劉正

B[摘 要]電子直發(fā)器用于直發(fā)美發(fā)，屬于小家電范疇.直發(fā)器大致設(shè)計(jì)要求：安全，美觀，輕巧，易于攜帶，防水，防漏電等.除了以上特點(diǎn)外，應(yīng)該考慮如使用手感舒適性，方便性等用戶體驗(yàn)效果.3066E.11是BRAUN的一種直發(fā)器型號(hào)，外觀設(shè)計(jì)由BRAUN提供，本篇主要介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容；

[關(guān)鍵詞]電子直發(fā)器 PTC 扭簧 熱冷縮變形

中圖分類號(hào)：TU287 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）14-0289-02

【正文】：

1.產(chǎn)品介紹：

下圖是3066E.11機(jī)型的直發(fā)器示意圖：（見圖1、圖2）

2.設(shè)計(jì)分析：

2.1 外觀：

產(chǎn)品用戶是大眾消費(fèi)者，要求產(chǎn)品有好的性價(jià)比，在適用性上需要滿足盡可能多人群的要求；外觀上選擇簡潔流暢的外形，鋒利尖角做圓角處理；外殼采用油性材質(zhì)的PA66，既能保證強(qiáng)度要求，又有舒適順滑的手感，價(jià)格也較同性能的材料便宜；顯示鏡片絲印顏色（銀灰），用防水膠將鏡片與外殼表面粘結(jié)；為使用方便簡單，按鍵盡量少，面板上僅有開關(guān)功能按鍵及溫度調(diào)節(jié)按鍵.

2.2 安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)介紹：

基本標(biāo)準(zhǔn)：需要通過CE認(rèn)證，個(gè)別部件需要通過UL認(rèn)證；因歐標(biāo)CE標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容與國內(nèi)CCC標(biāo)準(zhǔn)基本兼容，該設(shè)備的設(shè)計(jì)及測試遵循CE標(biāo)準(zhǔn).所以該機(jī)型也符合國內(nèi)CCC標(biāo)準(zhǔn)；可以在國內(nèi)銷售，對(duì)于美國市場，標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)搭配符合UL相應(yīng)要求的電纜即可；

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：符合家用和類似用途電器的安全標(biāo)準(zhǔn)，主要以 DIN EN 60335-1 最新版為標(biāo)準(zhǔn)；

限于篇幅，其它適用于測試，電子的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，這里不一一列舉.

3.功能基本描述：

3.1設(shè)備：為便于攜帶和操作，設(shè)備重量不超過220g（不含電纜線），全重不超過350g（含電線和插頭）；

3.2操作界面： 基本要求：按鍵：on/off （/____mm）；最大壓力：10N；按鍵手感各向同性；

ON/OFF鍵：2秒啟動(dòng)，溫度可調(diào)節(jié)， 缺省溫度是160°C.LCD顯示加熱板上的溫度.設(shè)備在運(yùn)行60分鐘后自動(dòng)關(guān)閉.在”O(jiān)FF”狀態(tài)，電熱板不加熱，待機(jī)能耗不超過1W；在”O(jiān)N”狀態(tài)，電熱板在30秒的時(shí)間限度內(nèi)加熱到90-120°C；ON/OFF開關(guān)的設(shè)計(jì)需要符合EN-60335-1規(guī)定的爬電距離及放電間隙的要求.手感在各個(gè)方向按壓都應(yīng)該是同樣平滑的.裝配間隙在最大溫度變化情況下應(yīng)該保持固定不變.按鈕要求推拉力測試或廠家提供的測試報(bào)告，按鈕與上蓋間配合間隙要求順滑無滯動(dòng)；按鈕設(shè)計(jì)有一個(gè)止動(dòng)凸臺(tái)以防止意外強(qiáng)力按壓按鈕導(dǎo)致按鈕損壞.

3.3自鎖開關(guān)：在不使用設(shè)備時(shí)，將設(shè)備合攏并由自鎖開關(guān)扣鎖；壽命測試：3000次.

3.4電離子模塊：有兩個(gè)保護(hù)電阻以防大電流外部放電.電離子噴口結(jié)構(gòu)上有間隙不夾頭發(fā)，裝配各部件必須確保合適的爬電距離.

3.5 PTC組件：包括電加熱板，鋁防護(hù)支架，電加熱絲，傳感器（PTC sensor CN7），熔斷器； 電加熱絲的固定方式必須是機(jī)械夾緊，不允許焊接和其它膠粘合方式， 電加熱板組件必須良好固定在外殼件內(nèi)，在跌落測試時(shí)能有效提供固定及支撐作用.

a. PTC電加熱板： 加熱板溫度是兩塊加熱板之間中點(diǎn)溫度，加熱板的合理溫度范圍限制在130°C～200°C之間，合理溫度不會(huì)對(duì)頭發(fā)造成損傷；加溫通過一個(gè)電加熱電路實(shí)現(xiàn)，并由PTC傳感器控制溫度范圍；加熱板表面需要噴涂耐高溫烤瓷，其中一塊電加熱板為浮動(dòng)安裝，以達(dá)到適度的壓緊頭發(fā)的作用.用戶可以在不同的環(huán)境條件下安全使用電器（洗浴室，臥室等）.熱熔斷器在失效模式下自動(dòng)安全熔斷.

b.鋁防護(hù)支架： 拉深鋁型材（AlMgSi 0.5 F13），用以固定電加熱絲，浮動(dòng)高度大于0.5mm.

3.6 柔性固定板： 蓋板兩側(cè)帶卡扣，用以固定鋁防護(hù)支架；PTC組件通過柔性固定板固定在外殼上.柔性固定板與拉深鋁型材裝配間隙小于0.05mm.

3.7 電源線：滿足VDE標(biāo)準(zhǔn).通過高電壓（3min/2KV），耐壓（15min/2500V），老化（240°C/168h）測試.

3.8 外殼：外殼接近加熱絲的位置不能超過110°C；外殼溫度測量點(diǎn)： 握把，開關(guān)，外殼側(cè)面，外殼背面，操作面板；外封裝待機(jī)能耗不超過1W；外殼分模線誤差 0.4+/-0.2mm，不允許有明顯的鋒利邊劃痕毛刺.外殼材料：PA66/PBT/PC； 按鍵材料：POM；面板：PC Makrolon 2805.

4.質(zhì)量測試內(nèi)容：

a.LCD顯示器在溫度影響下的功能測試；b.電源線柔性及旋轉(zhuǎn)測試；c.跌落測試；

d.溫候測試：溫度測試范圍：130°C±2°C（min）

e.設(shè)備必須確保足夠設(shè)計(jì)空間容納電子元件（線，電阻，傳感器，PCB板，固定座），在溫度過熱達(dá)到240°C時(shí)設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉電源.

5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析：

a.直發(fā)器開閉扭簧設(shè)計(jì)：

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)人使用手握式電器設(shè)備的握力在20N～30N.最佳設(shè)計(jì)應(yīng)該是在手掌握緊直發(fā)器合攏不怎么費(fèi)力.在手掌松開時(shí)直發(fā)器能輕松迅速彈起，并且彈力手感適中；

另外，在彈簧工作中，彈簧受到的外力除人力施加的壓力以外，還有彈簧在裝配體中與接觸表面產(chǎn)生的摩擦力.當(dāng)手松開時(shí)，直發(fā)器從閉合狀態(tài)彈起，這時(shí)主要作用力是彈簧彈力及滑動(dòng)摩擦力.（見圖3、圖4、圖5）

計(jì)算：

現(xiàn)設(shè)定扭簧中徑D=7.0mm，有效圈數(shù) 5N，不銹鋼絲SUS304 D1.2mm.當(dāng)直發(fā)器從張開狀態(tài)開始閉

合到完全閉合時(shí)， 扭簧上臂從自由位置扭動(dòng)90°到水平位置；

（1）.計(jì)算扭矩：

KTd = （E×d4）/[3667×D×N+389（a1+a2）]

= （19000×1.24）/[3667×7×5+389（7+9）]

= 0.2928Kgm

（2）. 扭動(dòng)90°負(fù)荷重：

F1=（KTd×Angle）/a2

=（0.2928K×90）/9

=2.928Kg≈28.7N

（3）. 關(guān)于摩擦力的校驗(yàn)：

在直發(fā)器張開到極限角度30°時(shí)，彈簧彈力簡單計(jì)為扭動(dòng)60？的負(fù)荷重：

F2 = （KTd×Angle）/a2

=（0.2928K×60）/9

=1.952Kg≈19.1N

鋼與尼龍接觸時(shí)，在無潤滑狀態(tài)下，滑動(dòng)摩擦系數(shù)查表為0.5，根據(jù)摩擦力計(jì)算公式：

F=μ×N=0.5×19.1=9.55N；這時(shí)垂直方向分解壓力為9.55/31/2=5.5N.

也就是說彈簧將直發(fā)器彈開，彈簧彈力大致需要達(dá)到或大于5.5N的彈力；

考慮到直發(fā)器內(nèi)部裝配復(fù)雜，不僅有裝配零件，還有電線，電纜；特別是電線，電纜在內(nèi)部的緊湊安裝使得設(shè)備在工作運(yùn)動(dòng)時(shí)與機(jī)殼內(nèi)壁摩擦，產(chǎn)生較大的阻力，因此選擇彈簧的可靠彈力必須大于校核力；通過以上計(jì)算所得到的彈力范圍是：28.7N～19.1N，是校核力5.5N的3～4倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于校核力；符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求；

設(shè)計(jì)步驟：

先大致通過以上計(jì)算方法確定彈簧尺寸，然后用Pro-E按照設(shè)定的尺寸繪制三維圖，在Pro-E中檢查彈簧與裝配圖是否有干涉，間隙是否均勻等；確定裝配OK之后將彈簧尺寸參數(shù)代入計(jì)算公式中進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算的負(fù)荷以達(dá)到設(shè)計(jì)要求（30+/-5N）為準(zhǔn).如不能滿足設(shè)計(jì)參數(shù)，重新修改彈簧尺寸并更新裝配；直至調(diào)整到彈簧滿足設(shè)計(jì)要求；彈簧的參數(shù)設(shè)計(jì)流程圖如下：（見圖6）

b.注塑工藝熱冷縮變形問題的分析及解決：

直發(fā)器上下蓋屬于細(xì)長桿結(jié)構(gòu)件（長徑比：150/15=10），對(duì)于塑料細(xì)長桿來說，注塑熱冷縮變形是

一個(gè)常見問題.經(jīng)過對(duì)試制樣件尺寸測量，發(fā)現(xiàn)上下蓋都發(fā)生了較大的撓曲變形，如圖示.現(xiàn)以上蓋為例，對(duì)上蓋變形分析及解決措施進(jìn)行說明.

a.原因分析： 出模方向如圖箭頭所示；

對(duì)于注塑件模具來說，上?？拷⑺芸?，溫度較高冷卻速度較慢，下模冷卻水冷卻的比較充分，冷卻速度較快.因此注塑件下模部分冷卻較快提前向下收縮并定型，出模時(shí)形成上蓋向下彎曲的形狀.為了達(dá)到出模冷卻后注塑件整體平直一致，現(xiàn)必須修改注塑件尺寸；這里采用的方法是給注塑件尺寸設(shè)定一個(gè)預(yù)彎曲量.下面是預(yù)彎曲量的計(jì)算；

b.計(jì)算及改進(jìn)措施： 上蓋材料： PA66+15%GF；縮水率： 0.5%-0.8%

現(xiàn)上蓋前端細(xì)長部分長度是150mm，則大致變形范圍是：150×縮水率=0.75mm～1.2mm，實(shí)測變形

量數(shù)值在1.1+/-0.1mm之間，基本與計(jì)算結(jié)果相符.

如圖示，修改上蓋尺寸，改動(dòng)上蓋平直邊，前半部分設(shè)計(jì)預(yù)彎曲量，以中間位置點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，將前半部分向反方向翻轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使頂部位移1.2mm，至此修改完成.