按键结构的CAE分析和改进

　　本文给出了一个按键结构的CAE分析和改进案例。

　　在现今这样一个个性化的时代里，人们对产品的要求已经不仅仅体现在功能上，更多的是体现在使用产品的过程中所得到的体验上。在五花八门的电子消费品中，吸引大家眼球的肯定是那些功能和外观都很独特的产品。大家也听说过，一个时尚和个性化的外观可以为一个产品创造很高的附加值。

　　所以说产品的外在美虽然不可以决定一切，但足以决胜一时。产品不仅要外在美，就像做人一样，更重要的是内在美。产品的内在美很多，只要体现在材料、结构和功能上。今天就拿按键结构来说说。

　　按键结构的设计在产品设计中占据很重要的地位，特别在掌上用品和计算机的周边设配上。比如有一天你买了一部很帅气的手机，200万像素摄像头，蓝牙，功能很多，不过用了一年后发现每次按按键的时候不爽，手感很差，还有某个按键总是不灵，你肯定很恼火的想把它撞墙，你肯定国骂一下----TMD，肯定对某品牌的商家说以后就BMW(不是宝马，是 别--蒙--我)，我就有这样的经历。回归正题，我今天就把我设计改进一款按键结构的完整过程分享给大家。

　　设计背景是这样的，这款产品的外观结构设计是客户指定由北京一家比较出名的设计公司主导设计的，我只是负责善后工作。总体上外观效果都得到大家的认同(老实说他们的工业外观设计是挺不错的)，但不少内部结构在细节上欠考虑了，这些结构存在的问题包括这个按键结构我们早就提出来了，设计公司坚持说按键结构没问题，还说他们已经设计过很多产品的按键结构，在这方面是专家云云，公司领导也出了声说既然完全由设计公司担当就相信他们。结果就是，我们的坚持改按键还是没采用，就这样到了T1试模阶段，按设计公司设计的那样把按键热焊在上壳上，装上电路板，按动按键，不出所料的那样，手感很硬没嘀嗒感，即使用力按下去按键的筋位也容易发白变形丧失弹性。如果不热焊在上壳上，按键又不稳容易两边晃动，最要命的是按键会联动，按一个键旁边的键也跟着动，一句话，这个按键结构的设计是失效的。模具制造方也说他们没办法，除非重新设计和开模，就是重新设计也没有好的方案，因为上壳模具也制作出来了，不可能去动上壳模具，否则改模量，改电路板的各方协调，成本，时间都是让人吃不消。怎么办?这时候CAE的威力就发挥出来了，下面我就是借助CAE分析工具把按键的弹性筋部重新设计并且使改模量达到最小。由于与公司有保密协议，我不能把整个产品的外观及结构公开，只把按键处的结构拿出来做一个教程，请大家多多指教。

　　1.原设计的整个按键结构图

　　按键，筋部弹性不好，直角的地方严重应力集中容易发白

　　上壳

　　2.原设计的CAE分析结果

　　约束简图：模型直接用原设计的3D图，没修改过。添加0.4mm的位移约束和固定约束就可以

　　结果图：按键使用不长时间后肯定在各个筋位处出现严重发白或断裂

　　3.结构改进和改进后的CAE分析结果

　　(1)改进的重点是筋部的重新设计，在设计过程中一边设计一边用CAE辅助设计来确认各处筋的合理走向和分布以达到一个优化设计的目的，改进后比较理想的结果如下

　　改模量只是重做上方的弹性筋和加胶追加5个圆柱台，改模不困难。按键的圆柱台顶在电路板上可以消除按键的联动。按键现在是单边悬臂筋结构。由于上壳的按键框边到按键的距离当时设计得比较小，只有0.5mm(如果有0.8～1mm就好啦)，加上按键筋部注塑时有缩水误差的影响，所以按键改为单边按动后中间两个按键有少许干涉但不产生致命影响，这一点可以在装配时处理一下(方法保密,呵呵。。。)。

　　改进后的按键

　　(2)CAE分析结果：寿命结果非常理想，每个按键至少有一条筋的寿命超过50万

　　(3)注塑时的产品(3D图)

　　为防止注塑成品在包装和运输过程中容易产生变形，下方的筋在装配时才人工扳掉

　　4.总结心得

　　按键的设计其实就是按键弹性筋的设计，筋的走向和分布极其重要，尽量避免设计带有直角位的筋，因为注塑时材料在直角的地方容易受到剪切而产生应力集中，注塑成品就会先天不良。还有就是筋的截面设计，可以根据实际结构空间采用渐变筋或者常量筋，我这里的设计是圆弧筋和矩形截面不变2.0Χ0.8mm(厚度)。因为这个按键还要丝印和UV覆膜处理，所以材料用ABS。也因为是使用ABS料(ABS熔融温度比较低：150～190℃)，它的流动性不是很好，所以厚度用0.8mm而不是0.5mm。