鼠标的设计过程(转载）

gramwin

从别的网站上看到的。转过来给大家看，原作者：lihuaping 。如有越权，请短信告知便处理。

一. ID审核:
ID的审核主要涉及到两个方面,一是功能,二是尺寸.
1. 功能的审核:
拿到ID后,我们必须先要清楚它要实现的功能有哪些,而要实现这些功能ID是否有做出来,或者说ID的设计是否能够让结构工程师通过结构设计合理的表现出来.那我们第一个需要知道的就是该鼠标用的是什么方案,是要用安捷伦的IC还是要用韩国的IC,是有线还是无线,是普通功能的还是特殊功能的,等等.了解这些后,接下来对尺寸的审核就方便多了.
2. 尺寸的审核:
这里说到的尺寸当然就是外形尺寸长,宽,高和拔模斜度了.先说外形尺寸,我们可以通过在草绘里大概的堆叠一下,再估算是否够空间摆下所有的零件.先把PCB的位置定下来, 根据所采用的IC来确定PCB的高度位置.再把IC,WHEEL,RUBBER,SWITCH,ENCODER,LED(如果是WIRELESS的话还要把BATTERY摆上去)等等重要的大零件摆上去,看这些零件是否都能摆得下而不会与外壳发生干涉,当然这些零件有的规格有很多种,但不管怎样搭配都只要能实现功能而又可以摆放得下,而且对之后的设计有长胶的空间.如果外形尺寸刚刚好,一点剩余的空间都没有,那劝你千万要放弃,因为还不知道以后会发生什么,就是说要为以后的修模留一点退路,更何况现在只是大概估算而以,还没有按十分正确的尺寸和合理的设计摆设这些零件,不然的话会死得很惨,不但前功尽弃,而且会造成无法挽回的损失.再说拔模斜度,拔模斜度要先对结构进行划分,鼠标的结构不外乎就是上盖,下盖,按键,中柱,侧盖,背盖,侧键,电池盖等等（如下图所示）,功能越多,相应的结构就越复杂,零部件也就越多.为了考虑成本,零部件的划分越少越好,这样可以减少模具的数量,但是如果外形比较复杂的话,又要考虑到是否能够脱模,是否对模具的设计要求比较高,是否造成模具结构的复杂化,也许开一套既带斜顶又带滑块的跳板模比开两套普普通通的三板模造价还要高,或者说实在无法简单化的话,就请ID做一下修改(当然不能够改动太大或者说要客人能够接受).当所有的塑胶件脱模成型都没问题后,ID也就通过了.



二. 结构设计:
1. 外形拆分
根据前面的分析,我们对外形进行上盖,下盖,按键等等的拆分.第一个拆分时要注意ID的美工缝,有美工缝的两个相邻部件一般不要做在一起,特别是按键和上盖,按键是要能够活动的,而上盖一般是用来与下盖固定在一起形成整个鼠标的外壳,也是用来固定其他零部件的最好的基座.按键也是大多数是固定在上盖上的,前端悬空后端
固定在上盖上形成悬臂梁（如下图１和图２）.也就是说第一是按美工缝来进行拆分;第二个就是要考虑到后处理,如喷油不一样,那就更不能做在一起了,又如一个要做透明,而另一个又不用做透明等,当然,有时候还是可能做在一起的,这就要靠你去仔细的分析,能够避免那些工序无法实现,如下图３,上盖和侧盖做在一起,要是喷油不一样的话,那就做一个制具,如果一个要透明一个不透明那就先射出透明,然后对要求不进行透明的地方进行喷油,但是这还是有一定的局限性,因为有些颜色要喷底漆才能达到效果,或者说要与塑胶件本身的颜色做搭配才能达到那种效果.也就是说第二个是按客人所要求的后处理进行拆分;第三个拆分时要注意功能的实现,该部件中是否有特殊的功能需要实现,如WIRELESS-MOUSE有的把低电压指示做在中柱上,那中柱上就要有一块区域是要做透明的，当然我们也可以把中柱做成透明的然后再通过喷油把不需要透光的地方遮住，但那未必会增加工序，对生产带来麻烦．故我们必须把透光这一块拆分出来成为另一个部件（下图４也是一样的道理）．也就是说第三个是按功能来进行拆分的；第四个拆分时要注意材质的特性，鼠标上除了最常用到的塑胶外，还有五金，橡胶等也经常会用到．当我们的客人要求侧面握起来要手感既柔软又舒适时，那我们的侧盖和上盖（或下盖）就不能做在一起，因为它们两者之间不能用一种材质来实现所需的功能，上盖（或下盖）要坚固，侧盖要柔软，我们不可能找到这样的材质，那么这两个就需要拆分，一个用plastic做，一个用rubber做（如下图５）．至于要怎么结合再一起那就是以后生产的事了，现在科技发达了，双料注射模，IMD等高科技的发展几乎能够无所不能，但是其成本还是很高，对并不算高科技产品的鼠标来说这种技术还是用得特别特别少，当然也有追求高档货的厂家有使用过，如Microsoft和Logitech就有设计过这样的鼠标．第四个是按材质来进行拆分的．大概按这四点来拆分就不会有错了．当然拆分出来的零部件是既能够脱模又能够实现功能．





2．PCB板的推叠
我们还是按先前所说的先定位好PCB板，PCB板Ｚ方向的定位可以根据IC的要求来做，安捷伦的ＩＣ表面到脚垫表面也就是到桌面的距离是7.45mm.如下图所示：



韩国的ＩＣ表面到脚垫表面也就是到桌面的距离是7.35mm．如下图所示：



PCB板的厚度一般做成1.6mm，除非空间实在有限才做成1.0mm．Ｚ方向定位好后再做出PCB板的长和宽，长和宽要做得既能够摆下所有的电子零件又能够和上下盖等塑胶壳没有干涉，Layout 方面就更加不用说了，如果不好Layout，会被电子工程师埋怨死．所以PCB板的尺寸设计也非常的仔细，各电子零件的定位也要合理．通常孔边到板边的最小距离不能小于1mm，以免板边强度不够断裂；PCB板的外形不要太复杂，以免模具太复杂不好加工；PCB板与外壳的装配间隙最少保留单边0.5mm以上，以免不好组装，如果cable要从上面绕到下面的话还要留出走线的空间；要先想好PCB板定位限位的方式，要有这些定位限位的空间．这些都是需要在PCB板定外形尺寸时需要注意到的地方．这里为什么不先把IC组装好后再来定PCB的位置呢？原因是IC相对来说外形尺寸比较小，而还有比IC更大的零件，如lens,clip等，当IC的位置定死后，这些零件的位置也就定死了，假如空间不够，与外壳发生干涉，那到后面再来修改就比较麻烦了，所以我们先不考虑IC的组装．还有一个必须要注意的就是：如果wireless-mouse的话，一定要先把battery组装上去，因为对一个尺寸并不是很大的鼠标来说电池（有的用两节也有的用一节的）所占的空间也不小，有电池的地方就不能有PCB板了，当然也可以让电池放在PCB板上面（电池盖设计在上面的时候），但是这样的话PCB板有用的空间也很有限，反而浪费了材料，这时如果电子还嫌空间太小的话，就再在电池上方或者下方加一块PCB，这样就有两块PCB了，有的人说为什么不用双面板呢？当然是可以用的，只不过是权衡两者之间的成本问题罢了．PCB板的位置和长宽都定好了之后，我们就来摆放其他的电子零件了，左右switch的摆放要注意两个问题，一个就是要摆放在按键的中心线上，也就是说手指按上去着力点所在的中心线上,如下左图中红线所示：



另一个就是要差不多与rubber的四分之一处平齐，如上右图中蓝线所示．当然这两条都不是绝对的，大概就行了，因为越靠近手感会越好．Switch有很多种规格，要采用哪种规格要看它的参数是否符合我们的设计要求，因为有的形状不一样，体形有长方形的有正方形的，有高的有矮的，触点有一字形的，也有十字形的，还有圆形的等等；回弹力也不一样，有的70gf，有的90gf，有的120gf等．根据需要选择后组装上去，还要满足下面这个条件，switch最高点到按键最外表面的法向距离要≥按键的最小肉厚＋switch的行程＋预留值，这里取按键的最小肉厚为0.8mm（太小难以成型和喷油后有色差），switch的行程为0.35mm，预留值为0.4mm，套入公式得出这个距离必须大于等于1.55mm．如果比这个数要小得多的话，建议改用矮一点的switch，如果比这个数稍微小一点点的话，建议switch往后或往中间移一点．Encoder的组装和选配与rubber和wheel有直接的关联，目前encoder是按高度来分类的，常用的有5mm,7mm,9mm,11mm,13mm等几种，这个高度指的是encoder铁脚与PCB板表面接触的那个面到六角孔中心的高度值，我们可以先把rubber的直径定和中心点下来，中心点到PCB板上表面的距离也就决定了encoder的高度，它们是相等的，但是rubber的直径太大会与下盖底面磨擦，大小露出外面的部分又过于太少，和手指接触面太少就会不好滚动．定好encoder的高度后就定Ｘ，Ｙ方向的位置了，因为我们的switch都比较靠近rubber，所以首要条件是不能和switch发生干涉，如果一定会发生干涉，则把rubber的直径加大一点，中心相应往后移和往下移．Encoder中心轴线方向的定位，除了不与switch和外壳发生干涉外，还要注意距离rubber中心平面的尺寸不能太小，因为wheel是一头插入encoder另一头悬浮在中键switch触点表面，也就是说wheel也是一根悬臂梁，但是施于中键switch触点上面的力并不是刚好落在switch正上方，而是在wheel的中间，因为中键switch并不是装在wheel正底下的，所以根据力矩公式Ｍ＝Fd得知力臂d越大，力矩也就越大．所以我们应让encoder到rubber中心平面的尺寸更大些．同样的道理, encoder最高点到按键最外表面的法向距离要≥按键的最小肉厚＋switch的行程＋预留值,当然如果encoder不是在按键下面,那这个条件就不成立了.中键switch根据wheel中心到PCB板表面的距离来定高度,此switch的回弹力尽量选择小一点的.如下图所示:



接下来是组装IC和lens,IC的组装一定要考虑 lens,因为IC的位置定下来后,lens的位置也就相应的定下来了,一般这两个是IC厂商配套来的,还要注意lens的后面还有一个led灯,led灯一般用直径5mm的红灯,其长度有9mm,加上弯脚的最小长度3mm总长12mm.此三者的中心线在同一个平面并与PCB板垂直,不管它们是横放还是竖放,三者之一都不能与其他部件发生干涉.至此,wire-mouse的主要电子部件就算组装好了,wireless-mouse的话还有电池和弹片需要组装,电池的组装需要考虑的是要方便电池槽的设计和电池弹片的组装.如果是带有特殊功能的mouse,如指纹鼠标,则应把指纹模块装好;如麦克风鼠标,则应把麦克风头装好;这些大的电子部件都需事先确定好位置,如果空间很小的话,比较大的电容,电阻,电感,三极管,晶振也需跟电子工程师一起确定好其位置.

2.外壳的设计
个人认为外壳的设计需在零件与装配中同时进行,先生成基本的形状,再来长柱子长筋长卡勾等等.
胶位: 一般取2.0mm,如果鼠标尺寸很小,胶位也可以适当的减小到1.6mm,如果尺寸很大,胶位也应相应的加大到2.5mm至3.0mm,胶位的取值应考虑到塑胶件的强度,成型的难易度.
美工缝: 上下盖之间的美工缝一般取0.5mm,按键前端与下盖前端最少要留1.0mm的美工缝,因为这里要考虑switch的行程,后面逐渐变小到0.5mm.按键与上盖的美工缝取0.5mm,与中柱的美工缝可以取0.5-0.8mm之间,主要是怕太小了喷漆后会发生摩擦,这样就会影响按键的手感,同时也会磨掉中柱上面的油漆,造成外观不良.rubber与中柱或上盖之间的美工缝,前后取0.8-1.0mm,左右取0.5mm,因为rubber与wheel是过盈配合,过盈量等于rubber组装后外径的膨胀量.如果鼠标中键带左右摆功能的话,那么rubber与中柱的左右美工缝就应该更大,此时应该是普通鼠标的间隙值加上摇摆量.以下为美工缝的设计图:





按键:按键做为一根悬臂梁,固定端也就是尾端不管是用卡勾来卡住还是用螺丝来锁住,都应该尽量离switch的触点远一点,尾端固定还不行,中间还得有一个支撑点,这个点应该也要靠近尾端一点,按键的支点也会设置在这个点的附近,所以这一点是至关重要的.按键的形状因外观而变得五花八门,有平的,有斜的,平的自然好说,又斜又凹的话就麻烦了,凹的强度要大一些,很难产生变形,这势必影响按键的弹力,即使开槽偷胶弹力也不会降低多少,所以这个支点的位置变得更加的重要,最好是在ID设计时就应该考虑到这个潜在的危险.按键也有左右键在一起的和左右键分开的,不论哪一种前端都应该分开,就像一个树叉一样,V点离switch的触点越远越好,如下图所示.为了减小按键本身的回弹力,我们通常在支点前面区域做弧形偷胶,如下图所示,最小胶位要保证无成型困难,一般设为0.8mm.按键前端应该设计出左右限位,避免按键与上盖的美工缝出现不均匀的现象.可以通过在按键上设计限位筋或限位柱的方式来实现.按键前端还应该设计出上限位,也可通过设计公母卡勾的方式实现.因按键的结构比较简单,加上在支点附近又要偷胶,在射出后和喷漆烘烤后未免会出现变形的现象,有的往下趴,这对按键的弹力影响很大,造成左右弹力不一致,或者造成死键无弹力,为防范于未然,我们在按键的前端加一条股位,等喷漆这道工序过后,在组装按键时再把它剪掉.如下图所示:



按键的触点可根据switch的触点形状来进行设计,如果是圆形的switch触点,则建议设计成十字形的;如果是一字形的switch触点,则建议设计成一字形的或者设计成方形卡勾状.一字形要注意方向,与switch一字形触点要错开,方形卡勾状因模具要做斜顶,固模具成本会增加,同时接触面不能做在斜顶上,不然尺寸难以控制; 如果是十字形的switch触点,则建议设计成方形卡勾状.
上盖:上盖要承起支撑按键的作用,其结构也就相对复杂一些.所以上盖的设计也颇为重要,结构的设计一定要考虑强度,不然组装后对按键的弹力影响实在是非同小可.因按键的活动都在前端,故上盖的前端应该给按键留出此空间,按行程来算,上盖下表面与上盖上表面之间的空隙应该保持在1.0mm以上,这一空隙范围从前端一直到按键的支点处为止.按键与上盖的组装可以通过卡勾或者锁螺丝的方式来固定,不管采用何种方式固定都应该考虑落下试验时按键不会轻易的摔脱出来,同时也要考虑好装好拆.上盖与下盖之间的组装也可以通过卡勾或者锁螺丝的方式来固定,通常是两者结合的方式,即前端用卡勾卡住后端用螺丝锁住.但也要考虑在落下试验的过程中卡勾不能断裂而导致上盖蹦出来,也不能因定位不够而引起上盖局部拱起,但如果按键的形状是半圆状的,为减轻手感,按键与上盖的组装尽量不要用螺丝来锁,好让按键在按下时尾端有一轻微的带动以减轻手感.大多数PCB板都是装在下盖上,但为了防止其发生变形,移位,在上盖上应该设计一些压PCB板的股位或者是柱子,其位置要与下盖支撑PCB板的股位错开.因各处电子元件的大小高低不一样,为了避免与这些零件发生干涉,上盖上就要做偷胶让位或者插穿,为了考虑上盖整体的强度,插穿孔尽量少一些.插穿部位尽量避开美工缝位置,这样在做ESD(静电)试验时才不会被打死.
下盖:下盖也是鼠标中重要的部件之一,它承载起鼠标中所有的部件,它的设计也是决定鼠标线性好坏的重要因素之一.先把基本形状做出来再做其他的股位和柱子等.上盖和下盖的美工缝通过阶梯配合来实现,阶梯的设计一般是下包上.为了防止上下盖组装后出现段差,下盖四周一定要设计加强筋加强,或者把加强筋做高与下盖的边缘形成卡槽卡住上盖,这样即可避免下盖因强度不足而变形往外张.wheel固定支架一般比较高,而它的形状又只是两条筋一样的,它的做用是限制wheel前后摆动,让中键有更好的手感.支架如果胶位太薄会造成成型困难和强度不足wheel容易左右摆动,故胶位建议取下盖平均肉厚的0.6-0.75倍,这样强度够了也不会有缩水的后顾之忧,支架高度建议U形槽能够包住wheel两边的圆柱即可.为了增加它的强度还可以在根部长两条小加强筋.U形槽与wheel的配合间隙建议单边取0.15mm,U形槽的深度则要求要大一些,取wheel两边圆柱的直径加0.5以上.支架与wheel轴肩的配合间隙建议取0.1mm,如果支架比较高,则考虑支架容易变形,此间隙可以取0.05mm.如下图所示:


LENS槽的设计要依据所用的LENS形状来定,LENS一般是标准件,只要向厂商买即可,其共用性也比较高,有的LENS是跟IC一起配套来的,像安捷伦的IC,有几种就指定了专用LENS,镭射IC用的LENS和普通光学IC用的LENS大不相同,光学LENS又有好几种,见下图:



根据LENS的形状来设计下盖的LENS槽,最好是参照其IC规格书来设计LENS槽的尺寸.槽的深度以LENS不产生上下晃动,不顶高IC和PCB板为标准.透光孔的形状也因LENS形状的不同而各异,各设计厂商也为了追求更美观的LENS孔而设计得五花八门.这里就不再一一列出来了,只要有透光功能,LENS好装,不影响线性即可,没有什么特别要求.如果是有线鼠标的话我们还要有前端设计出线孔,为了好出模,出线孔分开设计,上盖一半下盖一半,大多数为圆形,下盖前端比较斜的话就做一个凸台,如果线材没有SR,为了在使用过程中划伤线材的PVC外被,出线孔边缘应进行适当的倒圆角.线材在下盖上的定位有SR的靠SR与SR槽来定位,无SR的就要设计挡线筋,挡线筋要设计三四条左右,分开两排并错开,这样线材装在挡线筋中间才牢固.不管是采用哪一种方式定位,线材都要能通过拉拔测试.如果是无线鼠标,就还得在下盖上设计电池槽(如果电池盖是装在上盖上的,那么就得在上盖设计电池槽),电池槽的设计要方便电池取出和装入,同时要考虑电池弹片弹簧的作业.这些重要的部分设计好之后再来设计加强筋,螺丝柱,卡勾等等,具体设计细则后面再讲.
侧盖:侧盖一般是做装饰用,只要设计得易于装配和够强度即可.也有在侧盖上做功能键热键的,如游戏鼠标,为了方便玩家,一般会在左右两侧做一个四向键或者两三个辅助功能键,不管结构如何复杂,只要易于成型易于组装功能能够实现即可.
电池盖:电池盖的设计要容易打开,落下试验时又不能轻易脱落.
Wheel:因其要通过10万次以上的滚动寿命测试,所以材质一般选择POM和PC.据是否要求导光功能又分为透明的和不透明的.wheel最重要的部分是和encoder配合的六角头部分,六角头边到边的尺寸一般做到1.72±0.03mm(如下图).



此尺寸太大,会造成中键弹力重,太小,会造成encoder掉格(即六角头打滑),甚至在滚动wheel的时候出现异音.六角头插入encoder的长度一般取1.9mm,六角头设计得不要太长,靠wheel的内侧做一小于六角头的圆柱,六角头外侧做成倒角,这样既可减轻中键的手感又方便组装.如上右图所示.在做模具时要严格要求模具的同轴度和同圆度要高,否则的话滚动rubber时会偏心,不但影响手感也影响美工缝.
Rubber:rubber套在wheel上,这样按中键的时候才舒适,硬度一般取50-60度,材质一般用橡胶或者硅胶.rubber外形一般做成圆形,外表面可做成不同样式的条纹.内表面则做成槽形套在wheel上,内表面与wheel外表面做成过盈配合,单边过盈量为0.2mm,这样才不会rubber滚动时与wheel产生打滑的现象.内圈槽边不要太高和太厚,高度和厚度都不要超过2mm,不然的话会很难组装.rubber尽量设计成左右两边对称.
现在来说PCB板的进一步设计,在PCB板堆叠的时候,PCB板的尺寸只是大概的确定而以,现在要进一步确定PCB板所有的结构,需要在PCB板上做出来的孔有switch,encoder,IC,led等电子原件的脚孔,后面来做这些孔的好处在于,当你需要对这些电子元件的位置稍做调整时,不会有什么后顾之忧(即它们下面没有什么子特征).这些电子元件的孔要多大才合适呢,一般供应商会在他们的产品目录上告知,你只要按他们给的尺寸来设计就不会有错.这里要大家注意的地方面是:线材孔距离IC一定要近,这样过安规就容易多了;lens长方形孔宽度做8.4mm就行了,没必要做到IC厂商所说的那么大的数值9.6mm,那样IC在插件的时候很容易陷下去,造成IC下平面到桌面的距离小于规定值,后续作业也会与lens发生干涉;led脚孔到长方形边的距离也尽量远一点,这样led好折脚.
PCB板都设计好了之后向电子工程师再一次确认没问题后即可出限高限位图,限高限位图一定要详细,什么地方限高多少,什么地方不能摆零件这些都要说清楚,并划分清楚.有在PCB板锁螺丝的地方,更应该标示清楚,此限位区域可放大一些,这些区域最好连铜皮都不要铺,以免时间久了螺丝头刮掉油漆造成短路.

三. 干涉检查:
干涉检查是设计的最后阶段,在组装图中不管是借助软件的功能还是人工手动的方
式都不能少了这一步.不管你多仔细都有看不到的地方或者是遗漏的地方.除了过盈配合的两个零件,不管是干涉的程度严不严重都需要进行处理,能做减胶避让的就减胶,能移位避让的就移一下位.干涉检查还分静态干涉检查和动态干涉检查,静态干涉检查是指在组装好的情况下进行的检查,动态干涉检查是指零件在运动的时候或是零件在组装过程中的干涉检查.静态干涉检查进行比较容易,动态干涉检查进行起来就比较麻烦,但也不能不做,我们可以用运动仿真模块进行运动仿真,这样不但可以看到运动时的状况还能发现干涉的地方.也可以在二维软件里面做,把所有要运动或要组装的零件定义成一个块,然后按其运动方式进行移动,或按其组装方式进行移动,这样即可看出干涉状况.当运动到某一个位置,它们之间的间隙变成最小时,还应及时检查这个间隙值,此时一定要把零件进行后处理后的尺寸考虑进去,看此间隙是否大于这些值的总和.

四. 手板验证:
理论设计搞好后就做手板进行进一步的设计验证.手板不仅让你能够看到鼠标功能的实现,还能让你进一步发现设计中存在的隐患.减少以后设变的次数.有现成的量产配件尽量用现成的,能用量产材料做的尽量要模型厂按量产材料来做,反正手板做得跟以后量产的产品越接近越好.电子方面也请电子工程师打板,并按正确的位置焊接电子元件.手板装好后主要检讨以下几个问题:1.功能是否达到;2.是否便于组装生产;3.塑胶件是否便于开模成型;4.塑胶件强度是否足够;5.各零件是否有发生干涉.

[ 本帖最后由 gramwin 于 2007-11-27 10:55 编辑 ]

飞龙

很好的资料，感谢兄弟提供分享！

薯仔lyx

谢了``

飞龙

建议图片最好是直接通过附件上传,这样可以避免因外部链接失效导致的图片无法显示!

太子

thank you for you share this info with us

kmcmmm

谢谢分享

ZFL

很好的资料

寒风泪

谢谢 分享好资料~~~~~

好几天没来，有多了不少好东东~~~~~~

fangyu--11

讲的很详细~谢谢分享

terry

好资料~~~~~