會覺得這扳機很硬。

**請注意,這段重工會帶來一些 side effect 不想解決後續問題的玩家最好不要改這一段。由於作動原理和它內部一些零件的設計公差,要改這個地方同時要另外改三個零件,所以後來我沒有再寫怎麼改的細節。**

為了解決這個對使用者不友善的問題,要把卡扣的頂部切一個 C 角,把扳機的觸發位置往前提,活塞可以提早從這個 C 角滑出去。

C 角示意圖

這個地方的重工要十分小心。因為卡扣主要是靠它下方的小彈簧來支撐,如果 C 角切太大,活塞邊緣太接近 C 角時,在後方彈簧的推力下會硬把卡扣往下壓使止擋釋放,這把槍的槍機往後拉就再也卡不住了。加上經過設計變更,彈簧力道加大來推擠活塞,一個沒切好就會讓整個止擋功能失效,這把槍就廢了。

小心確認位置後,在位置再往上個 1mm 切個 C 角。(這個要一點一點切來確認哦)

重工後的卡扣

扳機力道事實上並沒有改變,但是增加 C 角會使扳機按一點行程就可以觸發,所以在感覺上會好像會輕很多,用起來會變得很順手。

其實這個設計的思考方式來自於 feeling of switch trigger。
按鈕的使用者感覺來自於三項:超越值、下壓行程、觸發力。當按壓按鈕時,在下壓的那瞬間會感受到 switch 的抵抗力,使用者此時會開始增加力道直到 switch 的超越值。一旦施加的力量大於超越值,switch 就會下沉一定行程後觸發,這時抵抗力會產生一個落差,使用者感受到的就是觸發力 (絕對不是 world trigger 裡談的三離子......呃,不小心飄出宅味)。
在這三個條件組合下,一個按鈕按起來的爽度會決定在幾個組合中:

1. 超越值大、行程短,觸發力落差大 ─ 使用者會覺得硬,不太舒服,但按起來很有感覺,而且按一點就可以觸發,算不錯。(切 C 角後的狀況)
2. 超越值小,和觸發力間的落差大,行程也短 ─ 使用者會覺得按起來很容易就可以觸發,也很有感覺。
3. 行程短,但超越值和觸發力間的落差很小 ─ 使用者會覺得按起來很沒感覺,怎麼不小心碰到就觸發了,我不敢隨便碰到以免誤觸。
4. 行程長,但超越值和觸發力間的落差很小 ─ 按起來也算挺有感覺的,而且輕鬆使功能觸發但又不易誤觸,對使用者最友善的設計。
5. 行程長,但超越值和觸發力間的落差很大 ─ 最難按的按鈕,會讓使用者感覺按起來要用很大的力氣,好難按。(沒切 C 角前就是這個狀況)

這些問題都解決後,最後剩下的就是可靠度的問題。
原本這個蓋子的設計是利用四隻耳朶來鎖附並支撐彈簧的力量,現在加了一個新彈簧後承受應力上升,因此針對設計和使用上的影響差距來做個風險評估。

在材料設計上,如果掌握了結構件的材料強度函數和應力強度函數,就可以估計可靠度。

強度應力干擾圖

f-stress 為應力函數
f-material 為材料強度函數

則此結構在使用下所可能發生的失效率為積分二者干擾區的乘積。
因此可靠度為


積分區域為干擾區

當分析的對象呈現常態分佈時,產品的失效機率可以進一步整理成

而可靠度則是 R = 1- P

其中的 β 便是一般稱之為可靠度指數的指標 (reliability index)

由於 NERF 本身的設計條件為未知,所以接下來就要進行一連串的假設來評估可能會面對的風險性。
NERF 是一家算是老牌子,而且知名的玩具製造商,所以我假設它的設計可靠度是比較高的,預估為95%,則 β = 1.645。

接下來量測原始設計彈簧的應力和加上新彈簧後的應力

應力數據

以 σg 來代替 (σmaterial^2+σstress^2)^0.5,把數值代入可靠度指標,無法算出,因為一式裡有兩個未知數:結構的 μσ,但是可以得到兩者之間的關聯式。
所以我假設了一連串的數值來取得互相對應的 μ
σ
g

μσg 的對應數值

β' 為設計變更後的可靠度指標
Θ 為安全因子

要決定數值可能的範圍就必須導入一個新的因素 ─ 安全因子 (Safety factor)。
安全因子的定義為材料強度分佈平均值和應力強度平均值的比。

通常安全因子是不會取特別高,因為這表示產品在設計上使用的材料比使用上的應力強太多,所以我假設 NERF 在經濟前提下所使用的設計方式為 Θ = 2.5~3,因此相應設計變更後的可靠度指標 β' = 1.062~1.12 之間。

設變後可能的可靠度

所以可以發現,進行這項設變會使原本預估的 95% 可靠度往下降到最低85.59%。
對我來說,其實這個降低幅度還挺大的。

假設 NERF 這把槍設計可以射擊 20,000 次 (每天射擊100次,可以連續玩 6個半月,其實對玩家來講挺經濟的,因為這把槍售價為 NTD 599;大潤發特惠價;每天讓玩家開100槍,平均一個月不到100塊錢,比投販賣機買飲料還便宜。而且每天都要開 100 槍應該是重度玩家吧......畢竟這把可不是自動的,拉 100次機槍和裝子彈挺累人的吧) 我個人認為這個假設應該合理。

原本 95% 的可靠度可以承受 20,000 射擊,MTBF = 390,000。
設計變更後的可靠度下降到最低 85.59%,MTBF 大約為 128,000,在 5% 風險下,可承受的射擊次數降到大約 6800 次左右。

以這個風險評估的結果來看,這個設計變更對產品的壽命有相當大的影響。

變更前:射擊 20,000 次有 5%的風險是蓋子的鎖附孔會壞掉。
變更後:射擊 6800 次左右就有 5% 蓋子鎖附孔損壞的風險,射擊到 20,000 次會有 14.41% 損壞的風險。

在可靠度不變的要求下,產品的壽命從 6個半月降低為 2.27個月。

看到這種風險評估數據我會不會選擇不改呢?當然是不會,因為只能射 10m 這種事比起壽命縮短更讓人不爽啦~~

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    Yashi Yang 於 2017/02/17 14:34 回覆

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