蓝牙耳机结构设计规范.docx
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蓝牙耳机结构设计规范
第一章综述
一、目的
Ø为了使结构设计规范化，有章可循；
Ø逐步积累结构设计生产中遇到的经验教训，提高整体结构设计水平。
二、范围
本规范仅适用于歌尔公司蓝牙耳机的结构设计；仅供CEAP-MD部门的设计人员参考使用。
三、保密等级
机密。
（严禁外泄，违者必究）
第二章公司产品简介
一、蓝牙技术
蓝牙耳机是指采用蓝牙技术（Bluetooth）进行数据传输的无线耳机，可以同其它具有蓝牙语音功能的设备配对使用，如蓝牙耳机、电脑等。
其最大的优点是“安全健康”，因为它的辐射很小，同蓝牙耳机等产品相比，其对人体造成的伤害可以忽略不计。
一般情况下，蓝牙的使用频段为：
2402MHz~2483MHz，通讯距离要求在100m以内。
我公司的蓝牙产品主要是蓝牙耳机，有以下几点需要注意：
1、性能参数：
详见表一：
2、常用芯片：
常用的芯片选择有两种情况（具体规格见相关的spec及公司标准库）：
1.1单声道耳机可用方案：
CSR:
BC03MM/BC03AF/BC04A11（低端耳机）/BC05MM（高端耳机）/BC06AR;BroadCOM:
BCM2044
1.2立体声耳机可用方案：
CSR:
/BC03MM/BC03AF/BC05MM（高端耳机）;BroadCOM:
BCM2047
3、常用蓝牙天线：
冲压天线、印制天线、Chip天线（详见《蓝牙耳机结构设计规范——天线设计》）
序号
项目
指标
1
RF
-6~+4dBm
2
声学
频响
Rx:
10±5dB；Tx:
-21±4dB
失真
THD＜5%
静态噪声
Rx＜45dBspl；Tx＜-50dBv
TCLW
14dB以上特殊要求的为19dB以上
3
待机时间
200小时
4
通话时间
5~6小时
5
电池
单声道
80mah（满足3、4要求时的最小电池容量）
立体声
150mah（满足3、4要求时的最小电池容量）
表一
二、公司产品简介
目前，公司的蓝牙产品主要有以下4类：
1、GBH系列蓝牙耳机
头戴单声道蓝牙耳机，体积小、重量轻，便于携带。
结构上主要由上下面壳、按键（包括多功能按键、侧按键）、导光罩、MIC胶套、RCV胶套、耳挂（或领夹）、PCB板及电池等几部分组成。
下图是GBH100蓝牙耳机的外观图。
GBH100GCK800
2、GCK蓝牙耳机
车载蓝牙耳机由于采用了耳机和扬声器自由分合的设计理念，在结构上包括耳机主体部分和车载（Carkit）部分，所以它除了具有GBH耳机的功能外,还可以放到车上使用,具有免提功能，方便随意。
上右图是GCK800车载蓝牙耳机的外观图。
3、GSH蓝牙耳机
立体声蓝牙耳机采用双声道技术,有两个耳塞,声音效果好。
下图是GSH300耳机的外观图。
GSH300GBDU60
4、蓝牙适配器（BluetoothDongle）
4.1GBDU
一种具有蓝牙功能的数据传输收发装置,通过USB接口装到没有蓝牙功能的设备上,如电脑,使其和具有蓝牙功能的设备如蓝牙蓝牙耳机、蓝牙耳机之间进行无线数据传输。
上右图是GBDU60的外观图。
4.2GBDA
蓝牙音频适配器,装到不具有A2DP音频输出功能的设备上，使其能传出立体声效果的蓝牙音频信号。
下图是GBDA60的外观图。
GBDA60
第三章结构设计规范——材料篇
1、零件材料的选择
我公司目前常用的材料可分为：
塑胶材料、可塑性软胶、硅胶、五金、泡面、双面胶、粘胶类、防水网类（防尘网类）等。
下面就塑胶材料、可塑性软胶材料等材料详细介绍。
1.1塑胶材料
GOER公司常用的塑胶材料为PC、ABS、PC+ABS、PMMA、POM、PP、TPE、TPU、TPR、PA6、PA66+GF10%（或GF15%）、SIR、环保PVC等。
1.1.1PC（聚碳酸酯）
属于工程塑料,具有突出的冲击韧性，有很高的耐热性，耐寒性也很好，抗弯强度与尼龙相当，并有较高的延伸率和弹性模量，收缩率小，尺寸稳定性好，成型的零件可达很精密的公差，耐磨性与尼龙相当，并有一定的抗腐蚀能力，但注塑流动性差,对模具表面的摩擦大,价格高。
有些牌号的PC材料（如GE的PC141R）具有较好的透光性，透光率较好，但次于PMMA。
一些要求不高的透明件如导光柱等零件可以选择此种材料。
PC的缩水率为0.5-0.8%,常取0.5%,密度为1.2g/cm3,注塑成型时模温为70-90℃,注塑机料筒温度为260-300℃,溢边值0.06mm,因此模具排气槽的深度一般为0.03-0.04mm，注塑前要求干燥时间长，约3-4H，干燥温度为：
80-120℃。
对于所有塑胶原材料来讲，干燥时间不能过长，温度不能太高，否则原材料容易结快，还会影响透明度，容易发黄、发黑，主要是原材料分解造成。
耳机的上下壳体及带有卡扣的零件常选用PC做为原材料，导光柱也常用PC做原材料，材料厂商主要为：
美国GE：
PC1414、PC141R、940A-116、943A-116、940A-701、943A-701、923NC、923BK、141R-111945、920NC、920BK、500R、3412R、3413R、3414R
台湾：
110
日本出光：
IR2200三菱：
S2000VR、S3000VR帝人：
1250Y、1225Y、2250G、2250Y、G-3420R、G-3430R、G-3410R 陶氏：
201-10、201-15、301V-15
德国拜耳：
2805、2807、2605、2405、2858、2865、2857、6555、6485。
1.1.2ABS丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚体
属于通用工程塑料，具有良好的综合性能，高冲击韧性和良好的机械性能，优良的耐热耐油性能和化学稳定性，尺寸稳定，表面可电镀（最好为电镀级ABS，如：
台湾奇美ABS727），易注塑成型，同PC相比价格便宜。
ABS的缩水率为0.3-0.8%,常取0.5%,密度为1.05g/cm3,注塑成型时模温为50-80℃,注塑机料筒温度为200-240℃,溢边值0.04mm,因此模具排气槽的深度不能大于0.04mm，一般为0.03mm，注塑前要求干燥时间短，约2-3H，干燥温度为：
70-80℃。
耳机的按键等要求强度不高的零件常选用ABS做为原材料，材料厂商主要为杜邦公司、台湾奇美公司等。
1.1.3PC/ABS
PC/ABS树脂为塑料合金（Alloy），是同时具有ABS的加工性，耐冲击性，加工性优点和PC工程塑料的理想物性的优良的塑料合金树脂。
此树脂尤其热稳定性，尺寸稳定性，耐候性优良，并且具有仅次于ABS的作业性，后加工性，价格界于ABS和PC之间。
通用级PC/ABS的缩水率为0.5-0.7%,常取0.5%,密度为1.12g/cm3，PC/ABS合金的熔融温度比普通ABS树脂提高了10℃左右，成型温度提高20--30℃，模具排气槽同ABS，注塑前要求干燥时间短，约3-4H，干燥温度为：
105-110℃。
要求不太高的耳机的上下壳体及带有卡扣的零件常选用PC/ABS做为原材料，材料厂商为：
美国GE：
C2950-111、C2950HF-111、C2950-701、C2800-111、C2800-701、C6200-111、C6200-701、C6600-111、C6600-701、C1200-100、C1200HF-100、C1200-701、C1110-111、C5400-701；
韩国三星：
NH-1000T；
德国拜耳：
T45、T65、T85、FR2000、FR2010、FR3000、FR110 、FR3005。
1.1.4PMMA聚甲基丙烯酸酯（又叫亚克力或有机玻璃）
属于工程塑料，有极好的透光性，在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光，室外十年仍有89%，紫外线达78.5%。
机械强度较高，有一定的耐寒性，耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于注塑成型，价格比PC便宜，但质较脆，易熔于有机溶剂，表面硬度不够，易擦毛，使用时表面通常要UV加硬。
PMMA的收缩率0.2-0.8%，常取0.5%，密度为1.19g/cm3，注塑成型时模温度为65-80℃，注塑机料筒温度为225-245℃，溢边值0.03mm，模具排气槽深度一般为0.02，注塑前要求干燥时间短约2-4H，干燥温度为70-80℃。
材料厂商主要为：
日本三菱：
MF001、VH001 日本：
GF1000、GF1000S、GH1000S日本旭化成：
560F、80N住友：
LG2
台湾奇美：
CM-211、CM-205、CM-207日本旭化成：
560F、80N住友：
LG2
1.1.5POM聚甲醛（又叫赛钢）
注塑性能较好，强度、刚度高，减磨耐磨性好，适于制作减磨耐磨零件,传动零件如齿轮等。
比重:
1.41-1.43g/cm3，成型收缩率:
1.2-3.0%，常取2%注塑成型时模温度：
170-200℃，注塑机料筒的温度为：
190-210℃，干燥条件：
80-90℃，3-5小时。
极易分解，分解温度为240度。
分解时有刺激性和腐蚀性气体发生。
故模具钢材宜选用耐腐蚀性的材料制作。
溢边值0.03mm，模具排气槽孔深度不得超过0.02mm,宽度在3mm左右。
主要厂商为：
台丽钢：
FM090
日本：
东丽S761
1.1.6PP聚丙烯
PP的拉伸强度和刚性都比较好，但冲击强度较差，特别是低温时耐冲击性差。
表面硬度：
PP的表面硬度在五类通用塑料中属低等，仅比PE好一些。
当结晶度较高时，硬度也相应增加一些，但仍不及PVC、PS、ABS等。
PP的耐热性是最好的。
PP塑料制品可在100℃下长时间工作，在无外力作用时，PP制品被加热至150℃时也不会变形。
PP是所有合成树脂中密度最小的，仅为0.90~0.91g/cm3，成型收缩率:
1.0-2.5%，注塑成型时模具温度为:
30-50℃，注塑机料筒的温度为：
200-300℃。
加工性能良好，成型加工流动性良好，特别是当熔体流动速率较高时熔体粘度更小，适合于大型薄壁制品注塑成型。
模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形。
溢边值0.03mm，模具排气槽深度一般为0.02mm
1.1.7PA（尼龙，聚酰胺）
1. PA是一类主链上有许多重复酰胺基团的高分子化合物
2. 工艺特性：
（1） 吸水性：
部分PA的吸水情况
树脂品种
PA6
PA9
PA11
PA12
PA13
吸水性%
1.2-3.0
0.15-0.25
0.5-1.0
0.6-1.5
0.5-0.8
树脂品种
PA66
PA610
PA612
PA1010
PA1313
吸水性%
0.9-2.0
0.4-0.5
0.5-1.3
0.2-0.4
0.2-0.3
（2） 结晶性：
除透明尼龙外，其余大都是结晶性高聚物
（3） 流动性；
部分PA的熔点温度
树脂品种
6
7
8
9
11
12
13
熔点℃
215-221
220-223
152
210-215
185-187
178-180
180
树脂品种
66
610
612
613
1010
1313
熔点℃
260-265
220-225
205
210
200-205
170-174
（4） 热稳定性：
PA热稳定性比PP，PE等差得多
（5） 收缩率：
PA收缩率较大
部分PA品种的成型收缩率
树脂品种
PA6
增强PA6
PA9
PA11
PA12
收缩率%
0.8-2.4
0.3-0.7
1.5-2.5
1.2-2
1-1.6
树脂品种
尼龙66
增强尼龙66
尼龙6/9
尼龙610
增强尼龙610
收缩率%
1.5-2
0.2-0.8
1-1.5
1.2-1.8
0.4-0.7
树脂品种
PA612
PA6/66
PA1010
增强PA1010
透明PA
收缩率%
1.0-1.1
0.6-1.5
1-2.3
0.3-0.5
0.5
2. 成型设备：
设备生产螺杆头子应配有止回环；头子一般应是字自锁式喷嘴
3. 制品与模具设计：
（1） 制品厚度：
制品一般不低于0.8mm，1-3.2mm是尼龙类制品常用的范围
（2） 流道与浇口：
除PA66等少数品种外大部分可用热流道模具；应有足够的冷料穴；主流道的斜度为4º-6º；分流道的直径等于或大于制品的厚度，梯形流道的截面高度为上底的2/3，下底宽为上底的3/4；浇口直径一般为制品壁厚的2/3-3/4，但最小不得小于0.8mm
（3） 排气：
PA树脂的溢边值在0.03左右，所以排气孔，槽应控制在0.025mm以下
（4） 模具温度：
一般制品壁厚大于5mm应采取加热控温方式，对于具有一定柔软性，壁厚小于5mm的制品一般用冷却水控温的
加热控温装置的要求是能够在120℃以下几种PA的最高模温
树脂品种
模具温度℃
树脂品种
模具温度℃
PA6
110
PA610
100
PA11
60
PA612
80
PA12
100
PA1010
110
PA66
120
4. 原料准备：
PA干燥工艺参考表
干燥方法
温度℃
时间h
料层厚度mm
备注
真空干燥
95-105
12-16
＜50
真空度>95KPa
热风循环干燥
90-100
15-20
＜25
负压沸腾干燥
100-110
15-30（min）
一次加料量
40-80kg
5. 成型工艺：
（1） 料筒温度：
根据原料选择料温
（2） 注射压力：
可根据制品情况而选择压力一般在60—120MPa选取
（3） 注射速度：
对尼龙而言注射速度以略快为宜，可防止因冷却速率过快而造成的波纹，冲模不足等问题
6. 模具温度：
制品壁厚与模具温度的关系
制品壁厚mm
模具温度℃
制品壁厚mm
模具温度℃
＜2
20-40
6-10
60-90
3-6
30-60
>10
>100
7. 成型中的注意事项：
（1） 再生料的使用：
（i） 再生料数不宜过多，最好不要超过三次
（ii） 使用量应控制在新料的25%以下；混合后必按工艺要求进行干燥，方可使用
（2） 脱模剂的使用：
使用少量的脱模剂有时对气泡等缺陷有改善或消除作用
（3） 安全须知：
PA树脂开机是首先开启喷嘴温度、然后开启料筒的电源，
（4） 制品的后处理：
（i） 热处理：
制品可在无氧的情况下可用红外线，热风循环处理；但常用的办法是放入（矿物油；甘油；液体石蜡等）液体有一定温度中进行的；热处理的温度应高于制品的使用温度10-20℃处理的时间视制品的厚度而异，厚度在3mm以下为10-15分钟，厚度为3-6mm时间为15-30分钟经热处理的制品需缓慢冷却至室温
（ii） 调湿处理：
调湿处理主要是对使用环境湿度较大的制品而进行的，其办法有两种：
一是沸水调湿法；二是醋酸钾水溶液调湿法（醋酸钾与水的比例为1.25：
1，沸点121℃）前者操作方便，只要将制品放置在相对湿度65%的环境下以使其达到所要求的平衡湿度量就可以了，但由于此方法耗时较长，故一般采用后者；调湿处理的温度为80-100℃，处理的时间主要取决于制品的厚度，当壁厚为1.5mm时约2小时，3mm为小时，6mm的为16-18小时。
1.2热塑性软胶
1.2.1TPE热塑性弹性体
TPE属于热塑性弹性体，是一种兼具热塑性塑料和传统硫化橡胶优异性能的材料，弹性好，抗震防滑，手感柔软，耐热性较好（100℃），常和硬胶材料如PC，PP等一起双色注塑，用做耳挂。
TPE密度为0.89~0.98g/cm3，缩水率为1.2～2.0%，注塑成型时模具温度 35～65°C，注塑机料筒的温度为160-200°C，物料一般无需干燥,表面要求高部件可烘50°C约2～4小时，可任意比例加入回收料。
溢边值mm，模具排气槽深度一般为
主要厂商为：
1.2.2TPU
TPU（热塑性聚氨酯弹性体）有卓越的高张力﹑高拉力﹑强韧和耐老化的特性，是种成熟的环保材料。
目前，TPU已广泛应用与医疗卫生及体育等方面。
强度高﹑韧性好﹑耐磨﹑耐寒（-40~-70℃）。
长期使用温度为80～90℃，短时间可达120℃左右。
产品能获得较好的外形，尺寸稳定，变形小。
其缺点是湿表面摩擦系数低、容易打滑。
长时间的日光照射下会变色发暗，物理性能逐渐降低。
酶菌也会导致聚氨酯的降解，因此工业生产中使用的聚氨酯橡胶中都添加了防老剂、紫外线吸收剂、防酶剂等。
此外,TPU成本也较高。
（TPU/8792A/德国拜耳/48500元/吨，TPU/NX-85A/台湾高鼎/35500元/吨）
TPU材料的缩水率随着材料的牌号的不同一般在0.5%～2.0%的范围内波动。
1）干燥温度和时间
硬度90A以下 80—90℃×3-4小时
硬度95A以上 90—100℃×3-4小时
低硬度品干燥温度过高会相粘结块，而且干燥时间过长，会容易产生黄变。
2）射出机射出成型温度参考（单位℃）
规格
C1
C2
C3
喷嘴
85A
175
180
185
185-190
95A
180
185
190
190-195
64D
190
195
200
200-205
72D
195
205
210
210-215
耳机的的usb盖、耳塞胶套常用。
目前市场主要有德国拜耳，美国诺誉，美国AES公司的Santoprene系列，台湾高鼎，台湾三晃，牌号繁多。
1.2.3TPR
TPR综合了橡胶的性能和良好的可加工性,而且与传统热固性橡胶相比,TPR还具有可回收再用,加工制品的性能均匀,尺寸容易准确控制等优点.因此,在汽车、建筑、医疗器械、包装、家用电器和消费品等领域
TPR的縮率0.5～1.2%（SBS） 1.2～2.0%（SEBS），料筒为160～210℃，喷嘴为180～230℃，模具温度的范围应设计定在30～40℃之间。
在高温下TPR的水分含量要求在5％以下，甚至2％～3％，因此常用真空干燥箱在75℃～90℃干燥2小时。
耳机的的usb盖、耳塞胶套常用。
目前市场有AES公司的Santoprene系列，国内TPR厂家众多。
1.2.4PVC
PVC材料具有轻质、隔热、保温、防潮、阻燃、施工简便等特点。
规格、色彩、图案繁多，极富装饰性，被广泛运用于生产和生活中。
一般的PVC树脂塑料制品突出优点是难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、气体水汽低渗漏性好。
此外综合机械性能、制品透明性、电绝缘性、隔热、消声、消震性也好，是性能价格比最为优越的通用型材料。
缺陷是热稳定性和抗冲击性较差，无论是硬性还是软质PVC使用过程中容易产生脆性，PVC在成型过程中易释放出有毒气体。
PVC的收缩率相当低，一般为0.2~0.6%，熔化温度：
185~205℃，模具温度：
20~50℃，通常不需要干燥处理。
主要生产厂家国外Formosa、Shintech、Solvay、Geon、Eve等、国内上海氯碱化工股份有限公司、齐鲁石化公司氯碱厂、天津大沽化工厂、北京化工三厂等。
1.3硅胶
常用的硅胶材料为SIR，弹性好，手感柔软，抗震防滑，其硬度按邵氏硬度SHORE有20、30、40、50、60、70、80、90。
耳塞硅胶套用SHORE20、30，MIC硅胶套常选用SHORE30，没有特殊要求的零件如堵头用SHORE60。
不能注塑成型，可以压铸成型。
1.4金属材料
1.4.1不锈钢
常用的不锈钢牌号为SUS301、302、303、304，歌尔公司常用不锈钢做弹簧、金属压片的原材料。
1.4.2铜
铜的导电性能良好，常选用铜做为天线的原材料。
1.5泡面
1.6双面胶
1.7粘胶类
1.8防水网类（防尘网类）
第四章结构设计规范——设计篇
第一节上下面壳的设计规范
一、壳体设计内容简介
塑料壳体的设计涉及的面比较广泛，实际中会碰到各种各样的形状和结构形式，涉及到知识有：
塑料材料的选择；模具设计的知识；注塑过程和注塑引起的外观缺欠；材料力学里的刚度和强度的概念；壳体之间的配合；壳体之间的联接；为满足蓝牙耳机某一功能而设计的结构。
对单个壳体来讲，主要考虑强度；刚度；模具制造的工艺性；注塑引起的外观缺欠等。
强度是指在特定的温湿度环境下，壳体受到一定的外力而不至于被破坏的能力。
刚度主要与壳体的变形有关，某一方向的刚度越大，在这个方向上壳体就越不容易变形，好的刚度的设计对蓝牙耳机壳体来说非常重要。
刚度设计是目前我们设计中的弱项。
关于模具和注塑方面的知识请参阅相关书籍，本书主要从设计的角度上探讨塑料壳体任何一个零件都要最终被装配到整机上，因此塑料壳体的连接和配合也是要考虑的大问题，这关系到整台蓝牙耳机的整体刚度。
塑料壳体的配合主主要指卡口和反向限位筋的设计。
连接主要指热熔螺母与螺钉联接；自攻钉联接；超声波焊接；热熔柱铆接；双面胶粘接；卡扣联接；铆钉连接（耳挂）；胶粘连接与密封（耳塞、RCV盖、麦克）。
关于蓝牙耳机的整体刚度，一方面取决于单个壳体的刚度，同时也取决于壳体之间的联接刚度。
这是一个非常重要的问题点，实际中常被忽视。
整体刚度好的话，蓝牙耳机外观不易变形，各种缝隙容易保证，且对里面的电子器件能有效保护，PRT试验容易通过，同时因为壳体里面的泡棉的对外张力没有能使壳体变形，从而反过来泡棉也就起到了应有的作用。
整机密封性能也就容易保证。
二、功能描述
塑胶壳体基本功能是：
实现蓝牙耳机的基本使用性能（接听信息，传输信息，操作等功能）的载体，满足整机的外观特性（包括颜色，形状，大小等），保护电子元件（机芯和显示屏等）及电路。
三、材料的选择
（1）对于壳体（Housing）而言，Housing一般选用的塑胶材料为PC,PC+ABS。
对PC而言，常用的有：
SAMSUNG（PCHF-1023IM）和GE：
（PC1414）；对于PC+ABS而言，常用的有：
GE（PC+ABSC1200HF）,SAMSUNG：
（PC+ABSHI1001BN）。
PC制品同PC+ABS制品相比，其强度，刚度，塑性，硬度等机械性能要好，但是由于PC的流动性要差，所以注塑成型性能相对PC+ABS要差些，对成型条件要求相对苛刻些，同时成型制品其表面质量相对较差。
不过由于考虑到强度的关系，实际中使用PC的越来越多。
（2）对于需要超声波的零部件而言，由于PC+ABS的超声焊接性能比PC的要好，使用较普遍。
因此使用时尽量的优先选用此种材料。
（3）对于需要电镀的壳体：
一般选用奇美ABS727，属于电镀级ABS
（4）基本工程塑胶成型特性：
材料
成型模温
升级会员 