多点硅胶按键优化设计及其贴组关系分析

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多点硅胶按键在电子产品中的应用非常广泛,由于其不规则和大体积的结构,使其需要人工组装,造成低组装效率、高组装成本的情况,并且其维修不便。针对这些问题,本文结合表面组装技术对多点硅胶按键结构进行优化设计,根据按键结构设计了相应吸嘴结构,并利用Ansys有限元仿真研究了按键结构参数对按键按压性能和组装性能的影响,分析了不同结构吸嘴的吸取性能。研究的主要内容如下:(1)针对目前插装式硅胶按键阶梯柱引脚结构组装不便、使用不稳定的问题设计了一种新的节点形式的引脚结构,新的结构更适合自动化组装并且更可靠。通过有限元仿真研究了不同节点结构对按键组装的影响。(2)结合硅胶按键设计理论设计了贴组式多点硅胶按键的整体结构,对不同按压结构参数的按键进行按压仿真分析,研究了不同参数对按压性能的影响效应。通过极差分析和方差分析得到了各参数影响的显著性,并对按压结构进行优化。(3)针对新的引脚结构设计了正交试验研究不同参数对按键与PCB贴组的影响。对不同参数的影响效应和各因素影响的显著性做了研究。(4)考虑贴组式多点硅胶按键吸嘴吸取问题,设计了新的合适的吸嘴结构。通过研究吸嘴吸取部位对按键轴向变形的影响确定了吸嘴的外形尺寸。设计了十种不同内部气道结构的吸嘴,通过流体仿真研究了不同结构吸嘴的吸取性能和流场效应。综合考虑,确定了吸嘴的最终结构。研究结果表明:按键引脚采用弧形节点结构贴组性能最优;考虑功能按键集成问题和自动化贴组设备对按键尺寸的要求设计了三连体的多点硅胶按键,按键斜壁采用了拱形结构。按压仿真表明,弹性斜壁与按压凸台连接处最容易损坏,弹性斜壁厚度对按压力影响最大,初始倾斜角度对按压手感影响最大。对按压结构进行优化,按压结构参数为α=15°、L=0.2317mm、S=2.3148mm时触感比可达59.8%。贴组过程仿真表明,节点最大过盈量对贴组性能影响最大,其余参数对贴组性能影响不显著,设计了引脚结构参考参数:节点最大过盈量=0.08mm,引脚孔直径d1=1mm,引导脚直径d2=1.4mm,节点高度h=1.2mm。对吸嘴采用不同位置吸取点进行吸取仿真,不同位置吸取点对按键轴向变形影响都很小,考虑到定位和变形影响最小,确定了以按键引脚孔正上方为吸取位置,由此可根据按键尺寸确定吸嘴外形尺寸。对于吸嘴内部结构,综合考虑流体仿真结果和吸嘴加工难度,选择各吸嘴孔单独采用圆形气道与吸嘴头连接的结构。
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