BRAUN电子直发器结构设计

刘正

B[摘 要]电子直发器用于直发美发，属于小家电范畴.直发器大致设计要求：安全，美观，轻巧，易于携带，防水，防漏电等.除了以上特点外，应该考虑如使用手感舒适性，方便性等用户体验效果.3066E.11是BRAUN的一种直发器型号，外观设计由BRAUN提供，本篇主要介绍结构设计内容；

[关键词]电子直发器 PTC 扭簧 热冷缩变形

中图分类号：TU287 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0289-02

【正文】：

1.产品介绍：

下图是3066E.11机型的直发器示意图：（见图1、图2）

2.设计分析：

2.1 外观：

产品用户是大众消费者，要求产品有好的性价比，在适用性上需要满足尽可能多人群的要求；外观上选择简洁流畅的外形，锋利尖角做圆角处理；外壳采用油性材质的PA66，既能保证强度要求，又有舒适顺滑的手感，价格也较同性能的材料便宜；显示镜片丝印颜色（银灰），用防水胶将镜片与外壳表面粘结；为使用方便简单，按键尽量少，面板上仅有开关功能按键及温度调节按键.

2.2 安规标准介绍：

基本标准：需要通过CE认证，个别部件需要通过UL认证；因欧标CE标准相关内容与国内CCC标准基本兼容，该设备的设计及测试遵循CE标准.所以该机型也符合国内CCC标准；可以在国内销售，对于美国市场，标准主机搭配符合UL相应要求的电缆即可；

结构设计标准：符合家用和类似用途电器的安全标准，主要以 DIN EN 60335-1 最新版为标准；

限于篇幅，其它适用于测试，电子的各项标准，这里不一一列举.

3.功能基本描述：

3.1设备：为便于携带和操作，设备重量不超过220g（不含电缆线），全重不超过350g（含电线和插头）；

3.2操作界面： 基本要求：按键：on/off （/____mm）；最大压力：10N；按键手感各向同性；

ON/OFF键：2秒启动，温度可调节， 缺省温度是160°C.LCD显示加热板上的温度.设备在运行60分钟后自动关闭.在”OFF”状态，电热板不加热，待机能耗不超过1W；在”ON”状态，电热板在30秒的时间限度内加热到90-120°C；ON/OFF开关的设计需要符合EN-60335-1规定的爬电距离及放电间隙的要求.手感在各个方向按压都应该是同样平滑的.装配间隙在最大温度变化情况下应该保持固定不变.按钮要求推拉力测试或厂家提供的测试报告，按钮与上盖间配合间隙要求顺滑无滞动；按鈕设计有一个止动凸台以防止意外强力按压按钮导致按钮损坏.

3.3自锁开关：在不使用设备时，将设备合拢并由自锁开关扣锁；寿命测试：3000次.

3.4电离子模块：有两个保护电阻以防大电流外部放电.电离子喷口结构上有间隙不夹头发，装配各部件必须确保合适的爬电距离.

3.5 PTC组件：包括电加热板，铝防护支架，电加热丝，传感器（PTC sensor CN7），熔断器； 电加热丝的固定方式必须是机械夹紧，不允许焊接和其它胶粘合方式， 电加热板组件必须良好固定在外壳件内，在跌落测试时能有效提供固定及支撑作用.

a. PTC电加热板： 加热板温度是两块加热板之间中点温度，加热板的合理温度范围限制在130°C～200°C之间，合理温度不会对头发造成损伤；加温通过一个电加热电路实现，并由PTC传感器控制温度范围；加热板表面需要喷涂耐高温烤瓷，其中一块电加热板为浮动安装，以达到适度的压紧头发的作用.用户可以在不同的环境条件下安全使用电器（洗浴室，卧室等）.热熔断器在失效模式下自动安全熔断.

b.铝防护支架： 拉深铝型材（AlMgSi 0.5 F13），用以固定电加热丝，浮动高度大于0.5mm.

3.6 柔性固定板： 盖板两侧带卡扣，用以固定铝防护支架；PTC组件通过柔性固定板固定在外壳上.柔性固定板与拉深铝型材装配间隙小于0.05mm.

3.7 电源线：满足VDE标准.通过高电压（3min/2KV），耐压（15min/2500V），老化（240°C/168h）测试.

3.8 外壳：外壳接近加热丝的位置不能超过110°C；外壳温度测量点： 握把，开关，外壳侧面，外壳背面，操作面板；外封装待机能耗不超过1W；外壳分模线误差 0.4+/-0.2mm，不允许有明显的锋利边划痕毛刺.外壳材料：PA66/PBT/PC； 按键材料：POM；面板：PC Makrolon 2805.

4.质量测试内容：

a.LCD显示器在温度影响下的功能测试；b.电源线柔性及旋转测试；c.跌落测试；

d.温候测试：温度测试范围：130°C±2°C（min）

e.设备必须确保足够设计空间容纳电子元件（线，电阻，传感器，PCB板，固定座），在温度过热达到240°C时设备自动关闭电源.

5.结构设计要点分析：

a.直发器开闭扭簧设计：

试验发现人使用手握式电器设备的握力在20N～30N.最佳设计应该是在手掌握紧直发器合拢不怎么费力.在手掌松开时直发器能轻松迅速弹起，并且弹力手感适中；

另外，在弹簧工作中，弹簧受到的外力除人力施加的压力以外，还有弹簧在装配体中与接触表面产生的摩擦力.当手松开时，直发器从闭合状态弹起，这时主要作用力是弹簧弹力及滑动摩擦力.（见图3、图4、图5）

计算：

现设定扭簧中径D=7.0mm，有效圈数 5N，不锈钢丝SUS304 D1.2mm.当直发器从张开状态开始闭

合到完全闭合时， 扭簧上臂从自由位置扭动90°到水平位置；

（1）.计算扭矩：

KTd = （E×d4）/[3667×D×N+389（a1+a2）]

= （19000×1.24）/[3667×7×5+389（7+9）]

= 0.2928Kgm

（2）. 扭动90°负荷重：

F1=（KTd×Angle）/a2

=（0.2928K×90）/9

=2.928Kg≈28.7N

（3）. 关于摩擦力的校验：

在直发器张开到极限角度30°时，弹簧弹力简单计为扭动60？的负荷重：

F2 = （KTd×Angle）/a2

=（0.2928K×60）/9

=1.952Kg≈19.1N

钢与尼龙接触时，在无润滑状态下，滑动摩擦系数查表为0.5，根据摩擦力计算公式：

F=μ×N=0.5×19.1=9.55N；这时垂直方向分解压力为9.55/31/2=5.5N.

也就是说弹簧将直发器弹开，弹簧弹力大致需要达到或大于5.5N的弹力；

考虑到直发器内部装配复杂，不仅有装配零件，还有电线，电缆；特别是电线，电缆在内部的紧凑安装使得设备在工作运动时与机壳内壁摩擦，产生较大的阻力，因此选择弹簧的可靠弹力必须大于校核力；通过以上计算所得到的弹力范围是：28.7N～19.1N，是校核力5.5N的3～4倍，遠远大于校核力；符合实验结果与设计要求；

设计步骤：

先大致通过以上计算方法确定弹簧尺寸，然后用Pro-E按照设定的尺寸绘制三维图，在Pro-E中检查弹簧与装配图是否有干涉，间隙是否均匀等；确定装配OK之后将弹簧尺寸参数代入计算公式中进行验算，计算的负荷以达到设计要求（30+/-5N）为准.如不能满足设计参数，重新修改弹簧尺寸并更新装配；直至调整到弹簧满足设计要求；弹簧的参数设计流程图如下：（见图6）

b.注塑工艺热冷缩变形问题的分析及解决：

直发器上下盖属于细长杆结构件（长径比：150/15=10），对于塑料细长杆来说，注塑热冷缩变形是

一个常见问题.经过对试制样件尺寸测量，发现上下盖都发生了较大的挠曲变形，如图示.现以上盖为例，对上盖变形分析及解决措施进行说明.

a.原因分析： 出模方向如图箭头所示；

对于注塑件模具来说，上模靠近注塑口，温度较高冷却速度较慢，下模冷却水冷却的比较充分，冷却速度较快.因此注塑件下模部分冷却较快提前向下收缩并定型，出模时形成上盖向下弯曲的形状.为了达到出模冷却后注塑件整体平直一致，现必须修改注塑件尺寸；这里采用的方法是给注塑件尺寸设定一个预弯曲量.下面是预弯曲量的计算；

b.计算及改进措施： 上盖材料： PA66+15%GF；缩水率： 0.5%-0.8%

现上盖前端细长部分长度是150mm，则大致变形范围是：150×缩水率=0.75mm～1.2mm，实测变形

量数值在1.1+/-0.1mm之间，基本与计算结果相符.

如图示，修改上盖尺寸，改动上盖平直边，前半部分设计预弯曲量，以中间位置点为旋转点，将前半部分向反方向翻转一个角度，使顶部位移1.2mm，至此修改完成.