浅谈电梯操作按钮的设计

康宝强

【摘要】电梯操作按钮作为电梯人机界面不可缺少的部分，产品的安全、舒适、美观对乘客产生直接的影响。本文主要参考相关国标对电梯操作按钮的一些技术要求，浅谈按钮设计过程中的一些注意点。

【主题词】失效 设计 检查

一、前言

按钮作为人与电梯最基本的交互工具，一旦出现问题，会给使用者造成相当大的困难，使使用者产生电梯质量差的感觉，从而产生投诉，对整梯质量印象大打折扣，影响产品的品牌建设。此类现象的形成原因绝大部分可追溯到设计问题，小部分则可能是使用者习惯造成。我们作为设计人员，无法改变使用人员的使用习惯时，要尽量去完善自己的设计，尽量去避免在按钮的设计寿命内出现异常。

二、电梯操作按钮的技术指标

1 按钮的使用环境

根据相关国家标准要求，为了确保安全运行，设备运行的环境温度范围应考虑电梯使用地点的实际情况，设备运行的环境温度范围在+5℃～+40℃之间，超出范围的应特殊考虑[1-3]。

2 按钮设计的基本技术要求

2.1 操作力：按钮活动部件的操作力应不小于1N且不大于5N，推荐操作力2.5N-5N。

2.2 复位力：2N以上。

2.3 动作行程：0.3到0.6mm。

2.4 操作反馈：须告知操作者，按钮已经按下并已触发功能（例如按钮可感知移动或设有机械反馈系统。

2.5 登记反馈：触发功能后，有信号的反馈。（如视觉发光或听觉信号等）。

2.6 按钮活动部件的识别：从视觉和触觉上识别。

2.7 按钮活动部件的最小尺寸直径为19mm的内切圆（宜不小于20mm）。

2.8 按钮活动部件的最小面积280mm2（宜不小于490mm2）。

2.9 机械、电气寿命：≥300万次。

三、按钮的设计

1 按钮弹性系统的设计

弹性系统设计时，既要保证微动开关有效稳定的触发，也要保护微动开关不能被瞬间冲击或持续压力损坏。按钮活动部件良好的导向性和机械限位是保证微动开关有效稳定触发及不被损坏的关键，所以设计时应预留好活动部件与固定部件之间的间隙，此间隙一般设置在0.3-0.4mm之间，不宜过大更不能太小，两者都有可能导致按钮卡死。合理的运动限位对于按钮设计也至关重要，未设计限位或限位设计不合理易导致微动开关损坏、按钮字片部分点无法有效触发开关、按钮触发行程超长等。下面我针对微动开关选型、弹簧及缓冲垫的设计进行分析。

1.1 微动开关的选型

微动开关一般选用市场上常见规格型号，当市场上无法找到相匹配产品时再考虑新开发。微动开关自身参数严重影响着按钮的质量的可靠性及舒适性。按钮常见使用的微动开关为自复位常开型，可选择型号有omron B3F系列，C&K KSC/KSC2系列/PST系列，NKK CB系列触觉开关，ALPS微动开关等。

1.2 弹簧及缓冲垫的设计

按钮弹性机构一般由弹簧或连杆机构或两者的组合组成。当单独使用弹簧驱动时，一般为四个弹簧均布或两个弹簧对称排布，当使用连杆结构时一般为异形弹簧驱动。无论怎样的设计，最终的目的是达到按钮有合理的动作力与合理的回复力，弹簧设计时根据需微动开关力大小及目标驱动力，按压行程进行弹簧的设计。

缓冲垫作为按钮中重要的辅助零件，很容易让人忽略。但它的存在对于按钮寿命和舒适度有着相当重要的影响。缓冲垫材质一般选用橡胶或硅胶材质。硅胶材质具有化学性质稳定，较高的机械强度，热稳定性好等特点，作为缓冲垫的优选项。橡胶材质具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。因此在不同的设计要求下两种材料都可能用到。但这两种材料存在一个共同特点即耐候性较差，所以选材时必须要特别注意。因按钮实际使用环境，缓冲垫一般需满足耐60℃以上高温，耐-25℃以下低温，缓冲垫的硬度一般为邵氏硬度30-50。

2 按钮发光系统的设计

按钮的发光系统一般包括线路板上的发光二极管、散光板、字片三部分。按钮发光颜色根据设计要求可能五花八门，所以发光二极管的选型可能也五花八门，按钮的发光颜色主要有发光二极管决定，但它也不是最终唯一决定因素。发光二极管的颜色可将按钮颜色的基调定下来，散光板是为了解决因发光二极管距离字片文字太近而使得发光不均匀问题。散光板一般为乳白色注塑件，可透过一定光束。所以其注塑颜色纯度和色调就显得非常重要，发光二极管的主色调会根据散光板的色调进行一定调整。所以当按钮颜色确认后，注塑母粒与色粉比例必须在工艺文件中说明。另外字片的颜色对整体发光颜色也会有很大影响，字片一般采用丝印或注塑制成。注塑时除与散光板的一样共同的要求外，还应增加外观要求。总之，按钮的发光是发光二极管、散光板与字片甚至电阻共同作用的结果，所以设计定型时，发光的影响因素均需加以控制。

3 按钮的固定结构

按钮按安装方式分，可分为内嵌式、外装式。两种安装方式各有特点，存在两种安装方式的主要原因是满足不同的外观需求，安装方式也是影响按钮一大因素，两种安装方式没有好坏，但是重要的是合理的应用。一般来说不管哪种安装方式，对开孔要求都是比较严格的，主观上来讲可以大，不可以小，按钮的安装单边间隙应不小0.15mm，否则安装后容易卡滞。

4 按钮线路板的设计

4.1 电梯操作按钮线路板的功能相对较为单一，即提供触发信号与提供反馈信号，反馈信号一般为声或光。其设计原理与控制系统的设计息息相关，控制系统接收到一个开关触发信号后，会提供一个电源信号作为反馈（部分电梯按钮按压后电梯会按预想进行动作，但按钮不会点亮，一般为发光二极管线路损坏）。

4.2 外形尺寸及安装方式的设计，此一般由机械工程师完成，根据按钮外观要求，确定合理的按钮结构，并将线路板的設计提供给硬件工程师。

4.3 硬件工程师根据微动开关的固定位置、线路板整体在按钮中的固定位置以及发光要求确定发光二极管在线路板的固定位置，最后根据输入电压，进行发光二极管的选型，以及电阻的选型。

四、电梯操作按钮关键特性的检查

1按钮的常规检查

1.1 外观检查

主要检查产品外观缺陷，如文字字符，字符方向是否正确，字片划伤、丝印异常点等。

1.2 按钮的关键特性检查

按钮主要关键特性包括操作力、复位力、动作行程等，可通过专用设备-弹簧测力计进行检查确认，相关测试值需符合设计要求，测试界面如下：

1.3 按钮的通电检查

1.3.1检查按钮发光面无黑点/白点等缺陷，按钮发光颜色均匀，色温正常。

1.3.2多点按压检查（一般周圈八个点，中间一个点），确保按钮各点接触良好，按钮都可有效点亮。

1.3.3接触电阻，绝缘电阻等的检查，确保电气性能符合设计要求。

2 按钮其他关键特性的检查

其他关键特性包括字片脱落、环境变化试验、跌落、静压和寿命试验等，试验要求可参考 《T/CEA0012 电梯操纵箱及按钮技术要求与测试方法》，部分关键试验需保证周期性检查，如机械与电气寿命试验，环境变化试验等。

五、结论

电梯操作按钮虽然在电梯中是一个很小的部件，但其作为人机交互过程中最重要的一环，设计人员必须保证其可靠性。我们需要以可靠性为出发点，根据不同的客户需求，设计出具有竞争力的产品。按钮的一系列设计都是围绕微动开关及发光二极管展开的，我们所有的设计都是怎么能更好的利用它们及保护它们来达到我们的设计目标。

参考文献：

[1]陈凤旺等 GB/T21739家用电梯制造与安装规范

[2]邱瑾 极寒条件下压敏胶失效的原因及其解决方法

[3]谢宝富等 T/CEA0012电梯操纵箱及按钮技术要求与测试方法

宁波力隆机电股份有限公司 315806