毕业设计（论文）-移动电源防摔设计研究.doc

深圳职业技术学院毕业论文移动电源防摔设计研究摘要本文从外观设计、结构设计、制造材料等方面着手，深入分析和研究了移动电源的防摔特性，并辅以产品的跌落测试实验，来验证移动电源设计方案的防摔可靠性。关键字：移动电源、外观设计、结构设计、制造材料、 跌落实验、防摔可靠性引 言设计源于生活，归于生活；防摔就是让移动电源产品经受的住在不同环境下跌落的情况，在瞬间产生的强大外力冲击下，产品仍保证可靠的使用性能。在“2013年度16款天猫京东热销移动电源综合横评”一文中，国内移动电源行业的领军企业：羽博、爱国者、电小二、飞毛腿、罗马仕、品能、品胜等等在防摔性能上都致力于在材料进行下功夫，普遍使用PC塑料材料，其材料有性能上有抗冲击能力良好和良好的韧性，使产品在防摔性能上都有不错的表现，受到广大消费者欢迎和认可。但仅仅靠材料是不能一劳永逸，在众多不确定的外力因素影响，如何进一步优化，这还需要外观和结构合理搭配使用，才能进一步使产品在防摔性能得到提升，同样这些设计理念也可延伸至其它电子数码产品领域，让其展现风采，让消费者更多满意使用体验，这才是我们设计者的最终追求。1、外观设计防摔当我们在使用移动电源产品的过程中，意外的跌落着地的瞬间，会产生较强的冲击力，此外力对外观和结构都会造成不同程度的损伤，从而致使移动电源产品的使用性能造成不同程度的影响。如何消除这种冲击力便是我们研究的方向，移动电源产品外观胶壳常使用的是硬胶材料，但硬胶材料不能消除冲击力，只会传递冲击力至产品内部，对产品造成一定影响。所以我可以设计成在外观硬胶材料的胶壳四周增加软胶来搭配使用的方案，当外观四周软胶部份受到瞬间产生的强大冲击力时，首先软胶部份会产生弹性变形，在变形的过程中，不断地消除或完全消除外来冲击力，保护移动电源产品不受破坏，从而起到有强有力的防摔设计功能。如上所述，我们可以采用“软胶+硬胶搭配的二次注塑成型的外观胶壳设计方案”。我们在移动电源的各个边角处进行局部外观造型设计，局部外观造型的材料使用TPR或者TPU等软胶材料，软胶内部采用ABS+PC塑胶等硬胶材料，在工艺上我们使用二次注塑来制造。当产品发生跌落，产品的软胶部份便可利用弹性变形来卸去冲击力，便达到保护移动电源产品，起到防摔功能。我们用一个设计方案的例子来进行说明，如下图1-1和图1-2所示：图1-1图1-2此款产品外观六个面的边角均采用软胶覆盖设计，在跌落过程中，软胶部份先着地，先承受着外来冲击力，软胶产生弹性变形来卸除大部份的冲击力，从而达到强有力的防摔功能。2、外观配件防摔如第1章所述，局部边角软胶覆盖设计还存在一些问题，往往让人意想不到的跌落情况，而致使此种设计方案起到防摔功能有所不足，所以我们可以设计一款软件保护套配件，来全方位保护我们的移动电源产品，如下图2-1、图2-2和图2-3所示： 图2-1图2-2图2-3此款软胶保护套配件的设计思路：材料选用硅胶材料，四周（除底部装配口、输入输出和电量显示孔外）全方位包住我们的移动电源产品。在不影响产品使用性能的前提下，当移动电源跌落在地时，硅胶保护套全方位来抵抗外力冲击，达到保护我们的移动电源使用性能不被破坏，起到更强的防摔功能。3、外观材料防摔外观材料是防摔设计中的一个重要环节，它直接影响着移动电源产品的外观和使用性能，现今移动电源产品外观胶壳使用的材料有很多，比如：ABS、PC、ABS+PC、铝合金等等；但针对产品的防摔性能方面，我们则需要具体情况具体分析和灵活应用。本文列举几项材料性能供大家进行参考。 玻璃纤维+铝合金复合材料优点：是一种性能优异的复合材料，抗冲击性优异、机械强度高、耐热性强、抗腐蚀性好、材料轻便时尚；缺点：耐磨性较差；适用领域：建筑、船舶、化工管道、汽车、航空、电子等领域有着广阔的应用前景，并且其应用领域仍在不断拓展和得到广泛应用；防摔性能:此材料性能出众，相对比诸多塑胶材料和合金材料的对比实验中，在防摔性能上表现出优异的成果。但价格昂贵，侧重于在高端精密电子产品中使用。【】 铝合金材料优点：抗冲击性能强、韧性等机械性能佳、加工性能极佳、可焊接性优良、电镀性极佳、良好的抗腐蚀性、易抛光、易氧化上色等等共性；缺点：由于铝合金中里的化学成份不一，决定着各项性能各有差异：铜元素提高铸造流动性，强度和硬度加强，但降低耐腐蚀性和塑性；镁元素提高强度和屈服极限，提高切削加工性，铸造性能差；锰元素加强机械性能，但加工切削难度加大；镍元素提高了强度和硬度，降低耐腐蚀性；钛元素加强了机械性能，降低热裂倾向；适合领域：在汽车工业、电子领域、建筑领域、家电领域等诸多领域广泛应用；防摔性能：因各元素含量不一，防摔性能有各自的优缺表现，但强于塑胶材料，但比塑胶价格贵。【】 ABS+PC塑胶材料此材料兼容了ABS和PC材料的所有综合特性；材料ABSPC优点优良的综合性能、有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、导电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、成型加工和机械加工较好抗冲击性能好、韧性好、耐热、着色性佳、热稳定性好、光泽度高、抵制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性缺点热变形温度较低、可燃、耐候性较差流动特性较差、加工较困难、易产生内应力开裂现象但其材料改善PC的流动性差和高温加工条件，也改善了ABS的热稳定性和可燃特性；适用领域：通信类电子产品、汽车用品、商业机器、家用电器等诸多领域广泛使用；防摔性能：其材料抗摔性低于铝合金材料，但价格低于铝合金材料。【】 尼龙塑胶材料优点：抗冲击强度良好、耐疲劳性能突出、机械强度高、韧性好、有较高的抗拉和抗压强度、耐热性能好、表面光滑、摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、有阻燃性、环保无毒、电绝缘性能优良、易染色、流动性好、易成型加工。缺点：吸水性大会降低塑料的机械强度，在高温环境会与氧化发生化学反应致使胶壳开裂，尺寸稳定性差。适用领域：汽车工业、电气电子工业、机械制造业、电线电缆通讯业、日常生活用品等等。防摔性能：此材料的防摔性能稍强于ABS+PC复合材料，价格与ABS+PC复合材料差异不大，但其使用环境会制约着防摔性能的强弱；【】 PC塑胶材料优缺点在第二小节里有进行描述。适合领域：家电电器、家用透明制口、医疗器材、机械工业、汽车工业等诸多领域。防摔性能：此材料防摔性能差于铝合金和ABS+PC复合材料,但价格低于铝合金和ABS+PC复合材料； 【】4、外观工艺防摔工艺就是移动电源产品外观的一个亮点，也是最直接的视觉和触觉的体验，防摔也就是在使用过程中，增加与人体接触的有效摩擦力，来进一步降低不可预料的意外因素造成的跌落机率，从而达到我们所需要的防摔特性。那我们如何来进行改善呢？ 外观部件纹理的使用假定我们的移动电源产品使用的是ABS+PC塑胶材料，那在我们的塑胶注塑模的型腔表面，我们可以进行晒纹处理，选择一些可以增加与人体接触产生较大摩擦力的纹理。我们参照现今国内规模最大、技术最完善的模具蚀刻企业“益新电机蚀刻香港有限公司”的纹板。、砂纹效果,如下图4-1和图4-2所示： 图4-1 图4-2、皮革纹，如下图4-3和图4-4所示： 图4-3 图4-4、布纹，如下图4-5和图4-6所示： 图4-5 图4-6、其它纹理，如下图4-7和图4-8所示： 图4-7 图4-8 外观部件后加工处理同样假定移动电源产品的材料为ABS+PC塑胶材料，我们除了对产品外观面赋于各种各样的纹理外，还可以喷橡胶油漆进行后加工处理。橡胶油漆，又称弹性漆、手感漆、绒毛漆，是一种高弹性的手感漆，具有橡皮般的手感和质感，能表现出其它涂料所无法显现的高级和优雅的格调，使塑胶产品、金属、橡胶等材料更富有弹性。有着优秀的耐擦伤性，耐冲击性，抗刮损等物理特性。表面能承受一定的划伤自愈能力，不溶于酒精、水、汽油等溶剂。综上所述，因其优秀的性能，增强了移动电源产品与人体接触的摩擦力，进一步减小意外跌落的机率，从而起到防摔功能。【】5、产品内部结构防摔5.1、装配件优化在我们注重外观方案来改善移动电源产品的防摔性能的同时，也得同样重视产品内部结构方面的优化问题。当电路保护板用螺丝结构或者其它结构固定好后，意外的因素致使出现跌落情况，瞬间产生强大冲击力通过外观材料传递到内部，引起内部固定好的电路保护板的共震和其它原因，假定电路保护板存在一定的质量问题，因为共震和其它原因，致使电路保护板发生不可意料的损坏，而致使移动电源失去相应的使用功能。那又如何去克服结构方面的因素，从而实现我们想要的防摔功能呢？我们可以设计一款软胶弹片去解决这些问题。如下图5-1和图5-2所示：图5-1图5-2此款软胶弹片的设计思路是：采用软胶中的PVC材料、TPR材料、TPU材料。在装配过程中，将软胶弹片放入螺丝柱上，放入电路保护板，用相同的扭力去锁紧和固定电路保护板。当外来冲击力传递到产品内部，塑胶弹片可起到有效的缓冲，从而达到保护电路保护板，起到可靠的使用性能，实现防摔功能。5.2、辅材强化移动电源同部除了电路保护板的装配固定需要结构优化外，其它部件也同样需要加强强化。比如电芯等等，那我们可以导入相关辅材进行结构强化，常用的辅材有海绵垫、有机硅橡胶等等，以下分别介绍。 海绵垫海绵垫的材料为EVA，材料特性：具有良好的柔软性和橡胶般的弹性，韧性和抗冲击性良好，电绝缘性良好，在零下50度仍然具有较好的可挠性，化学稳定性良好，抗老化，环保无毒，加工性和着色性很好。当移动电源受到外力冲击后，冲击力通过外观传递到内部，海绵垫便可通过自身的变形来卸去冲击力，保护移动电源产品，当外力消失后，海绵垫慢慢恢复到原来的形状，从而实现防摔性能。海绵垫价格低廉，使用广泛，但海绵垫适用于重量较轻的移动电源产品，具体使用状况，可根据相应的跌落实验来验证是否适用。 有机硅橡胶如上所述，当移动电源跌落实验发现海绵垫不适用时，这时我们可以采用：有机硅橡胶，其特性：固化后呈弹性体，具有抗冲击性强且很难脱落，且有着快速恢复的弹性。也有着相当于UL94-V0的阻燃防火等级，抗冷热环境交变冲击且保持良好的粘接性和绝缘性，可粘接性、密封、固定、强度均很强，对大多数金属和非金属材料均有良好的粘接性且不会产生腐蚀，环保无毒，广泛应用于电子电器产品中电子元器件的固定粘接，起粘接、密封、固定、阻燃、绝缘、耐高压、防腐蚀作用。在加工装配中，开始呈乳状，在暴露空气中24小时后产生固化现象。当移动电源受到强力冲击后，内部结构受到一定的冲击力，使橡硅胶变形而卸除冲击力，当外力消失后，快速回弹，恢复原状，达到实现更优的防摔性能，但价格高于海绵垫。【】6、移动电源跌落实验实验定义：测试移动电源防摔性能实验设备：直流负载仪、跌落台实验条件：、1500mm的高度；、50mm厚度的硬木板；、移动电源产品正反面和四个侧面自由跌落1次并反复进行；、第一组：两个相同外形的ABS+PC塑胶材料和PC塑胶材料的移动电源产品；、第二组：一个铝合金材料的移动电源产品；、第三组：两个分别带保护套和不带保护套的移动电源产品；、第四组：两个分别带装塑胶弹片和不带塑胶弹片的移动电源产品；、第五组：三个分别不带辅材、带黑色海绵垫和带白色橡硅胶的移动电源产品；实验数量：10个合格依据：电池是否通电正常实验结果：第一组，白色为ABS+PC塑胶材料的移动电源产品，绿色为PC塑胶材料的移动电源产品，经过12次跌落，白色产品仍通电正常，外观无变化（除擦伤外），橙色产品外观装配结合处有一定的间隙；第18次跌落，白色产品仍正常，橙色产品外壳脱落，产品无法通电使用。如下图6-1、图6-2、图6-3、图6-4、图6-5和图6-6所示： 图6-1 图6-2 图6-3 图6-4 图6-5 图6-6第二组，铝合金材料的移动电源产品，经过18次跌落，产品正常通电使用，外观无变化（除擦伤外）；经过30次跌落仍正常使用；如下图6-7所示：图6-7第三组，带保护套和不带保护套的移动电源产品，经过18次跌落，带保护套产品正常通电使用，外观无变化；不带保护套产品，出现一定的间隙，产品正常使用；经过24次跌落，带保护套产品一切正常；不带保护套产品外壳脱落，产品无法通电使用；如下图6-8和图6-9所示： 图6-8 图6-9第四组，带塑胶弹片和不带塑胶弹片的移动电源产品，经过18次跌落，除外观擦伤外，两个产品正常通电使用；经过24次跌落，仍正常；经过第30次跌落，带塑胶弹片的产品仍正常，不带塑胶弹片的产品接口处松动，通电异常，时断时续；如下图6-10和图6-11所示： 图6-10 图6-11第五组，不带辅材、带黑色海绵垫和带白色橡硅胶的移动电源产品，经过18次跌落，三个产品通电正常，但不带辅材的出现一定的间隙，另外两个产品正常。经过24次跌落，不带辅材外壳脱落，无法正常通电；带黑色海绵垫产品出现一定间隙，仍正常使用；带白色橡硅胶产品一切正常；经过30次跌落，带黑色海绵垫产品外壳脱落，无法正常通电；带白色橡硅胶产品一切正常。如下图6-12、图6-13和图6-14所示： 图6-12 图6-13 图6-14 实验小结：、ABS+PC塑胶材料移动电源产品在防摔性能上强于PC塑胶材料移动电源产品。、铝合金材料移动电源产品在防摔性能上远优于塑胶材料移动电源产品。、带保护套移动电源产品在防摔性能上远优于不带保护套移动电源产品。、带软胶弹片移动电源产品在防摔性能上强于不带软胶弹片的移动电源产品。、在防摔性能上，内部结构带橡硅胶的移动电源产品远优于带海绵垫和不带辅材的，而带海绵垫的产品优于不带辅材的产品。7、总结综上所述，移动电源防摔设计是一个集外观与结构的全方位的一种理念。在跌落实验的验证下，我们选用几种材料外壳的移动电源证