5W—LED恒压驱动电源外壳结构设计毕业设计论文.doc

浙江科技学院本科毕业设计5WLED恒压驱动电源外壳结构设计毕业设计论文第一章 绪论1.1 课题背景1.1.1 引言在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 LED已有近3O年的发展历程。20世纪7O年代，最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此，LED开始进人多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各个部门和千家万户。到1996年，LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制，但是由于GaP和GaAsP LED具有寿命长、可靠性高、工作电流小、可与TrL、CMOS数字电路兼容等许多优点，因而一直受到使用者的青睐。最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。超高亮度(UHB)是指发光强度达到或超过10Omcd的LED，又称坎德拉(cd)级LED。高亮度A1GalnP和InGaN LED的研制进展得十分迅速，现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年，日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 62Ohm橙色超高亮度LED，1992年，InGaAIP 59Onto黄色超高亮度LED达到实用化。同年，东芝公司研制的InGaA1P 573nm黄绿色超高亮度LED的法向光强达2cd。1994年，日本日亚公司研制成lnGaN 450nm蓝(绿)色超高亮度LED。至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。我国发展LED起步于2O世纪70年代，8O年代形成产业。全国约有100多家企业，95的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全部从海外进口。通过几个”五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术，使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。北京、长春、南昌、上海、山东、河北等地的一些厂家，现已具有GaAs和GaP单晶、外延片、芯片的批量生产能力。由南昌746厂组建的欣磊光电公司的普亮LED芯片生产线，1998年生产出管芯7亿只，1999年超过1O亿只。信息产业部电子第13研究所下属的河北汇有电力电子公司和河北立德电子公司已分别建成InGaA1P超高亮度LED外延片和芯片生产线，1999年年底达到年产外延片1万片、芯片1亿只的生产能力，从而改变了我国超高亮度LED外延片、芯片全部从海外进口的局面。1.1.2 市场在圆片上形成的LED器件是不会发光的，必须要加以封装组成炮弹式样后才能发光，因此市场常由封装和LED两部分组成。据统计，2005年世界封装产值比上年增长了1 14，达67亿美元。日本是最大的生产国，独占世界市场的46，中国台湾次之，占17。预计到2008年，世界LED封装市场将增长到91亿美元，年均增长率为109。据统计预测，2005年世界白光LED的需求约为45亿个，到2008年将增长到约98亿个，翻了一番还多，年均增长率接近30，可见市场潜力之巨大。其中最大的应用产品是移动电话，2005年占市场的68，由于手机市场已趋向饱和，增长缓慢，2008年虽仍占有老大地位，但市场份额则将下降到40。增长较快的是汽车和照明，2008年将分别从10提高到22，和2提高到15。2008年LCDTV和PC用LED将分别增长到7和6。据日本野村综合研究所调研，由于移动电话在经济发达国家的需求已过一轮，今后增长势必趋缓。并且所用白光LED价格江河日下，影响到自光LED以销售计的市场增长大不如销售量市场，但预计20052010年仍会有10的年均增长率。将从174亿美元提高到284亿美元。增长的驱动力来自大尺寸LCD屏和车载设备所需的白光LED背光源。白光LED生产主要掌控在日本公司之手，占有整个市场72 的份额，其中日亚化学公司独占412，Citizen公司占1 78 ，O s RAMOPTO公司137，丰田合成公司129。由于看好市场，通过科研开发和生产合作也有不少欧美公司包括Fairchild、Agilent以及韩台地区公司参与进去，竞争加剧。不但日亚化的比重会缩小，而且通过各种整合，出现一些新兴制造公司。1.1.3 应用白光LED近1、2年主要应用于移动电话、数码相机、数字摄像机和便携游戏机等4类产品的LCD背光源 据2004年的统计，应用程度都很高，便携电话占69，数码相机67，数字摄像机80，便携游戏机更高达100。高端数码相机和数字摄像机的取景器和图像重放显示器都需要高品质的图像，因而要用白光LED作背光源。其次，汽车需要多种多样的照明， 白光LED作为取代产品将逐渐渗入这一市场。首先是车内面板和车内灯的应用，现在的应用率虽还不过1224，但预计到2008年可提高到67。车内面板估计目前平均约用18个LED，2008年可望增加到25个。顺便说一句，移动电话现在使用34个，加上键盘和照相机闪光灯共6个，2008年可望增加到78个。汽车的应用今后要考虑的有雾灯、转弯用灯、弱光灯和强光灯等。汽车应用有特殊的要求，包括高可靠，长寿命(10年以上)等。就白光LED本身讲也需要在亮度、光通量、发光效率、发热对策等方面作进一步改进。特别是车前灯，目前使用的卤素灯发光效率为17201mw，光通量15001m左右，寿命3005004时，目前LED还做不到，今年才有望开始用于个别车型上。据预测，世界轿车用LED可单从2005年的50亿个增长到2010年的60亿个。又据传，车前灯使用白光LED的汽车2008年或可达一成。再次是作为PC和电视的LCD屏背光源，以及普通照明的白光LED，市场成长空间最为巨大。白光LED作为LCD背光源，主要是与CCFL(冷阴极管)开展竞争，在移动电话、数码相机等所用小尺寸显示屏方面，LED无论性能、价格不但都已胜过后者，而且已达十分成熟的程度，市场开始走低。但在中大尺寸LCD显示屏方面，白光LED由于使用数量相差甚大，且在价格、敞热、Ic驱动方面都还未臻完善。笔记本电脑2005年才开始使用白光LED背光源，并将由此逐渐推向OA和电视，预计这方面使用的白光LED今明两年将开始量产，投放市场，2008年LCD电视使用率或将达到一成。至于照明领域，除了传统的白炽灯，荧光灯之外，其他节能灯还在不断开发出来，白光LED要打入这一市场确非易事。自光LED亮度虽高，但在使用寿命、散热、成品率等方面都还存在问题，价格过高尚难普及。白炽灯从电转为光的转换效率只有510，荧光灯为2225，白光LED为2535。理论上白光LED的转换效率叮达99，故只要转换效率提高到50，那在节能和减少花费方面就会超过白炽灯和荧光灯减少几倍。因此，白光LED一旦在技术和产量上超越障碍，其在照明市场上潜力之巨大，不可言喻。根据Roland Haitz对过去34年的统计，LED的光输出量以每1824个月增加2倍的所谓HaitzSLaw计算，那么，到2025年LED将主导整个照明市场。白光LED具有省电和环保两特大优势，势将成为El常生活照明，改变社会生活面貌，进入白光LED照明新世纪。1.1.4 国内情况由于采用半导体LED(发光二极管)照明具有节能、环保和长寿命等优点,因此近几年来国际上主要发达国家和相关大公司、研究机构均投入很大力量来发展LED,已取得了很多研究成果,申请了几千个专利项目,并不断扩大产业规模,向照明领域拓展。我国在LED产业发展方面做了很多工作,主要呈现以下几个特点。 重视程度高支持力度大 近年来国家相关部委和部分地方政府对发展LED产业有了较统一的认识,均在制订相关发展方案和政策。首先,以科技部牵头由国家相关部委一起于2003年6月成立“国家半导体照明工程领导小组”,具体指导国家LED产业的发展。并确定上海、厦门、南昌、大连等4个地区为首批半导体照明工程产业化基地。其次,国家发改委委托中国工程院研究制订“我国固态照明产业发展规划”,中国工程院已组织国内相关专家组成专家咨询组,正在进行研究制订之中的该发展规划经相关部门修订和批准之后将从2005年开始执行。第三,信息产业部组织全国性的专门会议,如举办LED产业发展论坛,对当前如何加快LED产业化发展进行深入研讨。同时与科技部一起着手制订半导体LED照明标准体系,这将是LED照明产业化的指导性技术标准文件。最后,全国有十几个省、市地方政府非常重视LED照明产业的发展,分别制订LED产业发展规划,加大地区的LED产业的投入和扶植。上述这些举措,为加速发展我国LED产业起了决定性的作用。 LED产业投入加大 无论是国家或是企事业单位,为抓住LED产业发展的大好机遇,在人力、物力、资金方面均加大了投入。首先,在国家投入方面,LED的研究开发,前几年通过863计划,不少研究机构(大学)获得资金的支持,开展了很多实质性的研究课题,取得可喜成果。2003年2004年科技部拨出部分创新基金重点扶植部分研究机构和企业发展LED。信息产业部也以发展基金的形式扶植重点研究机构和企业来发展LED产业。教育部还有部分研究基金支持部分大学的LED研究课题。国家发改委制订的发展规划也将有更大的支持力度。各地方政府已经以各种形式投入不少资金来发展地方的LED产业。其次,企事业单位的投入。企事业单位首先从人才方面均有较大的投入,很多研究单位(大学)和有实力的企业引进了不少光电专业的博士、硕士、本科毕业生,增大了研究开发队伍。其次,从资金方面也有较大的投入,很多研究单位(大学)为了深入并扩大研究相关课题,投入大量资金,购置新的MOCVD外延设备,如中科院半导体所、南昌大学、厦门大学等单位。许多有实力的前工序企业正在加大投资力度,购置新设备,如厦门三安、深圳方大、江西联创、上海北大蓝光等单位均在购置新的MOCVD外延设备和芯片制造设备,以增强研发力度和扩大产业化规模。在后工序方面,如厦门华联、佛山国星、江西联创等单位分别增加投入,购置全自动封装整套设备、SMD设备和功率LED封装设备,不断扩大生产规模。另外,近两年有不少企业新投入LED产业或建立新的LED企业，投入后工序封装的企业更多。上述这些的投入,无疑将加速推进LED产业化进程。近年来,很多企业与研究单位(大学)进行产、学、研结合,扩大研究成果的产业化。根据目前LED发展的形势,许多企业正在寻找更多的合作对象,想把企业做大做强,这是目前的发展动态。2003年大连路明与美国AXT公司合作组成大连路美公司,厦门三安与美国一家公司合作,成立厦门安美公司。这些企业的合作成功,无疑将有助于扩大投入,加强产品的研发力度和扩大生产规模,提高产业化的水平。 LED应用面不断扩大 近年来LED发展的特点之一是该系列产品的需求量不断增大,而且该产品的应用面也不断扩大,这就为推进LED产业发展打下坚实基础。据初步了解,目前国内进行LED和特种照明的应用开发及生产单位超过200家,而且很多企业是原来生产普通照明产品的企业也投入了LED照明的应用开发生产。目前LED除了大家熟悉的应用之外,近几年来出现很多新的应用领域,如全彩屏的大、中、小屏幕显示装置、各种不同颜色变化的背光源、汽车内外的照明和显示装置、航空、航海、铁路等交通信号指示用的特种照明灯、低压安全类(矿灯)、室外景观照明及室内装饰照明用的LED灯、各种不同灯具结构LED特种照明灯和LED白光照明的应用等等。由于这些新领域的应用和推广,使超高亮度LED需求量不断增加,为促进超高亮度LED产业发展打下坚实的基础。随着超高亮度及白光LED应用面的不断扩大,以及在技术上的进一步突破和生产成本的不断下降,将进一步推进LED实现普通照明的进程。1.2 课题的提出LED照明行业是一个新兴的行业，它以其独特的优点深受人们的青睐。如今在光电工程中，提高光效，节约能源和高可靠性已经成为人们共同追求的目的。我们在讨论和使用LED光源时，都会想到LED的寿命长、节约能源、亮度高等特点。也正是因为如此LED光源才倍受欢迎。LED光源虽有以上优点，却并不如人们所说的那么神奇。只有给其配上合适、高效的LED电源、合理的电路设计、完善的防静电措施、正确的安装工艺才能充分发挥和利用LED光源的以上优点。LED是电流控制元件，通过流过的电流，直接将电能转变为光能，故也称光电转换器。因其不存在摩擦损耗和机械损耗，所以在节能方面比一般的光源的效率高，但是LED光源并不能像一般的普通光源一样可以直接使用电网电压，它必须配置一个电压转换装置，提供满足其额定的电压、电流，才能正常使用，即LED专用电源。但是各种不同的LED电源其性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED专用电源，才能真正体现LED光源高效特性。因为低效率的LED电源本身就需要消耗大量电能，在配合LED的使用过程中根本就体现不出LED的高效节能特性。而且LED电源也必须是高可靠性电源，才能使LED光源系统长寿命。本次毕业设计的课题来源于为一个5WLED恒压驱动电源设计一款外壳。根据国标GB：19510.12004/IEC 613471：2003 灯的控制装置，规定外壳符合以下要求：1. 定义控制装置（lamp controlgear）形式为独立式控制装置（independent lamp controlgear）。2.电源电压（ supply voltage）为200V240V。3.额定最大温度 （rated maximum temperature ）为75。4. 防止意外接触带电部件的措施。5. 防潮与绝缘。6.介电强度。7.爬电距离。8.螺钉、载流部件和连接件。9.耐热、防火及耐漏电起痕。1.3 课题任务产品设计的设计要点与原则1、以最简单的结构做出最优良的产品（即性价比，降低制造成本提高成品市场竟争力）；2、以与产品结构性能最匹配的材料做为产品的首选材料；3、壁厚不宜过厚并且要尽量均匀（壁厚理论上取产品长度的1/10）；4、产品配合位设计时不能设计成零对零（即两零件之间不能没有间隙），一般都要预留0.1的间隙，结构设计中把0.15以下称死配合，0.15以上称运动配合；5、在进行产品结构设计时产品外形的直身位和涉及到装配位都要加上脱模斜度，产品内部非重要的特征可以让模具设计来增加脱模斜度，结构设计只需要在后期的工程图加上未注脱模斜度的字样，给脱模斜度时尽量给到2度以上（如果表面晒粗纹甚至要给7度以上，一般来说晒纹深度加0.01，脱模斜度增加2度）；6、产品设计要秉承加胶容易减胶难的设计原则，特别对一些要进行紧配合的产品，可以先行做松一点再进行适当的加胶进行紧配合，加胶容易的原因是因为一般的加胶在改模时只要用铜公再打一次火花就可以，减胶则要烧焊；7、深柱位加筋，防止注塑时变形和增加柱位强度 。结合产品设计的设计要点与原则，要求设计出的5WLED驱动电源外壳，满足以下几点：1. 外观设计要求（创意设计）。2. 安规要求。3. 电器安装要求（包括1.线路板尺寸要求：2.整个产品安装）。4. 整个产品装配要求。5. 客户要求。6. 装配要求。7. 产品的电磁兼容性(EMC)要求。.8：产品的噪音问题，防尘，防水问题 根据上述要求确定外壳总体结构，然后设计出内部结构，最后完成整个外壳设计。第二章 材料的选择了解塑件的常用材料的性能与特性，有利于我们在设计过程中合理的选用材料。常用的材料有：PC、ABS、PC+ABS、POM、PMMA、TPU、RUBBER 以及尼龙纤等。 2.1 PC （聚碳酸脂） 化学和物理特性： PC（聚碳酸酯）是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定，刚硬而有韧性；具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在 -60120下长期使用；无明显熔点，在 220-230呈熔融状态；由于分子链刚性大，树脂熔体粘度大；吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小；属自熄性材料；对光稳定，但不耐紫外光，耐候性好；耐油、耐酸、不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂，长期在水中易引起水解和开裂。注塑工艺要点： 高温下PC 对微量水份即敏感，必须充分干燥原料，使含水量降低到0.02%以下，干燥条件：100-120，时间12 小时以上；PC 对温度很敏感，熔体粘度随温度升高而明显下降， 料筒温度：250-320，(不超过350)，适当提高后料筒温度对塑化有利；模温控制： 85-120 ，模温宜高以减少模温及料温的差异从而降低胶件内应力，模温高虽然降低了内应力，但过高会易粘模，且使成型周期长；流动性差，需用高压注射，但需顾及胶件残留大的内应力(可能导至开裂)，注射速度：壁厚取中速，壁薄取高速；必要时内应力退火；烘炉温度125-135 ，时间2Hrs，自然冷却到常温；模具方面要求较高；设计尽可能粗而短弯曲位少的流道, 用圆形截面分流道及流道研磨抛光等为使降低熔料的流动阻力；注射浇口可采用任何形式的浇口，但入水位直径不小于1.5mm；材料硬，易损伤模具，型腔、型芯经淬火处理或镀硬(Cr)；啤塑后处理: 用PE 料过机；PC 料分子键长，阻碍大分子流动时取向和结晶，而在外力强。 PC与不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。具体有PC/ABS合金，PC/ASA合金、 PC/PBT合金、PC/PET合金、PC/PET/弹性体共混物、PC/MBS共混物、PC/PTFE合金、PC/PA合金等，利有两种材料性能优点，并降低成本，如PC/ABS合金中，PC主要贡献高耐热性，较好的韧性和冲击强度，高强度、阻燃性， ABS则能改进可成型性，表观质量，降低密度。 PC的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业，其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。PC可用作门窗玻璃，PC层压板广泛用于银行、使馆、拘留所和公共场所的防护窗，用于飞机舱罩，照明设备、工业安全档板和防弹玻璃。 PC板可做各种标牌，如汽油泵表盘、汽车仪表板、货栈及露天商业标牌、点式滑动指示器， PC树脂用于汽车照相系统，仪表盘系统和内装饰系统，用作前灯罩，带加强筋汽车前后档板，反光镜框，门框套、操作杆护套、阻流板、PC被应用用作接线盒、插座、插头及套管、垫片、电视转换装置，电话线路支架下通讯电缆的连接件，电闸盒、电话总机、配电盘元件，继电器外壳， PC可做低载荷零件，用于家用电器马达、真空吸尘器，洗头器、咖啡机、烤面包机、动力工具的手柄，各种齿轮、蜗轮、轴套、导规、冰箱内搁架。PC是光盘储存介质理想的材料。PC瓶（容器）透明、重量轻、抗冲性好，耐一定的高温和腐蚀溶液洗涤，作为可回收利用瓶（容器）。PC及PC合金可做计算机架，外壳及辅机，打印机零件。改性PC耐高能辐射杀菌，耐蒸煮和烘烤消毒，可用于采血标本器具，血液充氧器，外科手术器械，肾透析器等，PC可做头盔和安全帽，防护面罩，墨镜和运动护眼罩。 PC薄膜广泛用于印刷图表，医药包装，膜式换向器。2.2 ABS （丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物） 化学和物理特性： ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性； 苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。ABS 收缩率较小(0.4-0.7%)，尺寸稳定；并且具有良好电镀性能， 也是所有塑料中电镀性能最好的；从形态上看，ABS 是非结晶性材料，三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相， 另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS 的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS 材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等 到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。 ABS 材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。 A (丙烯睛) - 占20-30% ，使胶件表面较高硬度，提高耐磨性，耐热性。 B (丁二烯) - 占25-30%，加强柔顺性，保持材料弹性及耐冲击强度 。C (苯乙烯) - 占40-50%，保持良好成型性(流动性、着色性)及保持材料刚性。 注塑工艺要点： 吸湿性较大，必须干燥，干燥条件85，3hrs 以上(如要求胶件表面光泽，更需长时间干燥)；温度参数: 料温180-260(一般不宜超过250，因过高温度会引致橡胶成份分解反而使流动性降低)，模温40-80正常，若要求外观光亮则模温取较高；注射压力一般取70-100Mpa，保压取第一压的30-60%，注射速度取中、低速；模具入水采用细水口及热水口。 一般设计细水口为0.8-1.2mm。 2.3 PC+ABS （聚碳酸脂+丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）化学和物理特性：综合了两者的优点特性，好比是提高了ABS 耐热性和抗冲击强度的材料。 2.4 POM （聚甲醛） 化学和物理特性： 高结晶、乳白色料粒，很高刚性和硬度；耐磨性及自润滑性仅次于尼龙(但价格比尼龙便宜)，并具有较好韧性，温度、湿度对其性能影响不大；耐反复冲击性好过PC 及ABS；耐疲劳性是所有塑料中最好的。 注塑工艺要点： 结晶性塑料，原料一般不干燥或短时间干燥(100， 1-2Hrs)；流动性中等，注射速度宜用中、高速；温度控制：料温: 170-220，注意料温不可太高，240以上会分解出甲醛单体(熔料颜色变暗)，使胶件性能变差及腐蚀模腔模温: 80-100，控制运热油；压力参数: 注射压力100Mpa，背压0.5Mpa，正常啤压宜采用较高的注射压力，因流体流动性对剪切速率敏感，不宜单靠提高料温来提高流动性，否则有害无益；赛钢收缩率很大(2-2.5%)，须尽量延长保压时间来补缩改善缩水现象。模具方面：POM 具高弹性材料，浅的侧凹可以强行出模，注射浇口宜采用大入水口流道整段大粗为佳。 2.5 PMMA （聚甲基丙烯酸甲脂） 化学和物理特性： 具有最优秀的透明度及良好的导旋旋旋旋旋光性；在常温下有较高的机械强度；但表面硬度较低、易擦花，故包装要求很高。 注塑工艺要点： 原料必须经过严格干燥，干燥条件: 95-100，时间6Hrs 以上，料斗应持续保温以免回潮；流动性稍差，宜高压成型(80-10Mpa)，宜适当增加注射时间及足够保压压力(注射压力的80%)补缩；注塑速度不能太快以免气泡明显，但速度太慢会使熔合线变粗；料温、模温需取高，以提高流动性，减少内应力，改善透明性及机械强度。料温参数: 200-230， 中215-235，后140-160；模温：30-70；模具方面：入水口要采用大水口，够阔够大；模腔、 流道表面应光滑，对料流阻力小；出模斜度要足够大以使出模顺利；考虑排气， 防止出现气泡、银纹(温度太高影响)、 熔接痕等；PMMA 极易出现啤塑黑点，请从以下方面控制：保证原料洁净(尤其是翻用的水口料)；定期清洁模具；机台清洁(清洁料筒前端， 螺杆及喷咀等)。 2.6 TPU （聚甲醛） 化学和物理特性： TPU 是热塑性弹性体，具有高张力、高拉力、强韧耐磨耐老化之特性, 且耐低温性、耐候性、耐油、耐臭氧性能为强性纤树脂。 2.7 RUBBER （硅胶） 化学和物理特性： 硅胶是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。硅胶属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2nH2o。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其它同类材料难以取代的特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。2.8 NYLON(PA) 尼龙（聚胺） 化学和物理特性： 常见尼龙为脂肪族尼龙如PA6、PA66、PA1010。最常用的PA66(聚己二 己二胺)， 在尼龙材料中结构最强， PA6(聚己内 胺)具有最佳的加工性能。它结晶度高，机械强度优异(因为高分子链含有强极性胺基(NHCO)，链之间形成氢键)；冲击强度高(高过ABS、POM 但比PC 低)，冲击强度随温度、湿度增加而颢着增加(吸水后其它强度如拉升强度、硬度、刚度会有下降)；表面硬度大、耐磨性、自滑性卓越，适于做齿轮、轴承类传动零(自滑性原理A 分子结晶中具有容易滑移的面层结构)；热变形温度低、吸湿性大、尺寸稳定性差。 注塑工艺要点： 原料需充分干燥、温度80-90、时间四小时以上；熔料粘度底、流动性极好、啤件易出披锋，故压力取低一般为60-90Mpa，保压取相同压力(加入玻璃纤维的尼龙相反要用高压)；料温控制：过高的料温易使胶件出现色变、质脆及银丝，而过低的料温使材料很硬可能损伤模具及螺杆。料筒温度220-280(纤维偏高)，不宜超过300，(注A6 熔点温度210-215，PA66 熔点温度255-265)；收缩率(0.8-1.4%)，使啤件呈现出尺寸的不稳定(收缩率随料温变化而波动)；模温控制: 一般控制左20-90，模温直接影响尼龙结晶情况及性能表现，模温高结晶度大、刚性、硬度、耐磨性提高；反之模温低柔韧性好、伸长率高、收缩性小; 注射速度：高速注射，因为尼龙料熔点(凝点)高，只有高速注射才能使顺利充模，对薄壁，细长件更是如此；需要同时留意披锋产生及排气不良引致的外观问题； 模具方面: 工模一般不开排气位，水口设计形式不限；退火/调试处理: 可进行二次结晶， 使结晶度增大；故刚性提高，改善内应力分布使不易变形，且使尺寸稳定。可行方法: 用100沸水煮1-16 小时，视具体情况可考虑加入适量醋酸盐使沸点上升到120左右以增加效果。 在设计5WLED恒压驱动电源外壳时，选用的材料是PC。这是因为PC在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料。同时，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定；具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在 -60120下长期使用；无明显熔点，在 220-230呈熔融状态；树脂熔体粘度大；吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小；属自熄性材料；对光稳定，耐候性好。而且对于零件精度要求较高的重要零部件方面，PC也显示出了极高的使用价值。表21为一些常用胶料的特性与用途。表21常用胶料的特性与用途简 称中英文学名用 途备 考GPPS通用级聚苯乙烯General Purpose polystyrene文具、日用品、灯罩、仪器壳罩、玩具透明,脆性,易成形HIPS高冲击聚笨乙烯High Impact Polystyrene日用品、电器零件、机壳、玩具白色,延性,易成形ABS丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物Acrylonitrile Butadiene Styrene玩具、家私、运动用品、机壳、日用品、把手、齿轮黄白色,延性,易成形AS (SAN)丙烯睛一苯乙烯共聚物Acrylonitrile Styrene日用品、餐具、表面、家庭电器用品、装饰品透明,易成形L D P E低密度聚乙烯Low Density Polyethylene包装胶袋、玩具、胶瓶、胶花、电线半透明,延性,易成形HP高密度聚乙烯High Density Polyethylene包装胶袋、水桶、电线、玩具、建材白色,延性,易成形EVA乙烯一醋酸乙烯酯共聚物Ethylene-Vinyl Acetate鞋底、包装胶膜、板片、日用品、通管吹气玩具制品透明,易成形PP聚丙烯Polypropylene包装胶袋、拉丝、带、绳、玩具、日用品、瓶子、洗衣模部件半透明,易成形PVC聚氯乙烯(约加40%增塑剂)Polyvinyl Chloride (Plasticized)软管、硬管、软板、硬板、电线、电缆、鞋、可透明,易成形PVC聚氯乙烯Polyvinyl Chloride (Rigid)人造革、地板、窗框脆性,可透明PA-6聚 胺6Polyamide-6轴承齿轮 、 油管 、 容器 、 日用品白色,延性,易成形PA-66聚 胺66Polyamide-66机械配件 、 齿轮 、 拉丝 、 轴套 、工具外壳 、 电器装置薄膜白色,延性,易成形PMMA聚甲基丙烯酸甲酯Polymethy Methacrylate装饰品 、 太阳镜片 、 文具 、 表面 、 仪器表外壳 、 灯罩 、 广告牌 透明,易成形PC聚碳酸酯Polycarbonate机械 、 仪器 、 医疗器械 、 电讯器材 、 防弹玻璃 、外壳透明,易成形POM聚甲醛Polyoxymethylene (Polyacetal)轴承轴套 、 齿轮 、 凸轮 、 泵机 、 电器 、 弹簧白色,延性,易成形PET聚对苯二甲酸乙二醇酯Polyethylene Terephthalate汽水胶瓶 、 链条 、 齿轮 、 录音带 、 磁带 、 相机菲林轴承透明,易成形PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯Polybutylene Terephthalate电器配件 、 机械配件 、 螺母 、 阀门 、 防护面罩半透明,延性CA醋酸织维素Cellulose Acetate家用器皿 、 工具手柄 、 容器 、 眼镜框 、 文具 、 装饰品透明,延性PPO聚苯醚Polyphenylene Oxide机械配件 、 电器外壳褐色,电气特性PPS聚苯硫醚Polyphenylene Sulfide受温配件 、 受温外壳等黑色,高温料第三章 设计思路3.l 参数化技术3.1.1 参数化技术在CAD 中，参数化技术是采用参数预定义的方法建立图形的集合约束集，指定一组尺寸作为参数使其与几何约束集相关联，并将所有的关联式融入到应用程序中，然后通过对话框以人机交互方式修改参数尺寸，最终由程序根据这些参数及其变化顺序地执行表达式来实现设计的方法。参数化设计过程中，参数与设计对象的控制尺寸有明显的对应关系通过参数化尺寸驱动完成对设计结果的修改。参数化设计不同于传统的设计，它储存了设计的整个过程，能设计出一族而非单一的在形状和功能上具有相似性的产品模型正是有了这种参数化建模技术，才使得数据的改变在不同层次(如：不同的子装配系统和不同的零件)之间的传递变得唯一和即时。这样，才有了真正意义上的自顶向下设计，及以这种设计为基础的并行设计，后者是团队设计的基础。3.l.2 顶层基本骨架设计以“顶层基本骨架”为核心的自顶向下设计自顶向下设计就是从产品的顶层开始，通过在装配中建立零件来完成整个产品设计的方法，这种设计方法在产品的概念设计环节尤为重要。为此，在产品设计的最初阶段，按照该产品的最基本功能和要求，在设计顶层构筑一个“基本骨架”，称之为“顶层基本骨架”(Top Basic Skeleton TBs)，随后的设计过程基本上都是在该“顶层基本骨架”的基础上进行复制、修改、细化、完善并最终完成整个设计的过程。如果单从产品的空间结构上来看，产品的“顶层基本骨架”类似于该产品的三维装配布置图，它能够代表产品模型的主要空间位置和空间形状，能够基本反应构成产品的各个子模块之间的拓扑关系、以及其主要运动功能；然而从其自身的不断发展以及它与后续设计的继承和相关关系上来看它是整个产品自顶向下设计展开过程中的核心，是各个子装配之间相互联系的中间桥梁和纽带： 因此在构筑 顶层基本骨架”时，更注重在最初的产品总体布局中捕获和抽取各子装配和零件间的相互关联性和依赖性。这才是“顶层基本骨架”思想的真正内涵。此外，“顶层基本骨架”的设计思想还可以延伸到产品的子装配模型以及产品模具的设汁中去传统的装配是零件之间的互相贴合，定位或者对齐： 而在自顶向下设计中的装配却是子装配及零件都装配在同一基准即顶层基本骨架(它包括基准点、线、面；空间的点、线面或者是产品的点，轮廓线，轮廓面等)上，最后用这个可以不断变更、发展的顶层基本骨架来控制整个产品的设计f包括设计的变更)。TBS的主要功能包括以下几点：(1)管理顶层基本骨架可以被用来管理大型的装配设计，允许设计者仅仅调出顶层装配的基本骨架到内存中来控制整个产品的设计及其更改：顶层基本骨包含了重要的设计基准，如：基座的位置，产品的外形，子装配，零件及设计参数(如：最重要的尺寸所需要的空间要求)，可以在顶层对基本骨架进行更改，而这些更改将被会传递到其下的所有子系统中。(2)组织顶层基本骨架可以增强零件在装配中的相互关联和依赖性。这些存在于实际装配之中的相互关联和依赖关系可以很好地在最初的总体布局中被捕获并抽取出来，构成顶层基本骨架，为子装配和零件所享用，体现出组织上的“关联性”。(3)共享数据一个有组织的装配骨架允许信息在不同层次间能够被共享，如果在某一层发生改变，那么和它相关联的装配和零件都能够获得这种最新的改变。这种好处是使得团队合作成为可能，在这个团队中有不同的子团体和个体，分别在进行不同的子装配和零件设计，由于这种数据的共享和在内存中存在的唯一性，使得一个复杂的装配设计在早期就可以分解成不同的、简单的子装配和零件，进而分配给不同的子团体和个人。从而体现出“顶层基本骨架”设计思想对并行工程的支持。(4)变更的传递可以用顶层基本骨架来控制变更。产品的变更结果是在零件中产生而在产品的顶层实施。具体方法是：在装配的顶层通过对捕捉到的设计意图进行更改，再通过参数设计的关联性将这种变更传递给下一级子装配或零件以及相应的模具，直至反映到加工程序编制中。3.1.3 “顶层基本骨架”的建立方法及主要功能(1)确定设计意图所有的产品设计都有一个设计意图(或创意)，不管它是创新设计还是改良设计。设计师最初的想法、草图、计划、规格及说明都可以用来构成产品的设计意图。它可以帮助每个设计者更好地理解产品的规划和零件的细节设计。通过它可以确定子装配的数量和单个零件设计所需要的产品顶层基本骨架。(2)定义初步的产品结构产品结构包含了一系列的零件，以及它们所继承的设计意图。产品结构可以这样构成：在它里面的子装配和零件都可以只包含一些从项层继承的基准和骨架或者复制的几何参考，而不包括任何本身的几何形状或具体的零件；还可以把子装配和零件在没有任何装配约束的情况下加入装配之中。这样做的好处是，这些子装配和零件在设计的初期是不确定也不具体的，但是仍然可以在产品规划设计时把它们加入装配中，从而可以为并行设计作准备。(3)在整个装配骨架中传递设计意图重要零件的空间位置和尺寸要求都可以作为基本信息，放在顶层基本骨架中，然后传递给各个子系统，每个子系统就从顶层装配中获得了所需要的信息，进而它们就可以在获得的骨架中进行细节设计了，因为他们基于同一设计基准。在整个装配骨架中传递设计意图，意味着多个设计团体或工作组在进行子装配或零件的设计时，能够参考同一顶层基准信息，而且在顶层发生的更改将“即时”传递下去，这样某一装配在不断发展的同时，还能满足各零件之间相互配合。(4)子装配和零件的设计当代表顶层装配的骨架确定，设计基准传递下去之后，可以进行单个的零件设计。这里，可以采用两种方法进行零件的详细设计：一种方法是基于已存在的顶层基准，设计好零件再进行装配；另一种方法是在装配关系中建立零件模型。(5)管理零件之间的相互关联性用限制参考的形式来控制零件与零件之间以及零件与装配件之间的关联性。3.2 实现“顶层基本骨架”思想的自顶向下设计过程本文将通过一个具体产品 “3WLED恒压驱动电源外壳”的设计实例来进一步展示上述基于“顶层基本骨架”的自顶向下设计思想。设计平台是参数化设计软件ProE， 设计步骤如下：(1)先建立产品的顶层基本骨架，它包括基准面、点、轴、坐标系及产品的轮廓等。(2)将产品的项层基本骨架与只含坐标系CSO及基准面DTM1，DTM2，DTM3的电源外壳上盖件装配在一起(注意：这时电源外壳上盖件不含其他任何几何形状)，然后将顶层基本骨架合并至电源外壳上盖零件，此时电源外壳上盖零件即含有顶层基骨架模型。(3)由电源外壳上盖零件“参考复制”出两个完全相同的零件，其中一个作为电源外壳侧盖的雏形零件，另一个作为电源外壳底座的雏形零件，然后再以相同的方法在子装配中构造这一级装配的顶层基本骨架。这里需要特别强调的是：参考复制和普通复制在内涵上是不一样的，参考复制能够继承“父子”关系；而普通复制只是一般意义上的拷贝。(4)接着就是非常重要的一步，就是将所得到的所有这些零件(有些可以是只含有一个坐标系的空零件)和子装配件以坐标系重合的形式装配在一起，然后再在装配关系中对个别零件或子装配件并行地展开具体细节设计。如果略过这一步，即在装配之前就对零件做具体设计，完成后再组成装配件，那么就又回到了传统设计中，这种设计不能在上下层以及平行零件之间传递设计变更。(5)零件细节设计完成后不需要再做额外的装配，因为这些零件及子装配件都是在装配关系中完成的，它们拥有共同的基准和顶层骨架。(6)最后，如要进行产品的设计变更，可以直接在顶层基本骨架中完成所有主要的设计更改，然后籍助于装配关系所建立的零部件之间的约束关系，实现设计的更改。因为在它下层的其他零件或子装配件都是由其衍生而来，含有它的模型。这时，参数化技术就起作用了：由于尺寸的驱动和父子关系的继承，顶层骨架的变更会完全反映到每个相关零件及模具上，从而达到了以一个主模型来控制产品的设计和_变更的目的，实现了具有真正创新意义的自顶向下设计。第四章 外壳设计4.1 基体设计4.1.1 创建基体一个产品看起来也许并不复杂，造型时却往往感到无从下手，但只要能合理地对产品进行分解，确定产品结构的主要特征，分清哪些是基本特征（如配合面，保证产品外形轮廓的特征），哪些是构造特征（如面与面之间的过渡、凸台、凹腔、倒圆、倒角等）。首先从基本特征入手，保证重点，产生一合理的造型“基体”或称之为“毛坯”。在这“毛坯”上完成细节部分，如定位圆柱、局部凸台、卡口、孔、筋条等。这样主次分明，先做什么，后做什么，问题就迎刃而解了。因此，在造型时，首先要确定5WLED恒压驱动电源外壳的基体。这款电源外壳特征的确定，主要由以下几点要求决定：1. 外观设计要求（创意设计）。2. 安规要求。3. 电器安装要求（包括1.线路板尺寸要求：2.整个产品安装）。4. 整个产品装配要求。5. 客户要求。6. 装配要求。7. 过电磁兼容性(EMC)要求。通过以上可以得出电源外壳的大致形状。外壳主要由4部分组成，分别是两个侧盖、一个上盖以及下一个底座。在基体创建中，基体的尺寸主要是根据PCB板的尺寸来决定外壳的长度和宽度，再根据元器件的高度来确定外壳的高度。已知PCB板的尺寸如图41图 41 PCB板PCB板图 41图 31 元器件的最高高度为16mm，得出外壳的总体尺寸如图42图42 外壳尺寸（1）根据长、宽、高三个尺寸做出一个长方体后，再在长方体上剪切去一部分，做出一道圆弧，最后在两端导出10mm的圆角，在四棱和上表面的另外两边导出5mm的圆角。其中剪切后的尺寸如 图43图 43 外壳尺寸（2）4.2 上盖设计4.2.1 确定上盖的长 上盖的设计是在基体的基础上进行的。上盖的长，其主要是依据PCB板的长度来设计的。由于在基体创建时，基体的宽度和高度是依据PCB板的宽度和元器件的高度来创建的，因此在设计上盖时，就可以不用再去考虑其宽和高。在产品生产设计时，给与零件与零件之间虚位是一件不可缺少及非常重要的事情。随着产品的大小，零件形状的不同及功能，给与虚位的数值也应相应改变。表41介绍了一些零件与零件之间的虚位尺寸。表41虚位尺寸1.一般零件与零件间的虚位(非活动件)单边0.1mm0.2mm2.零件与零件间的虚位(活动件)单边0.3mm0.5mm3.电池门周边与壳身的虚位.单边0.2mm0.4mm4.电池门利仔与壳身的擦穿坑虚位单边0.5mm5.需要与其它零件相配的擦穿坑单边0.3mm0.5mm6.齿轮及滑轮与牙箱外壳的内壁1.0mm7.齿轮与齿轮之间的虚位(大齿轮半径+小齿轮半径+虚位)=PCD虚位=模数0.18.电池与电箱的骨位及电池门的虚位0.2mm9.电池与电池箱底部平面的虚位0.3mm10.跳级part line的零件与零件相配虚位单边0.1mm0.2mm已知PCB板的总长度为66 mm，但除去两端后，其长仅为49 mm，根据零件与零件间的虚位(活动件) 单边0.3mm0.5mm，因此可在基体上截取中间长为50 mm的一段，做为上盖的基本尺寸。如图44图 44 上盖尺寸4.