手机充电器产品设计教材.docx

手机充电器产品设计教材.docx

《手机充电器产品设计教材.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手机充电器产品设计教材.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

手机充电器产品设计教材

毕业设计论文

——手机充电器产品设计

姓名:

班级:

学号:

指导老师：

引言

　随着现代科技的日益发展，对手机的要求也日趋多功能化。

而手机耗电量的逐步增加，引起了人们的高度重视，这就使我们提高了对手机电池节能的要求。

另一方面，手机电池随着手机体积的日渐缩小而变得越来越精小化。

然而，电池供电技术却并没有随之提高，这就使我们手机出现了待机时间日渐减短的问题，从而，给一些经常外出的人们在使用手机时带来了不少的麻烦。

为解决这一问题，许多人在购买手机时采用了双电双充的配置方案，以便用来解决手机耗电量大的难题。

当然，这样做也相应提高了手机的购置成本，同时，在我们使用的时候也并不像想象中的那样方便，这使得我们外出时因为电池电量不足影响手机的正常使用。

针对这一现象，本文专门介绍了一种多功能的手机充电器，希望能够为那些经常外出的朋友们解决这一难题，同时，带给大家更多的方便。

概述...............................................................................................1

一、设计说明书………………………………………………2

1、设计前的准备………………………………………….3

2、手机充电器的简介……………………………………..5

3、手机充电器的工作原理………………………………..7

4、外壳材料的选取………………………………………..8

5、塑件工艺的分析………………………………………..8

6、插头的安全使用……………………………………….10

7、外壳的颜色……………………………………...……..11

8、面壳的设计…………………………………………….12

9、各部分的安装………………………...………………..18

10、充电器的商标说明……………...……………………24

11、充电器的适用电流………...…………………………25

12、手机外壳所采用的纹...………………………………27

13、设计小结…………...…………………………………28

14、参考文献……...………………………………………29

15、致谢……...……………………………………………33

16、附录……………...……………………………………34

概述

目前，市场上手机充电器种类繁多，但其中也有很多质量低劣的不合格产品。

在去年国家产品质量监督部门的抽查结果中，将近40％的厂家生产的充电器不合格。

其主要问题出现在:

与交流电网电源的连接，电源端子骚扰电压，辐射骚扰场强和充电电压几个方面。

另外，一些产品的低温性能、额定容量、放电性能、安全保护性能等方面存在质量问题。

这些质量问题不仅会影响到手机的正常使用，而且还会影响到手机的使用寿命，严重时还可能使消费者受到伤害。

现在市场上出现了一些假冒伪劣手机便携式充电器。

这些充电器由于价格非常低，携带方便，有许多消费者更愿意使用这些充电器来对手机电池进行充电。

而实际上劣质充电器就是一个没有安全保证的简易变压器，由于内部缺少保护电路等安全保证的零配件，因而重量较原装品轻许多。

由于现在的手机电池多采用锂离子电池或镍氢电池作电芯，对充电器的电压、电流特性及安全保护都有很高的技术要求，而那些假冒伪劣的充电器因其设计简单，材料劣质，加工粗糙，会对我们的手机电池性能与寿命造成很大损害。

所以，没有保护电路的充电器，是不能保证我们手机充电时电流的稳定，从而会有烧坏电池甚至引发爆炸的危险。

因此，针对以上所述的各种情况，我们专门设计了一款安全可靠、携带方便、物美价廉的多功能手机充电器，希望能够为大家解决更多的实际问题！

设计说明书

一、设计前的准备

本题的设计思路与考点内容是分不开的，要受到材料、颜色、形状、尺寸、需求等的限制。

本设计考虑以下内容：

（1）充电器的上下壳的尺寸及工艺分析；

（2）充电器的三维图装配图；

（3）对轮廓和塑胶的分析。

二、手机充电器的简介

手机充电器主要按照使用的方式进行分类。

手机充电器大致可以分为座式充电器、旅行充电器和车载充电器。

所有手机充电器其实都是由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的电流加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。

座式充电器：

这类充电器一般多为慢充模式，充电时间较长，大约为4～5小时。

座式充电器

旅行充电器：

大多数手机标准配置中只有旅行充电器。

旅行充电器和座式充电器对电池充电的效果是一样的。

这类充电器携带方便，对于经常出外旅行的人来说比较合适，它一般是快速充电方式，充电时间为2～3小时，旅行充电器基本都具有充满自停的功能，对手机不会有任何不良影响。

旅行充电器

车载充电器：

这类充电器可以方便用户在汽车上为手机充电。

其原理是采用汽车点烟器的电流电压12－24V，“车充”经内部电路进行稳压，整流滤波后，输出合适手机充电所需电压，对电池进行充电。

车载充电器的一端插入点烟器，另一端连接手机，一般充电电流较大，属快速充电，一般充电时间为60－90分钟。

现在一些大城市的主要商场、饭店、车站出现了一种给手机充电的装置，叫做“街头手机充电器”，这种装置有一人多高，分布有不同手机品牌的充电插头，只要把充电器上的小夹子往电池上一夹，再投进去一元硬币，您的手机就可以充10分钟的电，并可维持至少5个小时的待机时间。

三、手机充电器的工作原理

电池充电时，正极材料中的锂形成离子溶出，嵌入到负极改性石墨层中；电池放电时，锂离子从石墨层中脱嵌，穿过隔离膜回填到正极钴氧化锂的层状结构中。

随充放电的进行锂离子不断的从正极和负极中嵌入和脱出，所以也有人称其为“摇椅电池”锂离子电池单体的额定电压为3.6V,充电限制电压为4.2V，放电限制电压为2.5V。

锂离子电池的充电过程分为两个步骤：

先是恒流充电，其电流恒定,电压不断升高，当电压充到4.2V的时候自动转换为恒压充电，在恒压充电时电压恒定，电流是越来越小的直到充电电流小于预先设定值为止，所以有人用直充对手机电池进行充电的时候明明电量显示已经满格了，可是还是显示正在充电，其实这个时候的电压已经达到了4.2V所以电量显示为满格，那时就是在进行恒压充电过程，那么有人也许会问，为什么要进行恒压充电呢，直接用恒流充到4.2V不就行了吗，其实很容易解释，因为每一个电池都有一定的内阻，当用恒流进行充电到4.2V的时候，这个4.2V其实并不是电池实际的电压，而是电池的电压加上电池内阻上消耗的电压之和，如果电流很大那么在内阻上消耗的电压也就很大，所以那是实际电池的电压可能比4.2V小很多，所以要用恒压充电过程，把充电的电流慢慢降下来，这样电池的实际电压就很接近4.2V。

四、外壳材料的选取

1PC学名聚碳酸酯。

材料的性能特点：

①强度高，抗拉伸强度69MPa、抗弯曲强度96MPa。

②耐高温，长期使用可耐130摄氏度温度环境。

③透明性好，无毒。

④原料配色及表面涂覆不如ABs。

⑤Pc应选高流动性牌号。

适用于翻盖机和在恶劣环境下使用的手机。

2ABS  ABS（丙烯脂—丁二烯—苯乙烯共聚物）材料的性能特点：

①强度低，抗拉伸强度43MPa，抗弯曲强度79MPa。

②不耐温，长期使用温度不得高于60摄氏度。

③流动性、着色及表面喷涂和电镀性能均好。

3PC+ABS  Pc与ABs的合成材料，取前面两者之特点，具有优良的成型加工性能，流动性好，强度较高（抗拉伸强度56MPa，抗弯曲强度86MPa）。

Pc+ABS材料主要用于直板机和一般外观、色彩要求高而对环境无特殊要求的翻盖机。

五、塑件工艺的分析

1.1塑件的结构要素

该塑件为手机允电器外壳，其内腔存在很多孔和凸台，结构较复杂，要求有一定的强度、刚度、耐热和耐磨损等性能。

同时作为手机充电器，必须满足绝缘性。

结合以上要求以及经济因素，故该塑件采用ABS塑料。

（1）脱模斜度。

脱模斜度足为了便于塑件的脱模，以免在脱模过程中擦伤制品表面，其大小取决于塑料的收缩率。

脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸而定。

塑件内孔以型心小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状扩大方向标出，塑件外形以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状减小方向标出。

要求开模后塑件留在型芯上，塑件表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度。

根据ABS的性能，型芯的脱模斜度取1°。

（2）加强筋。

为了使塑件有一定的强度和刚度，又能避免因壁过厚而产生成型缺陷，在塑件中部的凹坑与外壁之间增设两个加强筋，厚度1.2mm。

（3）塑件的圆角。

为了防止塑件转角外产生应力集小，需要在塑件的转角处或内部连接处采用圆角过渡，内外径均取R3mm。

塑件形状工艺性非常复杂，没有一个规则的外表面，里面又有很多螺钉柱和加强筋，使得脱模力增大，塑件的下平面又有仅1mm的台阶，采用推板推出必然导致螺钉柱拉断，使得注塑工艺无法进行。

所以，在螺钉柱和加强筋附近必须设有推杆，以便推出塑件。

（4）塑件的壁厚。

塑件壁厚对塑件的成型、冷却及变形会产生较大的影响。

塑件壁厚不均，会导致各个部分固化收缩不均匀，易产生气孔、裂纹、内应力等缺陷。

根据手机充电器外壳的材料，结构、强度等方面的要求，壁厚取2mm。

（5）孔。

制品上各种孔的位置应尽可能设置在不减弱制品的机械强度的部位，孔的形状也应力求不增加模具制造下艺的复杂性。

（6）支承面。

以制品的整个底面作为支承面是不合理的，因为制品稍许翘曲或变形就会使底面不平。

通常采用凸起的边框或底脚（三点或四点）来作支承。

当制品底部有加强筋时，筋的端部应低于支承面约0.5mm左右。

六、插头的安全使用

插头插座、转换器质量不好是引发电气火灾的一个重要起因。

小小插头插座、转换器的质量问题将对广大消费者的人身和财产安全构成严重的危害。

因此，消费者在选购插头插座、转换器、开关时，应着重考虑产品的安全性，而影响其安全的主要有以下性能指标：

标志

标志是指示人们正确安装、使用和维修的重要依据，是确保人身财产安全的极其重要的安全标准内容。

插头插座产品应在明显位置标注额定电流、额定电压、电源性质等。

另外，转换器（转换器是指只有一个插头部分和有一个或多个插座部分组合在一起的移动式电器附件产品要用“MAX（或最大）”符号来标出额定电流/或功率，以指导用户避免超负荷使用。

标志或符号应经久耐用，清晰可辨。

不应使用可被轻易擦除的丝印和纸贴的标志。

额定值

额定值是保证插头插座、转换器与被连接的电气器具正常、安全、配合使用的最基本的电气互换配合参数。

如：

转换器的额定电流不得大于插头部分的额定值。

否则，可能造成用户根据插座额定电流选配用电器具时，插头过电流发热而产生危险；带熔断器、超负荷充电器的转换器的最小额定值应等于熔断器、超负荷保护器上标注的额定值。

否则，可能出现产品损坏。

尺寸是关系到插头插座和转换器能否安全使用、是否满足通用互换性要求以避免误插入的一项重要技术要求。

尺寸不合格会影响用户使用或产生接触不良、误插入等隐患，轻则使设备损坏，重则会产生火灾和触电事故。

七、外壳的颜色

黑色外壳最不容易让消费者产生视觉反差，同时采用黑色的机身更容易散发热量这样的家电类被分为黑色家电（黑色家电的起源最早来源于采用珑管显示屏的电视机，最外面有一圈黑色的边缘，黑褐色的外壳最不容易让消费者产生视觉反差，同时采用黑色的机身更容易散发热量，之后电视及其周边设备如家用游戏机、录像机等也由于散热以及与电视产品搭配等原因往往也被设计成黑色。

于是人们就开始把能够带给人们娱乐、休闲的家电称为黑色家电。

）

八、面底壳的设计

内部结构开始，先是对面底壳进行抽壳，一般基本壁厚2mm，面底壳拆分间隙为0.3，面壳盖向底壳，适宜做公止口，底壳做母止口，止口不宜太深，一般0.6-1.2mm，为了方便装配，也可在公止口上导C角，还有一种反止口，就是面壳为母止口，后面主扣分布有讲。

具体尺寸将在附件中提到。

底壳

面壳

螺丝柱的结构

螺丝柱是决定整机强度的关键，且强度不够，容易破裂，造成不必要的损失,充电器锁螺丝通常有4处

面壳螺丝柱

a面底壳配合锁螺丝固定，注意底孔深度小于或等于螺丝长度，深度直内壁即可，但柱子在夹水线上，腔体太深的时候，需要深到壁厚一半，避免缩水，但也不是一定的，当外观面是异型时，可根据熔胶流向决定

b滑块盖的螺丝数量一般为1个。

c插头压片锁的螺丝一般为PA2.0/10mm，因为插头使用力度较大。

电路板的固定不一定要用螺丝固定，主要是在电路板在受力过大情况时，选择用螺丝固定，也可用柱子穿过过孔，也可用骨位卡住电路板一般自攻螺丝底孔直径为自攻螺丝公称直径的0.4。

外径为底孔径的2-3倍；

柱子高度根据选用的螺丝长度而定，一般为5-6圈有效牙纹长度；

螺丝柱的周边加强骨厚度一般为壁厚的0.5-0.7，高度为螺丝柱高度的2/3；

螺丝柱的背面在啤塑时，常有缩水痕，改进方法有二：

①.螺丝底孔深度深至壁厚的一半；

②.在螺丝柱根部偷胶，深1/3壁厚,宽度0.75mm壁厚一半，避免缩水,但也不是一定的，当外观面是异型时，可根据熔胶流向决定；

主扣分布

扣位的样式很多,我用的是反止口，面壳公扣在上，底壳母扣在下，但也可以作成正止口，需要把公扣与公止口之间的开模死角填起来。

主扣的分布一般在充电器尾部，因为前端已用螺丝固定了，后端分布两个主扣，一般为对称，按较宽位置选择，中心间距尺寸最少留2.5个扣位宽度间距，因为间距近了仅起到一个扣的作用，且很难扣入，得不尝失！

例如扣位总宽度为6，则中心间距留到15mm以上。

侧边分布直骨管住。

直骨要高出底壳止口顶面约1.0mm，起到管住面壳错位，充电器周边均匀分布即可，但也不要影响到其他的装配，如PCBA板，主扣位，压片安装位，螺丝柱装配等等。

也可以直接用止口唇做直扣，不是空间不够用，尽量不要用这种结构。

分布主扣与直骨的设计主要依照合壳固定与力度均匀

面壳母扣

面壳公扣

b．主商标位置

贴主标的位置可根据散热窗位置选取，大小尺寸需要尽量分型号，这样比较节省成本。

如上图PCB板与USB在壳体能装着，显示出来相对位置，窗户在变压器位置，主表相对在窗户下位置。

间距3-5mm，位置不够此尺寸也可缩。

其深度一般为0.3mm，主标厚度一般为0.6-1.0mm，有合成纸、哑银龙、金丝笼等材质。

主商标位置

USB的固定结构

USB插槽有很多类型，主要有立式和卧式两种，充电器上最常用的是卧式USB，因为价格较便宜。

这里采用卧式USB。

USB的结构

USB的固定结构主要就是让USB能承受的住插拔的力度。

先开导正方孔，需要与USB开口尺寸一致。

USB插位周边有翻边的，依照翻边高0.6mm，厚0.3mm做槽位，上下留间隙各0.2mm，左右留间隙各0.2mm-0.5mm，USB前端顶住槽位前端，O配0，槽宽度留至0.6mm，给点退位空间，拔模的时候保证为减胶拔模1度；USB插位如果没有翻边的，就直接开口，安装后，USB开口前端与外观面平齐，开口内壁导角，便于插装；也可做个附件，插入USB固定卡槽内即可。

USB的安装位置

九、各部分的安装设计

插头安装的设计安装插头的位置确定：

先要选择使用什么插头，不同的插头安装的结构也不一样，瓜仔插头：

弹片为135度折角，起扳起回弹作用，尾部有U形槽，起卡住PCBA板的作用，压片长度较长，小头有一个螺丝柱的沉头过孔，面底壳锁螺丝时固定住小头，中间有个一螺丝过孔，上螺丝固定弹片。

插头为瓜仔插头。

这样设计好处在于不用浪费电子线成本

插头的安装示意图

PCB板的固定结构

插头位置确定后，进行PCBA板尺寸确定，在这里选用瓜仔插头，PCBA板的外型轮廓根据需要进行设计，厚度1.2mm，PCB轮廓边尽量用直边，便于后续切板、扳板，电路板上的变压器、电阻、电容、电路及LED等，这些完成后就要叫电子工程师去设计电路板了。

这个时候就可以根据电路板的轮廓进行加骨固定，轮廓边上的间隙留0.2-0.4mm，如果是直边，留间隙0.1-0.2mm。

电路板轮廓切割公差过大，大多是±0.3mm，相对于直边切割较准。

PCB板

固定电路板：

周边加一些限位骨固定和支撑PCBA板。

限位骨

这种是PCB尾部卡在弹片U型槽内，

PCB尾部与弹片U型槽的安装

前端用扣位卡住

头部与扣位的安装

卡位选择的位置电子元件注意不要靠得太近。

PCB板固定不是很牢，就要在面壳上做点文章了，比如加柱子顶在PCB元件空位处，需要与电子工程师沟通完成。

PCD与底壳的安装图

接触头的安装

使用两颗螺丝将压板和滑块触头固定在面壳上

接触头的安装示意图

螺丝的设计

螺丝柱是决定整机强度的关键，且强度不够，容易破裂，造成不必要的损失，充电器锁螺丝通常有1处。

a面底壳配合锁螺丝固定，注意底孔深度≤螺丝长度，深度直内壁即可，但柱子在夹水线上，腔体太深的时候，需要深到壁厚一半，避免缩水，但也不是一定的，当外观面是异型时，可根据熔胶流向决定

b滑块盖的螺丝数量一般为2个。

c插头压片锁的螺丝一般为PA2.0*10mm，因为插头使用力度较大。

电路板的固定不一定要用螺丝固定，主要是在电路板在受力过大情况时，选择用螺丝固定，也可用柱子穿过过孔，也可用骨位卡住电路板，一般自攻螺丝底孔直径为自攻螺丝公称直径的0.5。

外径为底孔径的2-3倍；

柱子高度根据选用的螺丝长度而定，一般为5-6圈有效牙纹长度；

螺丝柱的周边加强骨厚度一般为壁厚的0.5-0.7，高度为螺丝柱高度的2/3；

螺丝柱的背面在啤塑时，常有缩水痕，改进方法有二：

①.螺丝底孔深度深至壁厚的一半；②.在螺丝柱根部偷胶，

深1/3壁厚，宽度0.5mm

壁厚一半，避免缩水，但也不是一定的，当外观面是异型时，可根据熔胶流向决定；

螺丝的设计

充电器的整体视觉

完成对充电器的组装下面两图为充电器的整体视觉图

充电器正面

充电器背面

十、充电器的商标说明

1、旅行充电器,快速充电,携带方便,易于使用,体积小巧外型美观,性能优异。

2、输出连接采用标准USB接口输出。

3、充电单红灯显示.

4、内置高精度进口光耦IC,保护电路。

5、输入电压范围：

100vac-240Vac，输入电源频率：

50~60Hz、输出电压：

DC5V±5%，输出电流：

1000MA

十一、充电器的适用电流

充电器本身是，输入交流，输出直流。

电在中国，手机充电器都是把220V的交流电转换为5-10V的直流电，供手机充电。

现在一般多为5V直流电。

十二、手机外壳所采用的纹理：

晒纹是一种模具表面处理的工艺，模具晒纹又称模具咬花、模具蚀纹、模具蚀刻等名称。

一、成本低。

一套模具蚀纹成本低的一千多，高的也不会过万

二、良率高。

模具晒纹后，注塑产品良率能大幅提高

三、速度快。

3天左右即可完成整个制程

四、增大摩擦力。

五、效果丰富。

可以做各种各样的效果

十三、设计小结

经过了四周的学习和工作，我终于完成了《基于ProE的手机充电器外壳设计》。

从开始接到论文题目到设计方案的确定，再到论文文章的完成，每走一步对于我来说都是新的尝试和挑战。

这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。

在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。

通过这次设计我开始独立的学习和探索，查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的大概到逐渐清晰，使自己的设计逐步完善起来，每一次改进都使我受益颇丰。

从中我也了解到Pro/E的重要性。

本论文的设计过程中，充分利用了Pro/E软件进行了几何造型设计，便捷的模型再生成编辑，可以缩短产品更新换代生产的整个周期，并且此设计还具有形状均匀、美观，使用寿命长等优点，可以完全满足设计的要求。

由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，模型结构装配后的应用Pro/E造型后的参数化设计，仿真模拟，我相信通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作。

这次做设计的经历也使我终身受益，我感受到做设计是要真正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。

没有学习就不可能有研究的能力，对自己的研究就不会有所突破，那也就不叫设计，希望这次经历能让我在以后的工作学习中激励我继续进步。

十四、主要参考文献

（1）张荣华《模具设计与制造》高等教育出版社，2003

（2）李华《机械制造技术》高等教育出版社，2006

（3）丁淑辉《PRO/E教材》清华大学出版社，2008

（4）王艳《AutoCAD工程制图基础教程》华中科技大学出版社，2007

（5）高晓康、陈于萍《互换性与测量技术》高等教育出版社，2008

（6）隋明阳《机械设计基础》机械工业出版社，2001

（7）徐茂功《公差配合与技术测量》机械工业出版社，1995

（8）屈华昌《塑料成型工艺与模具设计》高等教育出版社，2001

（9）李宗义、黄建明《先进制造技术》高等教育出版社，2010

（10）李澄、吴天生、文百桥《机械制图》高等教育出版社，2007

（11）林平勇、高嵩《电工电子技术》高等教育出版社，2007

十五、致谢

首先要感谢大学三年教授我的所有领导老师以及陪我一起学习进步的同学们，是你们陪我一起走过了三年的求学之路，是你们用三年的岁月教授了我生存的本领；在大学的校园里，我不仅学到了丰富的专业知识，也学到了终身受用的学习知识和积极的生活态度，通过对课程的学习和与相关专业老师的沟通，使我深感机会难得，获益非浅。

学校严谨的学风和老师广博丰富的知识令我敬佩。

各位老师的悉心授课使我对机械专业有了更多、更丰富的认识，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。

再次我要衷心的感谢我的指导老师胡金文老师对我设计的构思以及内容不厌其烦的指导，使我在准时完成设计的同时深受启发。

另外在设计过程中还得到了设计小组成员的大力帮助，在此表示感谢，我将在以后的工作中不断努力学习，在不久的将来成为一名优秀的技术人才。

感谢我校和各位老师对我三年的培养和帮助。

本设计虽然凝聚着自己的努力，但没有胡金文老师和其他老师的指引和教授，没有同学的帮助和支持，我在大学的专业学习将无所适用。

当我做完这篇毕业设计的时候，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。

十六、附件

上壳

下壳