淺談電梯操作按鈕的設(shè)計(jì)

康寶強(qiáng)

【摘要】電梯操作按鈕作為電梯人機(jī)界面不可缺少的部分，產(chǎn)品的安全、舒適、美觀對(duì)乘客產(chǎn)生直接的影響。本文主要參考相關(guān)國(guó)標(biāo)對(duì)電梯操作按鈕的一些技術(shù)要求，淺談按鈕設(shè)計(jì)過程中的一些注意點(diǎn)。

【主題詞】失效 設(shè)計(jì) 檢查

一、前言

按鈕作為人與電梯最基本的交互工具，一旦出現(xiàn)問題，會(huì)給使用者造成相當(dāng)大的困難，使使用者產(chǎn)生電梯質(zhì)量差的感覺，從而產(chǎn)生投訴，對(duì)整梯質(zhì)量印象大打折扣，影響產(chǎn)品的品牌建設(shè)。此類現(xiàn)象的形成原因絕大部分可追溯到設(shè)計(jì)問題，小部分則可能是使用者習(xí)慣造成。我們作為設(shè)計(jì)人員，無法改變使用人員的使用習(xí)慣時(shí)，要盡量去完善自己的設(shè)計(jì)，盡量去避免在按鈕的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)出現(xiàn)異常。

二、電梯操作按鈕的技術(shù)指標(biāo)

1 按鈕的使用環(huán)境

根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，為了確保安全運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境溫度范圍應(yīng)考慮電梯使用地點(diǎn)的實(shí)際情況，設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境溫度范圍在+5℃～+40℃之間，超出范圍的應(yīng)特殊考慮[1-3]。

2 按鈕設(shè)計(jì)的基本技術(shù)要求

2.1 操作力：按鈕活動(dòng)部件的操作力應(yīng)不小于1N且不大于5N，推薦操作力2.5N-5N。

2.2 復(fù)位力：2N以上。

2.3 動(dòng)作行程：0.3到0.6mm。

2.4 操作反饋：須告知操作者，按鈕已經(jīng)按下并已觸發(fā)功能（例如按鈕可感知移動(dòng)或設(shè)有機(jī)械反饋系統(tǒng)。

2.5 登記反饋：觸發(fā)功能后，有信號(hào)的反饋。（如視覺發(fā)光或聽覺信號(hào)等）。

2.6 按鈕活動(dòng)部件的識(shí)別：從視覺和觸覺上識(shí)別。

2.7 按鈕活動(dòng)部件的最小尺寸直徑為19mm的內(nèi)切圓（宜不小于20mm）。

2.8 按鈕活動(dòng)部件的最小面積280mm2（宜不小于490mm2）。

2.9 機(jī)械、電氣壽命：≥300萬次。

三、按鈕的設(shè)計(jì)

1 按鈕彈性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

彈性系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，既要保證微動(dòng)開關(guān)有效穩(wěn)定的觸發(fā)，也要保護(hù)微動(dòng)開關(guān)不能被瞬間沖擊或持續(xù)壓力損壞。按鈕活動(dòng)部件良好的導(dǎo)向性和機(jī)械限位是保證微動(dòng)開關(guān)有效穩(wěn)定觸發(fā)及不被損壞的關(guān)鍵，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留好活動(dòng)部件與固定部件之間的間隙，此間隙一般設(shè)置在0.3-0.4mm之間，不宜過大更不能太小，兩者都有可能導(dǎo)致按鈕卡死。合理的運(yùn)動(dòng)限位對(duì)于按鈕設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，未設(shè)計(jì)限位或限位設(shè)計(jì)不合理易導(dǎo)致微動(dòng)開關(guān)損壞、按鈕字片部分點(diǎn)無法有效觸發(fā)開關(guān)、按鈕觸發(fā)行程超長(zhǎng)等。下面我針對(duì)微動(dòng)開關(guān)選型、彈簧及緩沖墊的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1.1 微動(dòng)開關(guān)的選型

微動(dòng)開關(guān)一般選用市場(chǎng)上常見規(guī)格型號(hào)，當(dāng)市場(chǎng)上無法找到相匹配產(chǎn)品時(shí)再考慮新開發(fā)。微動(dòng)開關(guān)自身參數(shù)嚴(yán)重影響著按鈕的質(zhì)量的可靠性及舒適性。按鈕常見使用的微動(dòng)開關(guān)為自復(fù)位常開型，可選擇型號(hào)有omron B3F系列，C&K KSC/KSC2系列/PST系列，NKK CB系列觸覺開關(guān)，ALPS微動(dòng)開關(guān)等。

1.2 彈簧及緩沖墊的設(shè)計(jì)

按鈕彈性機(jī)構(gòu)一般由彈簧或連桿機(jī)構(gòu)或兩者的組合組成。當(dāng)單獨(dú)使用彈簧驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般為四個(gè)彈簧均布或兩個(gè)彈簧對(duì)稱排布，當(dāng)使用連桿結(jié)構(gòu)時(shí)一般為異形彈簧驅(qū)動(dòng)。無論怎樣的設(shè)計(jì)，最終的目的是達(dá)到按鈕有合理的動(dòng)作力與合理的回復(fù)力，彈簧設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需微動(dòng)開關(guān)力大小及目標(biāo)驅(qū)動(dòng)力，按壓行程進(jìn)行彈簧的設(shè)計(jì)。

緩沖墊作為按鈕中重要的輔助零件，很容易讓人忽略。但它的存在對(duì)于按鈕壽命和舒適度有著相當(dāng)重要的影響。緩沖墊材質(zhì)一般選用橡膠或硅膠材質(zhì)。硅膠材質(zhì)具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，較高的機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，作為緩沖墊的優(yōu)選項(xiàng)。橡膠材質(zhì)具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。因此在不同的設(shè)計(jì)要求下兩種材料都可能用到。但這兩種材料存在一個(gè)共同特點(diǎn)即耐候性較差，所以選材時(shí)必須要特別注意。因按鈕實(shí)際使用環(huán)境，緩沖墊一般需滿足耐60℃以上高溫，耐-25℃以下低溫，緩沖墊的硬度一般為邵氏硬度30-50。

2 按鈕發(fā)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

按鈕的發(fā)光系統(tǒng)一般包括線路板上的發(fā)光二極管、散光板、字片三部分。按鈕發(fā)光顏色根據(jù)設(shè)計(jì)要求可能五花八門，所以發(fā)光二極管的選型可能也五花八門，按鈕的發(fā)光顏色主要有發(fā)光二極管決定，但它也不是最終唯一決定因素。發(fā)光二極管的顏色可將按鈕顏色的基調(diào)定下來，散光板是為了解決因發(fā)光二極管距離字片文字太近而使得發(fā)光不均勻問題。散光板一般為乳白色注塑件，可透過一定光束。所以其注塑顏色純度和色調(diào)就顯得非常重要，發(fā)光二極管的主色調(diào)會(huì)根據(jù)散光板的色調(diào)進(jìn)行一定調(diào)整。所以當(dāng)按鈕顏色確認(rèn)后，注塑母粒與色粉比例必須在工藝文件中說明。另外字片的顏色對(duì)整體發(fā)光顏色也會(huì)有很大影響，字片一般采用絲印或注塑制成。注塑時(shí)除與散光板的一樣共同的要求外，還應(yīng)增加外觀要求?？傊?，按鈕的發(fā)光是發(fā)光二極管、散光板與字片甚至電阻共同作用的結(jié)果，所以設(shè)計(jì)定型時(shí)，發(fā)光的影響因素均需加以控制。

3 按鈕的固定結(jié)構(gòu)

按鈕按安裝方式分，可分為內(nèi)嵌式、外裝式。兩種安裝方式各有特點(diǎn)，存在兩種安裝方式的主要原因是滿足不同的外觀需求，安裝方式也是影響按鈕一大因素，兩種安裝方式?jīng)]有好壞，但是重要的是合理的應(yīng)用。一般來說不管哪種安裝方式，對(duì)開孔要求都是比較嚴(yán)格的，主觀上來講可以大，不可以小，按鈕的安裝單邊間隙應(yīng)不小0.15mm，否則安裝后容易卡滯。

4 按鈕線路板的設(shè)計(jì)

4.1 電梯操作按鈕線路板的功能相對(duì)較為單一，即提供觸發(fā)信號(hào)與提供反饋信號(hào)，反饋信號(hào)一般為聲或光。其設(shè)計(jì)原理與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)息息相關(guān)，控制系統(tǒng)接收到一個(gè)開關(guān)觸發(fā)信號(hào)后，會(huì)提供一個(gè)電源信號(hào)作為反饋（部分電梯按鈕按壓后電梯會(huì)按預(yù)想進(jìn)行動(dòng)作，但按鈕不會(huì)點(diǎn)亮，一般為發(fā)光二極管線路損壞）。

4.2 外形尺寸及安裝方式的設(shè)計(jì)，此一般由機(jī)械工程師完成，根據(jù)按鈕外觀要求，確定合理的按鈕結(jié)構(gòu)，并將線路板的設(shè)計(jì)提供給硬件工程師。

4.3 硬件工程師根據(jù)微動(dòng)開關(guān)的固定位置、線路板整體在按鈕中的固定位置以及發(fā)光要求確定發(fā)光二極管在線路板的固定位置，最后根據(jù)輸入電壓，進(jìn)行發(fā)光二極管的選型，以及電阻的選型。

四、電梯操作按鈕關(guān)鍵特性的檢查

1按鈕的常規(guī)檢查

1.1 外觀檢查

主要檢查產(chǎn)品外觀缺陷，如文字字符，字符方向是否正確，字片劃傷、絲印異常點(diǎn)等。

1.2 按鈕的關(guān)鍵特性檢查

按鈕主要關(guān)鍵特性包括操作力、復(fù)位力、動(dòng)作行程等，可通過專用設(shè)備-彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行檢查確認(rèn)，相關(guān)測(cè)試值需符合設(shè)計(jì)要求，測(cè)試界面如下：

1.3 按鈕的通電檢查

1.3.1檢查按鈕發(fā)光面無黑點(diǎn)/白點(diǎn)等缺陷，按鈕發(fā)光顏色均勻，色溫正常。

1.3.2多點(diǎn)按壓檢查（一般周圈八個(gè)點(diǎn)，中間一個(gè)點(diǎn)），確保按鈕各點(diǎn)接觸良好，按鈕都可有效點(diǎn)亮。

1.3.3接觸電阻，絕緣電阻等的檢查，確保電氣性能符合設(shè)計(jì)要求。

2 按鈕其他關(guān)鍵特性的檢查

其他關(guān)鍵特性包括字片脫落、環(huán)境變化試驗(yàn)、跌落、靜壓和壽命試驗(yàn)等，試驗(yàn)要求可參考 《T/CEA0012 電梯操縱箱及按鈕技術(shù)要求與測(cè)試方法》，部分關(guān)鍵試驗(yàn)需保證周期性檢查，如機(jī)械與電氣壽命試驗(yàn)，環(huán)境變化試驗(yàn)等。

五、結(jié)論

電梯操作按鈕雖然在電梯中是一個(gè)很小的部件，但其作為人機(jī)交互過程中最重要的一環(huán)，設(shè)計(jì)人員必須保證其可靠性。我們需要以可靠性為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)不同的客戶需求，設(shè)計(jì)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。按鈕的一系列設(shè)計(jì)都是圍繞微動(dòng)開關(guān)及發(fā)光二極管展開的，我們所有的設(shè)計(jì)都是怎么能更好的利用它們及保護(hù)它們來達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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寧波力隆機(jī)電股份有限公司 315806