一、卡扣的含義

卡扣：也稱卡鉤、卡口、扣位，是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上常用的一種連接固定結(jié)構(gòu)，一般需要另一與之配合的零件實(shí)現(xiàn)連接效果，尤其在塑膠件上較為常見。

二、卡扣連接的優(yōu)缺點(diǎn)：

相對(duì)于其他連接方式，卡扣是一種比較經(jīng)濟(jì)、有效、簡(jiǎn)單便捷的塑膠連接方式，具體表現(xiàn)為：

經(jīng)濟(jì)性：塑膠卡扣可以在塑膠件上直接成型，裝配時(shí)無需其他緊鎖配件，如螺絲、螺母等，節(jié)約成本。

有效性：卡扣的連接強(qiáng)度可以滿足大部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在一些需要更高連接強(qiáng)度的產(chǎn)品中，卡扣可以作為一種輔助連接，如螺絲+卡扣。

簡(jiǎn)單便捷性：通過合理設(shè)計(jì)，卡扣連接可以實(shí)現(xiàn)快速裝配和拆卸，拆裝過程甚至可以無需輔助工具。

同時(shí)，卡扣連接也是一種可以對(duì)產(chǎn)品外觀的完整性保持良好的連接方式之一，特別是對(duì)外觀有高要求的消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，卡扣連接是應(yīng)用最廣泛的連接方式。

卡扣連接同樣也有些缺點(diǎn)：

模具成本高：除特別設(shè)計(jì)外（碰穿），卡扣在模具上成型一般需要設(shè)計(jì)斜頂或行位，這些模具結(jié)構(gòu)的數(shù)量會(huì)影響到整個(gè)模具的成本。

精度要求高：卡扣的配合精度要求高，模具上一般難保證一次性做到位，需兩到三次試模調(diào)配。

連接質(zhì)量不易評(píng)估：某些卡扣裝配連接后由于從外部看不到，無法有效判斷最終的連接狀態(tài)和效果，容易造成人為裝配不到位而使連接質(zhì)量打折扣。

連接強(qiáng)度不足：除非卡合量足夠，否則卡扣容易由于塑膠件變形而松脫，特別是在一些需要過跌落測(cè)試的產(chǎn)品，只設(shè)計(jì)卡扣連接一般滿足不了測(cè)試要求。

可拆卸次數(shù)有限：除一些采用韌性較好的材料或經(jīng)過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的卡扣外，一般大部分卡扣的拆卸次數(shù)都有限，卡扣由于多次拆卸變形，導(dǎo)致卡合量減小，連接效果降低。

不可復(fù)原性：卡扣一旦斷裂，即失效，無法再補(bǔ)救，整個(gè)零件可能因此報(bào)廢。

在塑膠扎帶的應(yīng)用上，蘇州維本工程塑料Wintone Z63材料，作為一款耐寒耐干、免水煮強(qiáng)韌型扎帶專用工程塑料，與傳統(tǒng)的尼龍材料相比，Z63材料具有更好的剛性和韌性、可以幫助解決PA66扎帶拉力不穩(wěn)定并且容易脆斷的問題（特別是低溫脆斷的問題），Z63材料的吸水率只有尼龍66的六分之一，水份對(duì)Z63材料做的扎帶的拉力影響很小，Z63材料注塑完就具備強(qiáng)韌的力學(xué)性能，無需水處理。

另外，Z63材料具有比PA66更優(yōu)異的耐腐蝕性，Z63材料耐酸堿、耐鹽、耐水解等各類化學(xué)溶劑，可以在海洋船舶、電鍍槽等各種嚴(yán)苛的環(huán)境中工作。

三、卡扣的類型

塑膠卡扣的分類，如果按拆卸難度分，可分為可拆卸卡扣（活扣）和不可拆卸卡扣（死扣），可拆卸卡扣又分為易拆卸卡扣和難拆卸卡扣。

易拆卸卡扣：即不需要工具就可拆卸的卡扣連接。

難拆卸卡扣：需要借助工具才能拆卸的卡扣連接。

不可拆卸卡扣：只能通過破壞零件才能拆卸的卡扣連接。

塑膠卡扣連接主要利用的是塑膠的彈性變形后可回復(fù)原來形狀的特性，所以區(qū)分以上三種卡扣的不同點(diǎn)在于卡扣的卡合面脫離基體件的配合面的難易程度。

所以，并不是卡合量多少的問題，有些卡扣卡合量雖然少，但是其變形空間小，此種卡扣就難拆卸或不可拆卸。有些卡扣卡合量大，但是其有足夠變形空間，同時(shí)也方便通過手動(dòng)或簡(jiǎn)易工具即可拆卸，此種卡扣就屬于易拆卸卡扣。

不可拆卸卡扣

可拆卸卡扣

如果按形狀分，卡扣可分為懸臂式卡扣、圓環(huán)式卡扣、球型式卡扣。

1、懸臂式卡扣，這種卡扣最常見，用途最廣泛，很多形式是以此種卡扣演變而成，因此，懸臂式卡扣又細(xì)分為以下三種：

1）鉤型懸臂卡扣，最常用的懸臂式卡扣，其力的作用線與中性層有偏矩。

2）套型懸臂卡扣，不太常用，其力的作用線與中性層有重合。

3）異型懸臂卡扣，特殊場(chǎng)合常用，特點(diǎn)是可拆卸次數(shù)多，壽命長(zhǎng)。

2、圓環(huán)式卡扣，常見于圓環(huán)型的產(chǎn)品，如筆筒蓋，USB蓋。

3、球型式卡扣，常見于一些類關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，如手機(jī)支架。

按裝配過程的運(yùn)動(dòng)軌跡分，可分為直線運(yùn)動(dòng)卡扣和轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)卡扣，直線運(yùn)動(dòng)卡扣以推、滑運(yùn)動(dòng)為典型，轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以翻、扭、轉(zhuǎn)為典型。

1）推運(yùn)動(dòng)卡扣，裝配件和基體件在最終鎖定之前產(chǎn)生的接觸時(shí)間相對(duì)較短。（某些導(dǎo)向功能件可在卡扣與基體接觸之前先接觸導(dǎo)向）

2）滑運(yùn)動(dòng)卡扣，裝配件在完成最終連接前始終與約束體接觸，同時(shí)做直線運(yùn)動(dòng)。

3）翻運(yùn)動(dòng)卡扣，裝配件上的定位功能件首先與基體件接合，在初始接合時(shí)依靠裝配體繞初始定位副的旋轉(zhuǎn)，最后依靠鎖緊功能件完成結(jié)合。

4）扭運(yùn)動(dòng)卡扣，帶軸對(duì)稱約束功能件的裝配件首先以直線運(yùn)動(dòng)與基體件相接合，裝配件繞軸旋轉(zhuǎn)，裝配時(shí)對(duì)卡扣施加外力，然后利用約束功能件之間的凹凸結(jié)構(gòu)完成配合。

5）轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)卡扣，是依靠在一個(gè)定位副上以推運(yùn)動(dòng)與卡扣相結(jié)合。

四、卡扣連接的組成要素

所謂一個(gè)巴掌拍不響，卡扣實(shí)現(xiàn)連接需要兩個(gè)元件：基體件和裝配件。

基體件：大多數(shù)情況，基體件是比較大的，且是相對(duì)靜止或固定的，它可以是一個(gè)零件或者一個(gè)裝配總成，可以視為連接的基準(zhǔn)。以汽車為例，對(duì)大部分需要裝配的飾件來說，車身就是基體件。

裝配件：同樣也可以是一個(gè)零件或者一個(gè)裝配總成，一般比基體件小，甚至可拿在手中，在裝配過程中是運(yùn)動(dòng)的，最終與基體件實(shí)現(xiàn)連接。

不管是基體件還是裝配件，對(duì)實(shí)現(xiàn)卡扣連接可靠性起到主要功能的部分稱為約束功能件，約束功能件有兩種：定位功能件和鎖緊功能件，通常簡(jiǎn)稱定位件和鎖緊件，這是對(duì)于總成來說，如果對(duì)于零件來說，嚴(yán)格上應(yīng)稱為定位特征和鎖緊特征，不過為了方便描述，還是統(tǒng)一叫定位件和功能件。

蘇州維本W(wǎng)intone Z63汽車接插件強(qiáng)韌、防脆斷專用工程塑料，在接插件的應(yīng)用上， Z63材料可以幫助解決傳統(tǒng)的PBT和尼龍材料存在的以下問題：

1.PBT和PA66接插件的脆斷問題，特別是有卡扣和鉸鏈結(jié)構(gòu)的接插件容易脆斷的問題。

2.PA66接插件的拉拔力受水份的影響比較大的問題，Z63注塑汽車接插件，注塑完半天就具有強(qiáng)韌性和良好的拉拔力，不用水處理，同時(shí)Z63的吸水率只有PA66的六分之一，拉拔力不會(huì)受使用環(huán)境的濕度的影響。

3.PBT和PA66接插件在零下30攝氏度以下時(shí)，容易脆斷的問題。Z63注塑接插件具有良好的耐低溫性，不易脆斷。

4.增韌后的PBT和PA66，解決了常溫下的脆斷問題，但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)在60度到120度使用時(shí)，拉拔力下降厲害的問題。Z63注塑接插件可以在常溫、低溫和高溫的使用環(huán)境下，都保持良好的拉拔力和強(qiáng)韌性。

5.在多PIN針的汽車接插件應(yīng)用上，PBT和PA66注塑接插件會(huì)出現(xiàn)翹曲的問題，主要是因?yàn)椴牧系牧鲃?dòng)性不夠好，需要比較大的壓力和速度來注塑，內(nèi)應(yīng)力較大，所以翹起會(huì)比較明顯。Z63材料具有非常優(yōu)異的加工流動(dòng)性，可以幫您解決翹曲的問題。

6.PBT的水口料添加到新料中注塑接插件時(shí)，容易變脆，這是因?yàn)镻BT容易高溫水解。Z63材料具有優(yōu)異的耐高溫水解性，水口料添加量高達(dá)35%時(shí)，對(duì)接插件的力學(xué)性能影響也非常小。

定位件

定位件是相對(duì)非柔性的約束功能件，它們保證裝配件和基本件之間的精確定位，并提供鎖緊力以外的分離抵抗力，承受約束行為中主要的載荷。

止口或反止口作為定位件，同時(shí)提供卡扣的分離抵抗力

定位件的常見類型包括：銷、錐銷、導(dǎo)軌、楔、卡爪、表面、邊緣、凸耳、凸臺(tái)、槽、孔和活鉸鏈等。

一個(gè)零件上存在定位件，意味著另一件上也存在與之配合的定位件，它們一起構(gòu)成定位副。

鎖緊件

鎖緊件是在裝配過程中彈性變形，并在裝配到位后恢復(fù)到原始位置從而形成鎖緊并提供保持力的約束功能件。

鎖緊件的常見類型包括：鉤爪、卡爪、環(huán)套、扭桿和止逆等。

一個(gè)零件上存在鎖緊件，意味著另一件上也存在與之配合的配套件，一般來說，配套件相對(duì)鎖緊件來說是個(gè)定位件，而不是另一個(gè)鎖緊件，因?yàn)榕涮准谴謮训?、非柔性的功能件，鎖緊件與配套件一起構(gòu)成鎖緊副。

所有的鎖緊件都有兩個(gè)主要元件，一個(gè)是裝配和拆卸時(shí)的偏斜元件，另一個(gè)是與裝配功能件接觸的保持元件。

在所有鎖緊件中，懸臂梁鎖緊件是最常見的，且種類變化多樣，所以，以下主要是針對(duì)懸臂梁卡扣進(jìn)行相關(guān)介紹。

偏斜元件

在懸臂梁卡扣中，偏斜元件多為懸臂梁，梁的形狀和截面形式設(shè)計(jì)比較自由，可以有多種變化，可以是矩形、扇環(huán)形、U形、T形等。其中矩形截面最常用，U形、T形實(shí)際上是矩形的變種，目的是增加梁的截面積，提供梁的剛度。

保持元件

在懸臂梁卡扣中，保持元件的選擇可以與偏斜元件（梁）本身無關(guān)，保持元件和偏斜元件可以任意搭配，以適應(yīng)不同的要求，但是在實(shí)際應(yīng)用中，最常見的還是鉤型和套型。

對(duì)于鉤型保持元件，其有一個(gè)特點(diǎn)，就是當(dāng)分離力作用在鎖緊件上時(shí)，無論鉤型保持元件的形狀如何，反作用力的作用線都不可能沿梁的對(duì)稱軸（梁的中性層），總有一個(gè)偏移量d，這樣，在受到較大分離力時(shí)，梁注定會(huì)彎曲，且彎曲總會(huì)發(fā)生在懸臂梁最薄弱的方向。

保持面角度小于90°

即使是帶有90°或接近90°保持面角度的鉤爪，也會(huì)在很大力的作用下脫鉤，但是保持元件根部容易斷裂而造成失效。

如果鉤爪和配合件上的角度都大于90°，那么保持強(qiáng)度會(huì)明顯增大，這種設(shè)計(jì)一般應(yīng)用在保持強(qiáng)度要求較大的場(chǎng)合，常見于一些背包上的插扣。

保持面角度大于90°

對(duì)于套型保持元件，此類型末端為空框或是邊狀保持元件，其特點(diǎn)是，其分離力的反作用力的作用線經(jīng)過梁的對(duì)稱軸（梁的中性層），所以沒有偏斜力作用，梁不會(huì)發(fā)生彎曲，懸臂卡扣的保持強(qiáng)度由材料的拉伸和剪切強(qiáng)度決定，因此，套型保持元件具有很高的保持強(qiáng)度。

但是套型保持件有一缺點(diǎn)，就是其本身強(qiáng)度偏低，主要是因?yàn)樵谧⑺艹尚偷倪^程中，在套環(huán)的某處會(huì)形成一條熔接線（當(dāng)熔體流動(dòng)至一些孔洞時(shí)，兩股融體料流前鋒的匯合處就會(huì)形成熔接線）。

熔接線會(huì)使保持件末端的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，強(qiáng)度降低的程度除了跟材料本身的力學(xué)性能有關(guān)外，還與料流前鋒的溫度以及料流前鋒表層的熔合能力有關(guān)。在有填充物（玻纖）的情況下，由于纖維不易跨過溶解線流動(dòng)，導(dǎo)致熔接線處的料流熔合不充分，使得熔接線處的強(qiáng)度明顯降低。

改善措施：

雖然熔接線無法避免，但是可以通過對(duì)套型保持件的結(jié)構(gòu)調(diào)整來提高強(qiáng)度，比如局部加大保持件的厚度、改變?nèi)劢泳€的位置。

同時(shí)，在有應(yīng)力集中的拐角應(yīng)導(dǎo)圓角，還有，如果空間允許，可以在背部加膠，使套型保持件由穿孔的改為盲孔的，或者在背部增加加強(qiáng)筋。

蘇州維本工程塑料Wintone Z63作為一款強(qiáng)韌型工程塑料，在塑料卡扣的應(yīng)用上最顯著的特點(diǎn)是：抗沖擊、耐磨耐疲勞、耐腐蝕、強(qiáng)韌且不受水份影響。

在各類塑料卡扣的應(yīng)用上，與傳統(tǒng)的尼龍材料相比，Wintone Z63具有更好的抗沖擊性、耐磨性、彈性、耐疲勞性和抗形變能力，Z63材料在保持了良好剛性的同時(shí)，進(jìn)一步提升了彈性和韌性（這種優(yōu)異的機(jī)械性能在攝氏-40度、0度和80度都有保持和體現(xiàn)），另外，Z63具有很好的耐腐蝕性，可以用于很多場(chǎng)景下接觸各類化學(xué)物質(zhì)的嚴(yán)苛環(huán)境，比如PCB設(shè)備齒輪、印染紡織機(jī)械上的齒輪，液壓系統(tǒng)的擋圈和密封圈，等等，成功替代價(jià)格昂貴的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46，TPEE的部分應(yīng)用領(lǐng)域。另外Z63的吸濕很少，綜合性能受水份的影響很小，整包裝Wintone Z63注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完無需水處理。

五、卡扣設(shè)計(jì)的原則

卡扣設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)零件之間的成功連接固定，要達(dá)到連接固定的效果，卡扣設(shè)計(jì)時(shí)需要從以下幾方面進(jìn)行考慮：連接可靠性、約束完整性和裝配協(xié)調(diào)性，它們是卡扣連接成功的關(guān)鍵要求，其他要求還應(yīng)該包括制造工藝的可行性、成本的高低等。

連接可靠性，是卡扣設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，一般會(huì)從以下幾個(gè)方面去考慮：

*連接符合功能預(yù)期；

*連接強(qiáng)度；

*在用戶使用過程中不發(fā)生分離、松動(dòng)、破損、噪聲；

*能夠適應(yīng)使用過程中因環(huán)境因素引起的產(chǎn)品變形或蠕變；

*保證維修拆卸的功能與設(shè)計(jì)預(yù)期一致。

實(shí)際上，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的定位、部件的功能以及成本去選擇需要滿足的連接可靠性要求，并不是每個(gè)設(shè)計(jì)都需要完全滿足以上要求，比如有些設(shè)計(jì)不需要經(jīng)常拆卸或維修，那么設(shè)計(jì)符合前三點(diǎn)就可以，如果需要經(jīng)常拆卸，那么就需要考慮拆后卡扣的功能與設(shè)計(jì)預(yù)期一致，此時(shí)卡扣設(shè)計(jì)的類型選擇或具體設(shè)計(jì)參數(shù)上就會(huì)有所改變，比如下圖中同樣是電池蓋，但是應(yīng)用在充電寶和遙控器上卡扣的設(shè)計(jì)就會(huì)不同。

下面針對(duì)懸臂梁卡扣的連接強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行分析介紹：

一、常見的懸臂梁卡扣的主要有以下參數(shù)：

1、梁根部的厚度Tb

Tb一般為壁厚Tw的50%~60%，太小可能會(huì)存在充模和流動(dòng)問題，太大可能會(huì)存在冷卻問題，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致大的殘余應(yīng)力、縮孔和縮痕。當(dāng)梁是從壁面延伸出來時(shí)，Tb可等于Tw。

2、梁的長(zhǎng)度Lb

懸臂梁卡扣的總長(zhǎng)（Lt）由梁的長(zhǎng)度（Lb）和保持元件長(zhǎng)度（Lr）組成，Lb取值范圍一般為5Tb~10Tb，大于10Tb時(shí)，可能會(huì)存在翹曲和充填問題，小于5Tb時(shí)，梁的柔性較差，梁的根部承受較大的彎曲，從而增大損壞的可能性。（對(duì)于較硬或較脆的塑料，應(yīng)采用較大的長(zhǎng)度與厚度的比值）。

3、插入面角度α

插入面角度會(huì)影響裝配力，角度越大，裝配力就越大，一般合理的角度在25°~35°之間，如果因空間問題（即α越小，保持元件的長(zhǎng)度Lr越長(zhǎng)），最大不要超過45°。

4、保持面角度β

保持面角度會(huì)影響保持強(qiáng)度和分離力，角度越大，保持強(qiáng)度和分離力就越大，保持面角度β應(yīng)根據(jù)拆卸情況而定：

l β≈35°，用于不需要外部分離力的可拆卸鎖緊件；

l β≈45°，用于需小的外部分離力的可拆卸鎖緊件；

l β≈80°~90°，用于需很大外部分離力的非拆卸鎖緊件；

如果，卡扣需要有足夠的保持強(qiáng)度，保持面角度可在極限角度與90之間取一個(gè)角度值，（由于接觸面之間存在摩擦，接近90°的保持面角度仍然與90°角起到的作用是一樣的）。根據(jù)基本保持力方程，極限角：

由此可見，摩擦系數(shù)越大，極限角度越小，但考慮到注塑成型后的影響，一般選擇接近90°，保持面角度選擇在80°~90°之間還有下圖好處：

5、保持面深度Y

它決定了接合和分離時(shí)梁偏斜的程度，一般情況下，

l 當(dāng)Lb/Tb≈5時(shí)，Y

l 當(dāng)Lb/Tb≈10時(shí)，Y=Tb；

l 當(dāng)Lb/Tb較大或較小時(shí)，Y值應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，同時(shí)，對(duì)于較硬或剛性較大的塑膠，Y值相應(yīng)取小些。（保持面最大深度應(yīng)≤材料最大許用應(yīng)變）

還有，保持面深度應(yīng)盡量接近等于偏斜量（Y=δ），這樣卡扣上的分離力會(huì)盡可能接近梁的中性軸，保持強(qiáng)度得到提高。

6、保持元件處的梁厚度Tr

一般情況下，Tr常常接近梁根部的厚度Tb（為了出模，只是有很小的出模斜度），但當(dāng)梁的長(zhǎng)度較短時(shí)（Lb/Tb＜5時(shí)），裝配力會(huì)很大且梁根部應(yīng)變大，采用錐形梁（錐度比Tr/Tb在0.5~0.8之間），可以將應(yīng)變均勻地分布在梁的各處，減小梁根部應(yīng)力集中。

當(dāng)Tr/Tb=0.5時(shí)，卡扣的綜合性能較好。

7、梁的寬度Wb

常見的卡扣，梁的寬度從根部到保持面變化不大，只有較小的出模斜度，此時(shí)梁的寬度不影響最大裝配應(yīng)變，但影響裝配力、分離力和保持強(qiáng)度，當(dāng)梁的寬度大于長(zhǎng)度的1/2時(shí)，此時(shí)的懸臂梁不像梁而更像平板，應(yīng)用梁理論計(jì)算時(shí)，誤差較大。

梁在寬度上也可以像梁厚度一樣帶錐度，寬度帶錐度的梁可以減小梁根部的應(yīng)變，但不如厚度帶錐度那么有效。（梁的寬度帶4:1錐度時(shí)，才能得到與梁厚度帶2:1錐度時(shí)同樣量級(jí)的應(yīng)變減小效果）

8、梁的根部半徑R

應(yīng)力集中會(huì)造成梁根部的實(shí)際應(yīng)變?cè)龃?，在梁的根部?dǎo)R角可以減小應(yīng)力集中，R的取值為梁寬度的50%時(shí)，綜合性能較好。

二、懸臂梁卡扣的相關(guān)計(jì)算：

為了確?？坌阅苣軌驖M足實(shí)際應(yīng)用要求，需要進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析和終端應(yīng)用試驗(yàn)。一般計(jì)算偏斜力、裝配力、分離力、最大變形量。以下以恒定矩形截面的懸臂梁卡扣為例介紹具體計(jì)算步驟。

在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，通過上述介紹，可以首先確定卡扣的以下尺寸參數(shù)。

1、梁根部初始應(yīng)變的計(jì)算

由懸臂梁理論可推導(dǎo)出以下應(yīng)變公式：

2、最大偏斜力的計(jì)算

最大偏斜力（Fp）：使卡扣懸臂梁末端在許用應(yīng)變內(nèi)發(fā)生偏斜（δ）時(shí)所需要的力。一般情況下，懸臂梁最大量δmax就是卡扣保持面深度Y。

但，在實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們更關(guān)心的是保持面與配合功能件之間的搭接量Z（卡合量），對(duì)于需拆卸的結(jié)構(gòu)，搭接量Z需小于Y，越小越容易裝配和拆卸，但保持強(qiáng)度越低，反之亦然。對(duì)于可拆卸無沖擊、碰撞、跌落測(cè)試要求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，搭接量Z建議取值在0.3~0.6之間，反之，搭接量Z可設(shè)計(jì)在0.7~1.2之間，甚至更大。

同樣由懸臂梁理論可推導(dǎo)出以下公式：

實(shí)際上，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相比會(huì)偏大，那是因?yàn)檠b配過程中，卡扣壁面的偏斜、配合功能件的偏斜都會(huì)對(duì)卡扣的性能有影響，當(dāng)壁面偏斜時(shí)，梁的實(shí)際力、強(qiáng)度、應(yīng)力、應(yīng)變都比計(jì)算值小，當(dāng)梁長(zhǎng)度與厚度的比值越小時(shí)，偏斜的影響就越明顯。

卡扣在不同壁面上對(duì)偏斜放大的影響是不同的，如下圖。

同樣，在裝配的過程中，配合功能件也可能發(fā)生偏斜，如果偏斜明顯的話，對(duì)計(jì)算結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生影響，主要影響裝配力、拆卸力、保持強(qiáng)度和應(yīng)變。

因此，需要對(duì)以上初始應(yīng)變、偏斜力進(jìn)行修正，引入壁面偏斜放大系數(shù)Q、配合功能件放大系數(shù)K，如下：

此時(shí)，通過以上公式，也可以計(jì)算出在一定偏斜力Fp的作用下，卡扣末端最大變形量Y。

3、裝配力的計(jì)算

由于懸臂卡扣的特性，卡扣在裝配的過程中懸臂梁會(huì)發(fā)生偏斜，插入面角度會(huì)跟隨變化，裝配力也發(fā)生變化，很顯然，最大插入面角度出現(xiàn)在懸臂梁偏斜最大時(shí)，因此，為了計(jì)算最大裝配力，必須先確定偏斜最大時(shí)的角度。

4、分離力、保持力的計(jì)算

卡扣在脫開的情況有兩種，一種是有意的，即人為分離卡扣零件所需要的力，叫做分離力；另外一種是無意的，即鎖緊件抵抗無意脫開的力，叫做保持力。

所以，如果我們關(guān)心的是分離（可拆卸卡扣）的難易程度，則要計(jì)算最大分離力；如果我們關(guān)心的是保持強(qiáng)度，即保持力，則要計(jì)算最小分離力。

實(shí)際上這兩種力區(qū)別不大，只是在保持面角度因懸臂卡扣中的剩余偏斜存在時(shí)（卡扣裝配后，由于誤差原因，懸臂梁無法回復(fù)到原位而存在一個(gè)偏斜角度），需要計(jì)算實(shí)際角度。

在各類塑膠齒輪的應(yīng)用上，蘇州維本工程塑料Wintone Z33耐磨靜音齒輪專用工程塑料，可以幫助您解決以下問題：

1.POM和PA66齒輪噪音比較大，耐磨耐疲勞性不夠的問題，以及POM齒輪易斷齒的問題。

2.PA12和TPEE齒輪，太軟扭矩太小，耐磨性不夠，在60攝氏度以上時(shí)，扭力下降比較快。

3.POM和PA66齒輪的耐腐蝕性不夠，POM齒輪和注塑功能件易磨損粉屑化的問題。

4.尼龍46齒輪的降噪性不夠，尺寸受水份影響比較大。

Z33材料作為一款強(qiáng)韌耐磨型工程塑料，在齒輪應(yīng)用上最顯著的特點(diǎn)是：耐磨、靜音、耐腐蝕、強(qiáng)韌且不受水份影響。Z33材料的典型成功應(yīng)用為：微小型減速齒輪箱、電動(dòng)推桿、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS齒輪、按摩器齒輪、汽油機(jī)凸輪、電助力自行車中置電機(jī)齒輪、電動(dòng)剃須刀等等傳動(dòng)齒輪。

卡扣設(shè)計(jì)的原則

卡扣設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)零件之間的成功連接固定，要達(dá)到連接固定的效果，卡扣設(shè)計(jì)時(shí)需要從以下幾方面進(jìn)行考慮：連接可靠性、約束完整性和裝配協(xié)調(diào)性，它們是卡扣連接成功的關(guān)鍵要求，其他要求還應(yīng)該包括制造工藝的可行性、成本的高低等。

1. 連接可靠性

連接可靠性最核心的一點(diǎn)就是卡扣需要保證有足夠的保持強(qiáng)度，以下為懸臂梁卡扣保持力的一般公式：

由以上公式可知，保持力Fr 跟Wb、E、Tb、Lb、μs、βe有關(guān)；其中

Wb：卡扣的寬度；

E：卡扣的彈性模量；

Tb：卡扣的厚度；

Lb：卡扣的長(zhǎng)度；

Y：卡扣保持面的深度；

μs：卡扣的摩擦系數(shù)；

βe：卡扣的保持面角度。

上面參數(shù)，除了彈性模量E、摩擦系數(shù)μs跟卡扣所用的材料有關(guān)外，其他參數(shù)跟卡扣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)；通過增大Wb、Tb/Lb的比值、Y、βe都可以增強(qiáng)卡扣的保持強(qiáng)度。

1）增大Wb

增大卡扣的寬度Wb，可以增大梁的剛度以及卡扣保持面與配合件的面積，理論上卡扣寬度越大，卡扣的保持強(qiáng)度就越大，但是實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮到制造與裝配，常常通過設(shè)計(jì)多個(gè)小卡扣代替一個(gè)大卡扣。

卡扣的排布：卡扣應(yīng)均勻設(shè)置在零件的四周，以均勻承受載荷，對(duì)于容易變形的地方（如零件的角落），可以考慮盡量讓卡扣靠近這些地方。

整圈卡扣一般用在卡合量不大的零件或設(shè)計(jì)在較軟材料上的零件上，常常采用強(qiáng)脫出模，比如常見的一些日化產(chǎn)品的瓶蓋。

對(duì)于一些寬度較大的卡扣，為了提高母扣的強(qiáng)度，可以在大卡扣中設(shè)計(jì)兩個(gè)小卡扣，如下圖。

2）增大Tb/Lb的比值

增大Tb或減小Lb都可以增大Tb/Lb的比值，實(shí)際上也是增大梁的剛度，但是Tb不宜過大，否則會(huì)引起外觀不良，合理的方式是通過增加加強(qiáng)筋或者局部淘膠，如下圖。

Lb也不宜過小，否則難于裝配（雖然保持強(qiáng)度增大了），如果因空間限制，Lb過小的情況下，需適當(dāng)減小Tb，但為了兼顧卡扣的強(qiáng)度，可以考慮在卡扣根部添加加強(qiáng)筋，如下圖。

3）增大Y

Y這里指的是卡扣保持面的深度，實(shí)際上卡扣的保持強(qiáng)度應(yīng)該是跟卡合量有關(guān)，理論上Y值可以等于卡合量，但是在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了便于裝配以及后續(xù)的調(diào)整，一般預(yù)留一定的間隙或余量，比如以下某卡扣的設(shè)計(jì)，前后都預(yù)留了0.2-0.5的間隙，預(yù)留空間方便后續(xù)通過改模增大Y值。

Y值越大，卡扣脫開需要的變形就越大，也就是保持強(qiáng)度越大；但是反過來，裝配就變得困難，這之間是矛盾的，所以一般Y的取值在0.3-1.2之間，根據(jù)具體的應(yīng)用可在0.3-1.2之間取值。

采用以下這種增強(qiáng)件結(jié)構(gòu)，可以在Y值不變的情況下增強(qiáng)卡扣的保持強(qiáng)度，同時(shí)，通過一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以兼容裝配的方便性。

使用這種結(jié)構(gòu)，卡扣裝配后頭部的保持元件被限位彈片（增強(qiáng)件）抵住，卡扣不易松脫，保持強(qiáng)度很高，穩(wěn)定性好。

通過以上優(yōu)化后，使其裝配性更好，同時(shí)保持強(qiáng)度不會(huì)降低很多，缺點(diǎn)是如果卡扣在產(chǎn)品內(nèi)部，拆卸性差，為了能夠?qū)崿F(xiàn)拆卸，必要的情況下可以在卡扣上方設(shè)計(jì)拆卸口，如下圖，通過工具實(shí)現(xiàn)拆卸。

卡扣的卡合量（Y值）在裝配后確定一個(gè)相對(duì)不變的值，但是在使用的過程中，外殼變形導(dǎo)致Y值減小而導(dǎo)致卡扣易松脫，以下這種限位筋（反插骨）對(duì)Y值起到一定的保持作用，限位筋離卡扣越近，卡扣的保持強(qiáng)度就越強(qiáng)，同時(shí)，限位筋應(yīng)成對(duì)設(shè)計(jì)，才能有更好的效果。

但是為了兼顧裝拆性能，限位筋與卡扣之間一般保持一定的距離。

對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)，也可以通過插入鎖銷填充卡扣背面的空間，防止卡扣偏斜導(dǎo)致卡合量Y值減小而脫開。

2. 約束完整性

卡扣在裝配或拆卸的過程中，實(shí)際上是裝配件相對(duì)于基體件的運(yùn)動(dòng)，裝配件如果沒有約束，其最終狀態(tài)是不確定的，也是不穩(wěn)定的；約束，就是裝配件相對(duì)于基體件的運(yùn)動(dòng)控制。

約束的完整性包括定位和鎖緊，如果說鎖緊是卡扣連接的最終目標(biāo)，那么約束就是實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)最基本的關(guān)鍵要求。

常見的鎖緊件包括鉤爪、卡爪、環(huán)套、扭桿和止逆等，鎖緊件與配合件組合形成鎖緊副。

常見的定位件包括：銷、錐銷、導(dǎo)軌、楔、卡爪、表面、邊緣、凸耳、凸臺(tái)、槽、孔和活鉸鏈等，定位件與配合件組合形成定位副。

一個(gè)好的連接結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是首先被導(dǎo)向，然后是定位，最后才是連接緊固，對(duì)卡扣連接而言，也應(yīng)如是。

卡扣設(shè)計(jì)定位結(jié)構(gòu)有以下好處：

l 定位結(jié)構(gòu)起到導(dǎo)向作用，便于裝配；

l 確定唯一裝配位置，防止裝配不當(dāng)損壞卡扣；

l 提高卡扣的配合精度，從而提高卡扣的連接強(qiáng)度；

l 抵抗卡扣某方向上的分離力，從而提高卡扣的連接強(qiáng)度。

定位結(jié)構(gòu)在零件上一般會(huì)以兩種方式存在：

l 一種是零件本身就存在的，能起到局部定位功能的結(jié)構(gòu)，如零件的邊緣和表面等。零件本身的定位結(jié)構(gòu)精度低，不易實(shí)現(xiàn)尺寸的控制與微調(diào)。

l 一種是經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，用來實(shí)現(xiàn)某種定位功能的結(jié)構(gòu)，比如凸臺(tái)、柱子、孔、導(dǎo)軌、鉸鏈等。這種定位結(jié)構(gòu)精度高，容易實(shí)現(xiàn)尺寸的控制與微調(diào)。

在約束的設(shè)計(jì)上，完全約束是理想狀態(tài)，實(shí)際設(shè)計(jì)中講究的是適當(dāng)?shù)募s束，盡量減少欠約束與過約束。

3. 裝配協(xié)調(diào)性

裝配的協(xié)調(diào)性考慮的是卡扣基體是基于人為裝配還是機(jī)器裝配，在目前階段，我們大部分都是基于人為裝配進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以，在設(shè)計(jì)過程中，除了考慮卡扣基體本身的活動(dòng)空間外，還必須考慮人為操作空間（人機(jī)工程學(xué)）。

比如裝配過程中，操作者需有一定的視野，如無法避免，需有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。

比如有些需要經(jīng)常拆卸的卡扣，拆卸位置需要有操作空間（手指空間、工具空間），且操作力應(yīng)符合人機(jī)工程學(xué)要求。

4. 制造工藝的可行性、成本高低

1）如無必要，卡扣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮避免增加模具的復(fù)雜度，把需要側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的改為不需要要側(cè)向抽芯的結(jié)構(gòu)，降低模具成本。

2）如果卡扣是通過斜頂出模，需檢查斜頂推出過程中是否有干涉；斜頂頭部不能是斜面（頂面與出模方向的夾角小于90°），否則斜頂無法順利退出。

3）如果頂面與出模方向的夾角小于90°，可以采取以下三種出模方式，但是模具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，模具成本增加。

a）兩段斜頂結(jié)構(gòu)

b）內(nèi)滑塊結(jié)構(gòu)

c）滑塊出斜頂結(jié)構(gòu)