ABS隐藏水箱面板设计*

许美珍

(厦门铱科卫浴科技有限公司 福建 厦门 361000)

隐藏水箱正在被越来越多的人知道和选择。隐藏水箱是指把具备进水和排水功能的冲洗水箱隐藏在卫生间墙体或者装饰柜中,与传统马桶的相比，使用隐藏水箱的卫生间更整洁、美观、时尚，减少卫生间死角，更容易清洁。而最终展示在终端用户眼前的，就是一块隐藏水箱面板和挂壁马桶，图1为效果图展示展示。

图1 效果图

隐藏水箱面板就是用户启动水箱中机构的一个桥梁。通过外力或信号驱动面板，来驱动水箱中的排水机构，最终完成排水并冲刷马桶的功能。作为整个隐藏排水系统中唯一终端用户能看到并接触到的产品，隐藏水箱面板的设计至关重要，不仅要功能要好，外观也要重点关注。

1 隐藏水箱面板分类

市面上的面板有各种各样的。

按照材质分类，主要有：ABS塑料面板、玻璃面板、不锈钢面板、铜面板等；

按照款式分类，主要有单按面板、双按面板等；

按照操作方式分类，主要有机械式面板、气动式面板、感应式面板等。

最普遍使用的还是ABS塑料机械双按面板。下面就以一款ABS塑料机械双按面板外观为例子来介绍隐藏水箱面板设计相关要点，可见图2a、2b、2c，分别是面板外观件的正面、侧面、背面。如图示，ABS水箱面板有3个外观件，分别是ABS面板本体、ABS大按钮、ABS小按钮，还有一个弹性结构件。

图2 面板外观件的正面、侧面、背面图

2 隐藏水箱面板要求

2.1 功能性设计要求

(1)按压顺畅，无卡涩：确保用户在按压面板时，没有阻塞感、刮擦感，有一个好的手感至关重要；同时需要通过计算核查，确保大批量生产也不会出现本体与按钮卡涩的问题。

(2)按压力小：有利于提高用户的体验感。卫生间的使用者包含了各个年龄段的人，小的按压力，能大大提高客户的满意度，尤其是老人与小孩。从各国家标准来说，中国标准GB 26730-2011中要求，按压力必须小于等于30 N,而欧洲标准EN 14055-2015中则要求按压力必须小于等于25 N。设计的产品最低要求就是要满足销售国家的国家相关行业标准。标准中阐述的按压力是面板按压力加上隐藏水箱排水机构按压力。

(3)按钮与面板本体的晃动量小：晃动量是指按钮相对本体来说，在非使用状态下，在X/Y方向上的晃动值(X/Y方向见图2c)。在功能上，本体与按钮之间需要相互活动,两者是间隙配合。那么面板按压的顺畅性与晃动量之间是需要取一个平衡的。

(4)使用噪声低：面板的使用时间点是随机的，可能是热闹的白天，也可能是安静的半夜。使用场合也是多种多样的，可能是嘈杂的路边公共厕所，也可能家庭卫生间。所以设计时要考虑防噪声。避免出现刺耳的撞击声。

(5)安全：机械式面板是通过用户按压按钮来实现功能的，设计上要避免出现用户手指受伤等危险情况出现，安全是设计需要考虑的重要因素。

2.2 外观性设计要点

(1)间隙小而均匀：间隙指的是本体与按钮、按钮1与按钮2之间的缝隙。从视觉效果看，小间隙，能很大程度提高一块面板的精致度。很多市场的反馈也是喜欢间隙小的。而间隙的均匀性，是设计一款面板的重点和难点。

(2)断差小：断差指的是在Z方向(可见图2b)上，本体与按钮之间的高度差。塑料件在生产过程中，可能会存在变形，变形就可能导致本体与按钮之间产生断差。同时塑料件在批量生产时，批次中和批次间尺寸会有波动，尺寸波动也会产生断差。

(3)ABS面板本体、按钮没有缩水等注塑缺陷：塑料件在结构设计时需要重点考虑。

(4)ABS面板本体、按钮注塑熔接线需小而细：塑料件胶口位置对熔接线的影响很大。

3 隐藏水箱面板设计

3.1 设计方案说明

在本体上做转轴，在按钮上做孔，孔与轴的配合是间隙配合。当外力施加在按钮上时，按钮相对于本体，进行旋转运动，从而驱动隐藏水箱中的排水机构，实现冲刷功能(见图3)。

图3 设计图

面板初始状态：本体与按钮外观面在同一个平面上。在本体与按钮之间设计一个弹性件，来保证按钮在没有外力作用时，始终处于初始非工作状态。这阶段按钮受到弹力F1和自身重力F2、支撑力F0的作用，受力、力矩情况如图4a。

受力要求：F1=F2+F0，力矩M1=M2+M0，F1>F2,M1>M2。

面板第二阶段状态：外力F3驱动时，也就是用户开始按压按钮，按钮开始旋转，此时按钮不受F0的作用。按钮相对本体开始旋转，从0°到α°旋转时，隐藏水箱排水机构从不工作到被完全驱动，隐藏水箱开始稳定排水工作。这阶段按钮受力、力矩情况如图4b。

受力要求：F2+F3>F1，力矩M2+M3>M1；

面板第三个阶段状态：当旋转角度到达α°时，按钮又受到水箱机构对按钮的一个支撑力F4，按钮停止旋转。这阶段按钮受力、力矩情况如图4c。

此时受力要求：F2+F3=F4+F1，力矩M2+M3=M4+M1；

面板第四阶段状态：外力F3消失时，也就是用户按压完成后，按钮受到弹性件的弹力作用，按钮相对本体反方向旋转，角度从α°减小到0°。这阶段按钮受力、力矩情况如图4d。

图4

此时受力要求：F1>F2，力矩M1>M2。

直到恢复0°，恢复到初始状态。如此循环使用。

3.2 设计细节说明

面板转轴在Y轴方向的布局：假设隐藏水箱启动排水机构的最小行程为X,转轴到按钮下边缘的距离为L1(见图3标注)。从图5计算简图可知：

图5

旋转角度α(见图4b标注)=α1+α2，

行程X=X1+X2=tanα1×L1+tanα2×L1。

隐藏水箱排水结构行程X是固定的，可推出α与L1成反比。

从而可总结出：在设计上L1越大越好，这样用户按压的角度α就比较小,按压体验感更好。按压角度越小，也更安全。

按钮左右限制结构：为了保证按钮按压顺畅，本体的转轴端面与按钮的孔端面在X方向上是间隙配合的，(X方向可见图3)。这就意味着，按钮与本体之间是可晃动的，且离转轴越远，晃动距离越大。为了减少按钮与本体的在X方向左右晃动量，需要设计限制按钮左右晃动行程的结构，可见图3的虚线圈起位置。

从图6计算简图可知：X3/L2=X4/L1。

图6

可推出X4=X3/L2×L1。X4是按钮与本体之间的最大左右晃动量，X3为限制左右晃动量结构处的左右设计间隙(可见图3)。

从公式可看出，L2与X4成反比。

所以，在设计上，左右限制结构的L2尺寸应尽量大，左右限制位置应尽可能远离转轴，靠近按钮尾端，这样按钮最大左右晃动量就越小。

按钮与本体的相互接触点，除转轴A、B两点外，应该再增加C、D两点。C、D两点主要就是用于控制按钮与本体的断差。同时A、B、C、D四点的连线围起来的面积应尽可能的大。面板越大，能更好的调整本体与按钮之间的断差。可见图3，如果接触点是A/B/C/D1，那么当按钮与本体之间在D1位置有断差时，D位置的断差会大于D1处断差，因为按钮与本体之间间隙配合，会产生轻微旋转作用。所以接触点设置在A/B/C/D比A/B/C/D1好。

按钮与本体作为ABS塑料件，预防缩水是及其重要的。产品表面有缩水，常常是因为在那个位置，壁厚突变而导致缩水量不同而产生的印记。所以在按钮与本体上做结构时，须特别注意。筋条最佳的壁厚关系是a=1/3b,可见简图7。

图7

按钮与本体作为ABS塑料件，注塑过程中不可避免会有熔接线。所谓熔接线，就是两股材料相互熔接时保留的线，一般出现时射胶尾端。熔接线主要受两个因素影响。一是两股材料对冲时的角度，当对冲角度为钝角且角度越大时，熔接线越不明显；二是射胶尾端的温度。温度越高，熔接线深度越浅，宽度上越细。所以可以模具设计时，在预估的熔接线位置，局部做加热棒，局部提高注塑温度。

4 隐藏水箱面板设计相关计算

本体与按钮最小间隙计算(见图8)。

由图8可看出，最小间隙的尺寸链中，A1、A2是减环，A3、A4是增环。

A0、A1、A2、A3、A4代表的意思可见图8标注。

图8

A0公称值=A4公称值+A3公称值-A2公称值-A1公称值；

A0上公差=A4上公差+A3上公差- A2下公差-A1下公差；

该鱼具有多元价值功能，其中最为突出的是食用营养和滋补保健价值，鳜鱼是一味高档美味佳肴，也是西餐常用鱼之一，肉质细嫩、爽脆、弹牙，味道鲜美，而且还是一味高级滋补保健品。根据中国传统中医理论，该鱼味甘、性平，无毒，归脾、胃经；具有益脾胃、补气血的功效。

A0下公差=A4下公差+A3下公差- A2上公差-A1上公差；所以，本体与按钮的最小间隙=A0公称值+A0下公差,必须确保最小间隙大于等于0，才能保证批量生产中，入墙水箱面板不会出现干涉的情况。

5 实际应用经验

(1)常规ABS塑料面板空按的按压力可做到1～2 N，安全。

(2)常规ABS塑料面板间隙可做到0.8 mm,安全且美观。

(3)如果ABS面板所处环境高温，需考虑高温环境对弹性件的影响。SUS301材质的弹性件耐高温后，会有一定量的回弹。

(4)ABS塑料面板熔接线处局部位置模具温度提高，可改善熔接线问题。

(5)ABS塑料面板可在表面制作多种表面处理，比如电镀、喷涂、各颜色PVD、ORB，可实现外观多样化。