摘要：针对电子电气产品的特点，阐述了其机械结构部分的设计思路与方法。为提高和改善产品的电气性能，在结构设计上所采取的措施。
关键词：机械结构；尺寸链；防护等级；电磁兼容；工艺
电子电气产品机械结构的设计是产品设计的重要组成部分，机柜、机箱、仪器仪表外壳等都属机械结构范畴。产品的结构为电气部分提供安装、支撑、联结、传动、连锁、定位、包容、防护、装饰、美化、指示等功能，为零部件、电气连接和元器件之间的兼容提供保证。它不但直接关系到电子电气产品性能的好坏，而且可以提高整机的性能，大大提高产品的附加值。
1.连体按键定位
连体按键和壳体采用定位套和定位柱定位，两者配合间隙单边0.1-0.25mm。为防止按键串动，从理论上此处设计应为紧配合，但是按键和壳体一般有两个以上定位结构，加工时很难做到完全对中，这样很容易导致按键装配不上或歪斜而影响按键手感，因此此处一定设计成间隙配合，并根据加工精度和定位柱数量调整间隙大小。连体按键的定位结构一般设计在容易产生联动的两按键悬臂交汇点，同时按键定位套分别顶在PCB和壳体上，这样既防止按键联动又防止因壳体变形而引起的按键被夹紧使手感僵硬的问题。设计中尽量不采用螺钉或热熔方式把按键和壳体固定成一体，否则容易导致按键歪斜而影响按键手感和外观。外壳与PCB之间的固定柱尽量远离按键悬臂，如果无法避免，此处螺钉不能固定过紧，否则将会造成死键或手感僵硬。
2.按键与周边件的设计间隙
2.1按键触点柱与触动开关设计间隙
小B键和锅仔片是电子产品常用的轻触开关。实际生产中小B键通常不能完全落地，与PCB板间通常存在0-0.2mm间隙，为保证较好的手感按动效果，按键触点柱距小B键顶面间隙设计为0.5-0.8mm。锅仔片采用透明双面胶粘在PCB板上，底面与PCB板贴平，顶面与按键触点柱间隙设计为0.3-0.5mm。
2.2按键与壳体设计间隙
不进行表面后处理的按键与壳体，单边间隙0.15-0.25mm，后续或有喷油或电镀，单边间隙0.2-0.4mm，在外观要求不严格情况下，间隙值尽量靠上限，这样按键稍有变形或歪斜也不容易卡键，按键最高处露出壳体约1-1.2mm，壳体的按键孔碰穿面宜设计在孔内，不能设计在外表面，否则后续容易出现飞边造成卡键，按键孔碰穿面距上端面大于按键行程，这样既保证按键正常使用，又避免按键周圈间隙过大而影响美观。
3.电子产品结构常见的弊端
3.1稳固性的缺陷
电子产品是一种非常精密的仪器，在运输过程中如果电子产品的稳固性不够，或者受到严重的外力重击，将会使电子产品功能损坏或者坏壳损坏。从消费者投诉中可以了解到由于产品因为运输遭到损坏是电子产品类投诉的热点，它的数量仅次于电子产品性能质量的投诉。
3.2屏弊层的缺陷
电子产品在运行时，将会产生电磁效应，如果外壳的屏幕层绝缘效果不佳，将会使电子产品出现漏电现象。比如前段时间出现一名护士在手机充电时使用手机触电身亡的事件，这就是电子产品屏弊层出现问题引起的事故。同时电子产品运行时会与其它的电磁产品互相产生电子感应，它会使电子产品出现功能型的损坏。
3.3元器件的问题
电子产品常常要使用各种元器件，比如电子产品会使用液晶手触屏、键盘等操作设备。如果元器件的质量出现问题，则会影响人们对电子产品的评价。比如苹果手机及IPAD之所以被人们追捧，其中重要的原因是苹果产品使用优秀的元器件。人们使用苹果手机的触屏感情与使用国产手机的触屏感觉会有完全不同的体验。
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3.4外观上的问题
如果电子产品的结构设计外观美感，人们看到电子产品内心会产生愉悦的感觉，内心会喜欢该电子产品，反之，如果结构设计的外观不合理，人们看到该类产品，内心就不会对它产生感。比如目前人们对国内的平板电脑评价不价，其中的原因之一是国产的许多平板电脑外观设计给人的感觉是：傻、大、黑、粗，人们喜欢外观优雅、线条流畅、品味独特的电子产品。
4.电磁兼容方面的要求
电磁兼容就是在有限的空间、时间和频谱资源下，各种设备或系统可以共存而不致性能失效或不允许的降级。电磁兼容（EMC）包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两个方面，EMS主要研究产品自身抗干扰能力，EMI主要研究产品免受电磁干扰所采取的措施。电磁干扰必须具备三个要素：首先是要有电磁骚扰源；其次是有电磁敏感设备；再次要有电磁传播通道。所以，要解决EMI问题就要从以上三个因素入手，抑制干扰源，切断传播途径，提高敏感设备的抗干扰能力。
4.1接地电阻
系统的接地电阻要小，一般要求小于0.0lf。搭接就是在两个金属面之间建立低阻抗通路，搭接后的两金属面变成为等电位面，这样便实现电路与机壳或电路与接地系统的连接。实现搭接的办法有压配连接、铆接、螺钉攻丝连接、焊接等，其中螺钉连接比较方便，但不可靠，因为螺钉在配合件中因震动使面接触变为线接触，另外，由于电蚀和高频电流的趋肤效应，使得辐射电流沿着螺钉的螺旋线流动，这样，它在很大程度上呈现电感性。所有的连接中焊接最为可靠。不管如何搭接，要求接触面无漆塑，无氧化膜，接触面接触良好，接触电阻要小。
4.2结构材料的选择
根据干扰电磁波的频率合理选择材料。对低频电磁干扰的屏蔽效能主要取决于反射损耗，选材上要选反射损耗大的金属，如铜、铝、镍等低电阻、高导电率材料；对于高频电磁干扰主要取决于吸收损耗，屏蔽材料应选低磁阻、高导磁率、高导热材料；对于塑料壳体要在其壁上喷屏蔽层或镀金属膜，或者在塑料材料中加入金属纤维；对于要求较高的壳体要在其内壁喷涂氧化锆、氧化钴、铁氧体复合吸波材料，或者喷涂雷达吸波材料、军用战机隐形材料。
4.3工艺性要求
工艺就是把原材料、半成品变成产品的手段和过程，它是实践经验的理论化。任何产品都要考虑其工艺的可行性，市场效益和经济性。作为电子电气产品的结构部分，它也可作为一个独立的产品进行研发、生产和销售。目前，有很多厂家把机柜、机箱、仪器仪表外壳作为自己的产品研发、生产和销售。这样就要考虑其加工装配难易程度，外购、外协的可行性，还要考虑结构的标准化、通用化、系列化和结构的继承性，并根据厂里的设备状况和实际加工水平制订相应的工艺文件。
4.4选用优质的元器件
电子产品通常是由于多种元器件拼装而成，如果元器件本身的质量出现问题，则电子产品的结构也将出现问题，因此要保证电子产品的结构能满足人们的需求就必须慎重选择元器件。它包含：要使用优质的元器件原材料，使元器件的每件产品都能符合人们的需求；元器件必须适合拼装，如果元器件不能紧密结合，则它的产品结构容易出现问题；元器件必须耐冲击，否则产品会在运输过程中或者使用过程中出现问题。
结论
电气产品机械结构优化设计是在系统优化的概念上发展而来的新学科，其目的是在考虑节省材料、简化工艺流程的基础上实现产品的形态结构以及功能创新。
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[4]安军.范劲松.形式追随材料——材料在产品设计中的应用[J].包装工程，2005（05）
论文作者:田凯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/21
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