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标题: 超级实用经验分享：一款按键结构的失败设计及其COSMOS分析和改进 [打印本页]

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 14:37
标题: 超级实用经验分享：一款按键结构的失败设计及其COSMOS分析和改进
关键词：按键按键结构 CAE 应力集中失效改进
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

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 14:40
原设计的整个按键结构图

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 14:41
按键，筋部弹性不好，直角的地方严重应力集中容易发白

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 14:48
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

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 14:57
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。。。）。

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 15:01
（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

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 15:04
(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

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 15:06
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。

作者: ghoust 时间: 2007-1-24 15:07
狂顶楼主，特棒！

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 15:39
这是来自设计和生产第一线的实际经验！要求加精

作者: ghoust 时间: 2007-1-24 15:59
这样的东西非常实用，增加经验！！！！再顶！！！

作者: trirockc 时间: 2007-1-24 16:00
强烈支持

作者: setter 时间: 2007-1-24 17:03
我对这个位移量的分析和周期分析很感兴趣,楼主能不能详细讲一下cosmos的操作过程?
我在cosmosworks里面找了很久,都没有发现如何用位移来求解应力,如能告知,非常感谢

作者: zwgzy 时间: 2007-1-24 17:18
真是好东西！有教益！多谢！

作者: 水中月 时间: 2007-1-24 18:34
支持一下

作者: ltq59 时间: 2007-1-24 19:12

原帖由 cbrmbz75 于 2007-1-24 15:39 发表
这是来自设计和生产第一线的实际经验！要求加精

强烈支持

作者: ltq59 时间: 2007-1-24 19:14

原帖由 setter 于 2007-1-24 17:03 发表
我对这个位移量的分析和周期分析很感兴趣,楼主能不能详细讲一下cosmos的操作过程?
我在cosmosworks里面找了很久,都没有发现如何用位移来求解应力,如能告知,非常感谢

强烈支持

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 19:25

原帖由 setter 于 2007-1-24 17:03 发表
我对这个位移量的分析和周期分析很感兴趣,楼主能不能详细讲一下cosmos的操作过程?
我在cosmosworks里面找了很久,都没有发现如何用位移来求解应力,如能告知,非常感谢

看下图

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 19:41

唉

，顶的人不多，不顶我就删贴了，10贴为限吧

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-24 19:46

原帖由 setter 于 2007-1-24 17:03 发表
我对这个位移量的分析和周期分析很感兴趣,楼主能不能详细讲一下cosmos的操作过程?
我在cosmosworks里面找了很久,都没有发现如何用位移来求解应力,如能告知,非常感谢

平时肯定没好好看帮助，帮助看完了你就觉得我这个案例是小菜一碟

作者: zuodeng_0601 时间: 2007-1-24 19:59
顶，好贴！

作者: Francis 时间: 2007-1-24 20:06
不错帖子

加分
加精选
加精华

谢楼主分享

作者: tom81021 时间: 2007-1-24 21:47
顶支持

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-25 01:24

原帖由 Francis 于 2007-1-24 20:06 发表
不错帖子

加分
加精选
加精华

谢楼主分享

睡了一觉醒来，迷迷糊糊的看到闷大加了分，不相信自己的眼睛，
用力揉了揉睡眼，喔靠！还加精呢

，闷大一出手总是让人
措手不及

作者: xhui0728 时间: 2007-1-25 08:50
拜一下，真才实学啊。很具体的例子。

作者: wqm007 时间: 2007-1-25 11:23
可以分析弹力吗?

作者: setter 时间: 2007-1-25 11:28

原帖由 cbrmbz75 于 2007-1-24 19:25 发表

看下图

昨天晚上琢磨了几个小时,没有找到楼主的这个"约束"特征....请问,这个是静态分析么?

制约\应力中的帮助我几乎都翻了一遍....可能是我眼神不太好,没看见....

楼主能贴一下这个"研究"的树么?

十分感谢啊...因为最近有个弹性零件的寿命问题也让我头疼...

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-25 11:42

原帖由 setter 于 2007-1-25 11:28 发表

昨天晚上琢磨了几个小时,没有找到楼主的这个"约束"特征....请问,这个是静态分析么?

制约\应力中的帮助我几乎都翻了一遍....可能是我眼神不太好,没看见....

楼主能贴一下这个"研究&quo ...

看图

作者: cbrmbz75 时间: 2007-1-25 11:48

原帖由 wqm007 于 2007-1-25 11:23 发表
可以分析弹力吗?

我不知你所指的弹力是指哪方面。可以用非线性大位移变形分析弹性扣位，
模拟扣位互相扣合时的动态应力分布或寿命

作者: liangyuantop 时间: 2007-1-25 12:12
收藏了

作者: m1636 时间: 2007-1-25 13:06
顶一下.

上次我也有个案例类似楼主这个,也是尖角处应力集中,加之材料不合理受冲击很容易裂开.

作者: ydwas 时间: 2007-1-25 14:34
謝謝老大

作者: 豆木木豆 时间: 2007-1-25 14:44
好贴!支持楼主!

作者: houzhongqiu 时间: 2007-1-25 16:28
不错~~
SW越来越强了~

作者: jackey.hua 时间: 2007-1-25 16:38
虽然我不用SW但还是要顶了.

作者: pucua 时间: 2007-1-25 18:38
楼主估计对塑料模具很有研究
对塑料的属性都了解的不错.
将实际用到点处.
很不错的
佩服!!!

作者: mccjx 时间: 2007-1-25 18:43
支持教程!!!

作者: sqx485 时间: 2007-1-25 21:38
好东东.....学习了......

作者: setter 时间: 2007-1-26 08:27
找到了,谢谢楼主

不过cosmos 2006里面不叫位移了.....

制约→在平面上→垂直平面.....

看了"在线"教程...以前一直以为是在internet上看...昨天点了一下,发现这个"在线"很不符合词义...

作者: wumatao 时间: 2007-1-26 10:21
标题: 按键
谢谢你的经验分享

作者: wangjun700621 时间: 2007-1-26 10:40
这个不错，正用的上。谢谢

作者: ruhe 时间: 2007-1-26 18:39
牛呀

作者: MEAOMMY 时间: 2007-1-27 14:49
好啊,收藏了

作者: yzl 时间: 2007-1-27 18:44
菜鸟开眼界了,非常有用的实际东东,
活到老,学到老呀,

作者: banganshu 时间: 2007-1-29 17:29
顶啊 /好帖

作者: beihai 时间: 2007-1-30 09:22
不错，，，

作者: zhangjy_110 时间: 2007-1-30 21:14
支持楼主

作者: FisheryBoy 时间: 2007-2-1 11:32
楼主特棒，经验特强，内容特好，获益特多！！！！！

作者: fsr19 时间: 2007-2-1 16:14
好贴,狂顶

作者: kelly 时间: 2007-2-5 20:21
好贴一定要顶哦。顺便问下，出现这样的问题，工业设计公司最后是什么态度，需要赔偿之类的吗？最近联络设计公司做案子，想知道这些问题的善后怎么操作的，谢谢！

作者: zhengminghuang 时间: 2007-2-6 14:22
一定要顶啊,这真的是cosmos在现实生产中的应用啊,多发点这样的例子!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!11

作者: fe168 时间: 2007-2-6 16:29
楼主牛人啊！我还没有玩过寿命呢，看教材试试，呵呵。

作者: star112211 时间: 2007-2-8 14:03
好帖啊，我这个职业潜水的都忍不住要冒出来顶下了

作者: fzhjc 时间: 2007-2-8 14:33
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: zhezhe2004 时间: 2007-2-10 16:31
标题: 小小建议
Sample Text
小弟觉得假如整体使用一根轴会不会好些?见下列草图

作者: hero1886 时间: 2007-2-12 20:32
按键弹性臂太短了，如果想有手感必须有10mm以上的弹性臂，太差了。

作者: cbrmbz7x 时间: 2007-2-21 12:20

原帖由 zhezhe2004 于 2007-2-10 16:31 发表
Sample Text
小弟觉得假如整体使用一根轴会不会好些?见下列草图

那你这种结构如何解决按键联动的问题啊？

作者: kongchanlan 时间: 2007-2-24 16:21
简直是学徒，可悲！

作者: kongchanlan 时间: 2007-2-24 16:32
按键行程是多少?是metal dome ?这重结构行吗？

作者: kongning1969 时间: 2007-2-28 13:45
记住：北方的设计水平多数都不高，好的设计还是要在珠三角做。

作者: guancom 时间: 2007-3-1 08:53
记住：中国一流大学都在北方，搞设计研发都在北方，卖傻力气，搞制造，做个破模具就找不着北在南方

作者: Franc!s 时间: 2007-3-1 09:44

原帖由 guancom 于 2007-3-1 08:53 发表
记住：中国一流大学都在北方，搞设计研发都在北方，卖傻力气，搞制造，做个破模具就找不着北在南方

见解很独到

作者: ding7758258 时间: 2007-3-2 15:36
难以学到的经验!!!

作者: lokiongwai 时间: 2007-3-7 22:34
嗯，這貼子很經典。
因爲我有次也是經過一工程師旁，剛好他也設計按鍵，有一高工在旁邊就說出了按鍵的經驗設計，告訴他注意事項，
現在想下，再和這貼相對應，感覺很棒！！！
樓主加油！

作者: y3635619 时间: 2007-3-9 11:28
不用看,肯定手感不好

作者: leo_hong 时间: 2007-3-10 10:08
不懂这个分析,连老大都说好了,我也就人云亦云拉!"好!!!"

作者: pzhzshun 时间: 2007-3-10 14:19
好贴

作者: piser-xie 时间: 2007-3-11 00:14
实际用起来手感如何？

作者: smltiger 时间: 2007-3-11 00:46
實際工作中問題的探討與分享不錯！直得學習

作者: hwlflycoat 时间: 2007-3-11 21:24
实际工作中碰到的问题，很有借鉴价值，好贴！

作者: hero1886 时间: 2007-3-12 09:30
支持楼主，我原来在设计空调显示盒按键时也碰到过类似问题，那时候主要是凭经验改模。

作者: zb0575 时间: 2007-3-17 09:09
精华啊~ 经验就是这样来滴

作者: sffidtf 时间: 2007-3-17 09:22
好东西啊，
真正生产设计里能用得上的啊。

作者: blck 时间: 2007-3-18 11:44
太有用了，完整的一个思路方法，谢谢

作者: michaelidea 时间: 2007-3-18 15:13
基本可以,但按键的设计还有很多选择.多谢LZ

作者: lmohd 时间: 2007-3-23 10:38
基本上此设计方案还是可行，但有改进的地方，1、按键的细骨应当再小一些，最多0.81X1.0MM，这些细骨其实可以用S形会更好一些，2、看这些按键下面间空应当很大，若想手感很好，不怕成本加高，可以在下面加RUBBER一件，这样手感会很好

作者: i248735227 时间: 2007-3-23 13:06
好帖！顶

作者: 5233jxy 时间: 2007-3-28 08:14
顶
学习中

作者: zhomy2002 时间: 2007-3-28 08:23
佩服

作者: songhongcat 时间: 2007-3-29 08:41
这种好东西应该拿出来分享,谢谢楼主

作者: lcd198311 时间: 2007-3-30 17:47
标题: OK
OK

作者: sundy0125 时间: 2007-3-31 12:50
看到楼主的分析,觉得我知道的太少了.
感谢!

作者: 飘竹石 时间: 2007-3-31 15:25

原帖由 lmohd 于 2007-3-23 10:38 发表
基本上此设计方案还是可行，但有改进的地方，1、按键的细骨应当再小一些，最多0.81X1.0MM，这些细骨其实可以用S形会更好一些，2、看这些按键下面间空应当很大，若想手感很好，不怕成本加高，可以在下面加RUBBER一 ...

S形？你在什么地方使用过，我想到市场上看看，使用的是什么材料？使用在多大的模具上，我想跑胶会有问题的。

作者: wwengui 时间: 2007-4-1 15:58

原帖由 cbrmbz75 于 2007-1-24 19:46 发表

平时肯定没好好看帮助，帮助看完了你就觉得我这个案例是小菜一碟

平时肯定没好好看帮助，帮助看完了你就觉得我这个案例是小菜一碟

作者: wangzonghe 时间: 2007-4-5 15:31
很实用的经验分享，谢谢！

作者: liuchunbin 时间: 2007-4-5 15:57
狂顶楼主

作者: wabc1234 时间: 2007-4-6 11:12
一般，这样修改装好后可能会不平，歪斜

作者: ydmj 时间: 2007-4-11 10:22
hao
典型例题

作者: 想得到 时间: 2007-4-12 23:56
菜鸟开眼界了,非常有用的实际东东,
活到老,学到老呀,

作者: xiyou123 时间: 2007-4-15 22:05
强!可惜不太懂,好好学学!

作者: zb80397 时间: 2007-4-16 00:44
这个有够厉害的，感谢楼主

作者: 40531338 时间: 2007-4-22 19:11
标题: 我的观点
首先声明,我不是设计手机按键的,也不是设计手机相关结构的.但从机械结构的角度,我的看法如下:
1,原设计方案除圆角未加造成应力集中外,没有什么大的问题,总体感觉更为合理;联动确实可能,但如果热融接将位置定死的话,是不会有联动的问题的.
2,改良方案成为悬臂式结构,如已有留言所说,各按键之间平面度会有问题.即使开始是OK的,以后应该会慢慢出现.但是对于防止联动的想法,确实优于原设计方案
3,如果把ABS换成PP料的话,不需要做任何变更可保证按键寿命,手感也不错.

作者: 40531338 时间: 2007-4-22 19:33

原帖由 lmohd 于 2007-3-23 10:38 发表
基本上此设计方案还是可行，但有改进的地方，1、按键的细骨应当再小一些，最多0.81X1.0MM，这些细骨其实可以用S形会更好一些，2、看这些按键下面间空应当很大，若想手感很好，不怕成本加高，可以在下面加RUBBER一 ...

感觉这位仁兄所言有理,应该是很有经验的.

作者: 默涵 时间: 2007-4-22 20:50
楼主真厉害

作者: ilovefever 时间: 2007-4-27 09:41
标题: 我谈谈我的看法。
我觉得该结构的改善没有什么，按键与PCB一体化这虽然带来了很多不便，但这也是局部装配总成的趋势。改善后所使用的是老结构，删除下侧的熔点以后成为不稳定结构。幸好楼主用了限位强制定死法。改改善结构对产品设计及调试没有借鉴意义。楼主遇见到了开模会有问题，不能直接在产品上去除。但后续人为去除给产品的不良隐患很大，人为因素起的作用会很大，不良产生会很多。不够实际仅凭CAE结果说话是没有说服力的。

作者: ilovefever 时间: 2007-4-27 09:56
这不象手机，应该是DVD，TV之类。

作者: cbrmbz75 时间: 2007-4-27 12:27

原帖由 ilovefever 于 2007-4-27 09:41 发表
我觉得该结构的改善没有什么，按键与PCB一体化这虽然带来了很多不便，但这也是局部装配总成的趋势。改善后所使用的是老结构，删除下侧的熔点以后成为不稳定结构。幸好楼主用了限位强制定死法。改改善结构对产品设 ...

多谢指点。可能ilovefever还没看到此贴所说的背景，如果可以全新设计当然不用这种结构，
我在这里阐述的是：产品已经开发并且模具都弄出来的情况下如何用科学的手段把损失、成本
和风险降到最低。从你说的删除下侧的熔点以后成为不稳定结构。幸好楼主用了限位强制定死法。
看得出你在设计中很有经验，一针见血

作者: vkmq1896 时间: 2007-5-6 10:45
标题: 力度分析
请问如何进行力度分析。之前从来没做过。虚心请教！QQ 136725298

作者: lytoonbahuzi 时间: 2007-5-20 17:41
我是作平面设计的,第一次了解,算是开眼界了!

作者: 668gjh 时间: 2007-5-20 22:19
好贴！

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