墻壁開關(guān)按鈕脫扣力影響因素分析

王 莎 郭德斌 查海林 王 震 詹 鋒

（寧波公牛電器有限公司 慈溪 315314）

引言

隨著墻壁開關(guān)行業(yè)不斷發(fā)展，開關(guān)產(chǎn)品不斷地更新迭代，不僅出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)、外觀，而且大板開關(guān)作為當(dāng)下主流的產(chǎn)品，其品質(zhì)也變得參差不齊，而開關(guān)按鈕脫扣力作為影響開關(guān)使用的重要參數(shù)指標(biāo)，也在潛移默化的發(fā)生著變化。

本文旨在通過對大板按鈕脫扣力進(jìn)行研究分析，找出影響按鈕脫扣力大小的因素，為以后墻壁開關(guān)按鈕設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

1 按鈕脫扣力簡介

在GB/T 2099.9-2008第十三章13.7[1]（開關(guān)類產(chǎn)品參考GB/T 16915.1-2014第十三章13.3[2]）的介紹中，規(guī)定了用以確保防觸電功能的蓋、蓋板或其零件應(yīng)在兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上用有效的固定件固定在正常位置上,其中13.3.2中對于不靠螺釘固定，且拆卸時(shí)，要朝幾乎垂直于安裝/支承表面的方向力才能拆卸的蓋、蓋板或起動元件，規(guī)定了相應(yīng)的力值范圍。在本文中，我們將這種拆卸時(shí)要朝幾乎垂直于安裝/支承表面的方向力成為按鈕脫扣力（這里的按鈕是一種泛指，它涵蓋了國標(biāo)中所描述的蓋和蓋板的定義，為了簡化描述方式，本文統(tǒng)一稱之為按鈕）。通過對普通用戶、專業(yè)用戶（電工、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師等）和特殊用戶（孩童等）進(jìn)行調(diào)研，得出最佳按鈕脫扣力值范圍為：10 ～45 N。

2 按鈕脫扣力影響因素分析

2.1 噴涂工藝對按鈕脫扣力的影響

墻壁開關(guān)中，介于開關(guān)產(chǎn)品的美觀性要求會經(jīng)常使用噴漆工藝對按鈕進(jìn)行噴漆美化，使其呈現(xiàn)不同的外觀顏色。

為判斷噴漆工藝對按鈕脫扣力的影響，在這里我們選取兩組產(chǎn)品（一組用噴漆按鈕的成品100件、另一組用無噴漆按鈕組裝的成品100件，其余條件保持相同），通過按鈕脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)（本文測試開關(guān)均用三位開關(guān)）的左中右按鈕單邊脫扣力進(jìn)行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖 1）。

圖1 噴漆與未噴漆所測脫扣力力值（實(shí)測）

通過測試可知噴漆按鈕的脫扣力較無噴漆按鈕的脫扣力大10 N左右，且脫扣力值浮動范圍也更大，更不穩(wěn)定。因此，為了保證最佳按鈕脫扣力值范圍為：10～45 N，需要控制無噴漆按鈕的脫扣力范圍在10 ～30 N之間。

2.2 PC材料差異性對按鈕脫扣力的影響

按鈕原材料由不同的材料組成，其中PC料作為生產(chǎn)按鈕的最主要原料，大面積使用，而PC料之間由于供應(yīng)商不同也存在著差異性。

為判斷材料的差異性對按鈕脫扣力的影響，在這里我們選取兩組產(chǎn)品（一組用杰事杰PC注成的按鈕組裝的成品100件、另一組用科思創(chuàng)PC注成的按鈕組裝的成品100件，其余條件保持相同），通過脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)的左中右按鈕單邊脫扣力進(jìn)行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖 2）。

圖2 不同PC料所測脫扣力力值情況（實(shí)測）

通過測試可知用杰事杰料比用科思創(chuàng)料按鈕脫扣力偏大一些，但總體變化不大，因此不同品牌的PC料對按鈕脫扣力影響不大。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對按鈕脫扣力的影響

2.3.1 扣位剛度對按鈕脫扣力的影響

通過CAE理論分析，確定扣位剛度的主要關(guān)鍵尺寸為肋筋厚度A、筋高差B、扣位筋高度C（如圖 3）。

圖3 影響按鈕扣位剛度關(guān)鍵尺寸

再運(yùn)用控制變量法確定A、B、C三處對按鈕脫扣力的影響程度，用CAE進(jìn)行模擬分析。

實(shí)驗(yàn)1：變量A分別取： 0.3 mm、0.6 mm、0.9 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變（B取1 mm，C取4.3 mm）。

實(shí)驗(yàn)2：變量B分別取：1 mm、0.7 mm、0.4 mm、0.1 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變（A取0.6 mm，C取4.3 mm）。

實(shí)驗(yàn)3：變量C分別取：4.3 mm、3.9 mm、3.5 mm、3.1 mm四組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變（A取0.6 mm，B取1 mm）。

得到CAE分析數(shù)據(jù)（如圖 4），其中通過圖4可知對扣位剛度影響最敏感的是肋筋厚度A，以此作為后續(xù)分析的主要數(shù)據(jù)。為保證按鈕脫扣力的最佳范圍值，無噴漆按鈕的脫扣力范圍需保證在在10 N～30 N之間，從圖4的“CAE分析：B變化”圖中可知B值在0.1～1 mm范圍內(nèi)，數(shù)值越小所需脫扣力值越大，當(dāng)B取1 mm時(shí)，所需力值已接近30 N，因此筋高差B取1 mm為最佳。扣位筋高度C對按鈕脫扣力影響較小，且C取值受外觀影響較大，根據(jù)產(chǎn)品策劃情況而定，暫不做分析。

圖4 實(shí)驗(yàn)1.2.3力值情況（CAE分析）

根據(jù)上述分析肋筋厚度A對按鈕脫扣力的影響較大，對其進(jìn)行實(shí)測分析，變量A分別取： 0.3 mm、0.6 mm、0.9 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，每組100個(gè)三位開關(guān)成品。通過脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)的左中右按鈕單邊脫扣力進(jìn)行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖5）。

圖5 變量A力值情況（實(shí)測）

通過實(shí)測可知，A取0.6mm時(shí)，脫扣力最符合設(shè)計(jì)需求。

2.3.2 按鈕整體剛度對按鈕脫扣力的影響

按鈕整體剛度主要由按鈕主壁厚尺寸決定，通過控制變量法調(diào)整主壁厚分別為：1.6 mm、2.0 mm、2.4 mm三種方案（如圖6）進(jìn)行CAE理論分析，得到分析數(shù)據(jù)：

圖6 三種方案示意圖

壁厚1.6 mm時(shí)，脫扣力力值14.3 N；

壁厚2.0 mm時(shí)，脫扣力力值14.7 N；

壁厚2.4 mm時(shí)，脫扣力力值14.8 N。

通過CAE分析可知，按鈕整體剛度對脫扣力的影響不明顯，再對其進(jìn)行實(shí)測分析，變量主壁厚分別取：1.6 mm、2.0 mm、2.4 mm三組，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，每組100個(gè)三位開關(guān)成品。通過脫扣力檢測設(shè)備對三位開關(guān)的左中右按鈕單邊脫扣力進(jìn)行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖7）。

圖7 按鈕主壁厚對脫扣力的影響（實(shí)測）

通過實(shí)測再次驗(yàn)證按鈕主壁厚對脫扣力的影響不明顯，其中綜合考慮注塑縮水、變形，按鈕的主壁厚設(shè)計(jì)在1.8～2.2 mm之間最佳。

2.3.3 增加支撐筋對按鈕脫扣力的影響

通過增加支撐筋的方式查看是否對按鈕脫扣力有影響，本文選擇在按鈕主要部位按鈕扣位中間增加一條支撐筋（如圖8）與不加筋情況進(jìn)行對比分析。（其中灰色支撐筋加高至白色定位面）

圖8 按鈕加支撐筋示意圖

實(shí)驗(yàn)設(shè)置變量：有支撐筋、無支撐筋兩種情況，各取100件三位開關(guān)，用脫扣力檢測設(shè)備進(jìn)行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖9）。

圖9 加支撐筋對脫扣力的影響（實(shí)測）

通過實(shí)測可知增加支撐筋對脫扣力影響不明顯，考慮到生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，選擇無支撐筋更合適。

2.3.4 卡扣位方向改變對按鈕脫扣力的影響

通過卡扣位結(jié)構(gòu)方向的改變來查看是否對按鈕脫扣力有影響，本文選擇內(nèi)外扣兩種方式（如圖10）進(jìn)行對比分析。并且選取2種方式的壁厚D和筋寬E（如圖10）分別為：1.6 / 0.3、2.0 / 0.3、2.4 / 0.3、2.4 / 0.3網(wǎng)格筋、1.6 / 0.6、1.6 / 0.9。對這六種方案進(jìn)行實(shí)測分析。12種情況的按鈕組裝的成品各取100件三位開關(guān)，用脫扣力檢測設(shè)備進(jìn)行力值檢測，得到測試數(shù)據(jù)（如圖11）。

圖10 內(nèi)外扣方式示意圖

圖11 內(nèi)外扣脫扣力最大與最小值差值對比

通過數(shù)據(jù)可知外扣的脫扣力數(shù)值相對內(nèi)扣脫扣力數(shù)值更為穩(wěn)定，但實(shí)驗(yàn)過程中外扣在脫扣時(shí)有明顯的卡頓現(xiàn)象。

3 結(jié)論

本文首先通過對按鈕脫扣力進(jìn)行定義，并查詢現(xiàn)有文獻(xiàn)結(jié)合用戶調(diào)研得出最佳按鈕脫扣力范圍。之后再結(jié)合實(shí)際情況對可能影響按鈕脫扣力的因素（油漆工藝、PC料差異、結(jié)構(gòu)方面：扣位剛度/按鈕主壁厚/支撐筋/扣位方向）進(jìn)行具體分析檢測，得出相應(yīng)結(jié)論，給后續(xù)按鈕設(shè)計(jì)提供改進(jìn)方向，起設(shè)計(jì)指導(dǎo)作用。