内容
隐藏
1.
介绍
2.
什么是卡扣式？
3.
如何进行卡扣配合？
4.
卡扣接头的类型
5.
卡扣设计计算
6.
卡扣设计计算
7.
卡扣设计最常见的应用
8.
卡扣设计的优点和缺点
9.
常见问题
介绍
卡扣配合在我们身边随处可见，而且都有其合理的理由。卡扣接头易于制造、价格低廉，并且可以轻松连接两个零件，无需任何暴露的接头或螺栓机械。塑料配件通常采用卡扣接头，您可能很早就通过书包上的释放扣遇到过这种情况。
本文的目的是提供有关卡扣设计的基本信息。这将使您能够为您的项目创建卡扣连接。
什么是卡扣式？
卡扣配合是产品设计和生产中用于紧固的一种方法。该方法涉及使用卡扣接头（钩子或头）来连接零件。这样可以快速、轻松地组装和拆卸，无需任何额外的工具或紧固件。
卡扣接头属于零件的装配类别，通常被视为零件的延伸。卡扣配合方法是连接柔性部件的常用技术。这涉及将一个部件的互锁特征插入空腔中或对齐两个部件的互锁特征。成功的连接需要联锁特征的灵活性，从而允许弯曲和插入。
如何进行卡扣配合？
了解每种类型的独特的灵活组件 卡扣接头 可以轻松创建此类接头。使用卡扣接头可以减少组件中所需的连接数量，最终减少制造程序和费用。
卡扣接头的工作原理是将突出部分插入凹陷区域。凹陷区域锁定到突出部分，提供牢固的配合。
卡扣接头可以是永久性的，也可以是可拆卸的，具体取决于底切和组装的类型。在设计可重复使用的卡扣配合时，必须仔细考虑所使用的材料。持续施力和使用卡扣会增加因疲劳应力而发生故障的可能性。
卡扣接头的类型
环形卡扣接头
环形卡扣接头 通常用于圆柱形部件。环形卡扣接头使用小圆形突起，通常形状像脊状。该脊状突起与环绕另一部件的凹槽互锁。
在环形卡扣接头中连接两个部件所需的力的主要决定因素是圆形脊。根据导程角和返回角，环形接头可分为永久接头和临时接头。
在环形卡扣配合中，45° 的回角通常可实现坚固但可拆卸的组装。如果回角超过 45°，组装会变得更加坚固，但拆卸会变得更加困难。90° 的回角可实现永久组装 环形接头.
扭转卡扣接头
A 扭转卡扣接头 涉及扭转。它具有类似于悬臂梁的互锁梁。当施加足够的力时，梁可以旋转或扭转。扭转卡扣配合利用弹簧力来加载和固定配合部件。
使用类似于跷跷板的扭转功能的卡扣接头。当插入带有凹槽的组件时，梁会旋转到位。这些卡扣接头非常适合临时连接，可用于需要经常拆卸组件的组件中。
悬臂卡扣接头
悬臂卡扣接头 是连接热塑性塑料的常用材料。它们经济、可靠且易于构造。它由具有锥形或倒角头的悬臂梁组成，易于插入且灵活。
此外，悬臂梁在锥形部分之后具有凹槽，该凹槽赋予头部钩状形状。该钩子与悬臂接头中的第二配合部分互锁。
U 形卡扣
马蹄形 卡扣接头 是悬臂卡扣接头的另一种变体。您可能已经注意到电视遥控器背面或玩具上的此功能。悬臂接头通常涉及将悬臂插入零件的孔中。
当空间不足时，可以使用 U 形来延长梁的长度。这将减少应力并增强重复组装的灵活性。挂钩必须位于梁的外边缘。这对于去除悬臂接头的滑动机构是必要的。
卡扣设计计算
σ最大 = MC/I
哪里 M 是最大弯矩
C 是从兴趣点到中性轴的距离
I 是惯性矩
卡扣式设计 如果不计算疲劳应力、最大应力、挠度力和许多其他因素，这些因素最终决定了 卡扣接头。虽然卡扣配合形状有很多种，但我将展示悬臂卡扣接头的示例计算，并提供其他突出卡扣配合的公式。
有两种设计卡扣接头的方法。您可以先选择材料并相应地调整卡扣设计的尺寸，也可以先选择尺寸并找到适合计算尺寸的材料。
悬臂卡扣接头
悬臂卡扣接头会受到偏转、应变和弯曲的影响。找到这三个要素对于悬臂卡扣配合的设计至关重要。
最大弯曲应力由下式给出：
σ最大 = MC/I
哪里 M 是最大弯矩
C 是从兴趣点到中性轴的距离
I 是惯性矩
最大应变定义为
ε = 中号/IE
哪里 E 是材料的杨氏模量
对于恒定截面梁 偏转 由...给出
y=0.67 * ει²/h
哪里 l 是梁的长度
h 是根部的厚度
偏转力由下式给出
P =bh²/6 • Es ε/ι
哪里 b 是根部的宽度
Es 是正割模量
样本计算
假设您正在设计具有恒定横截面梁的悬臂梁的卡扣配合。臂长 (l) = 20 毫米，
宽度 (b) = 10 毫米底切 (y) = 3 毫米，以及 30° 的倾斜角您应该计算臂的厚度和 ABS 材料的推荐偏转力
y= 0.67 * ει²/h
h= 0.67 * ει²/y
h= 0.670 • 0.25 • 20² / 3
h= 89.33mm
使用偏转力方程
P= bh²/6 • Es ε/I
Es= 1350 牛顿/平方毫米
P= 102 • 23²/6 * 13500 • 0.25/20
P= 13.98牛
要找到配合力，请使用此方程
W=P • μ+tan(σ)/1-tan(σ)
W=13.98 • 0.72+tan(30)/1-tan(30)
W=42.91 牛
符号
y =（允许）偏转（=底切）
E = 根部外部纤维的（允许）应变
l = 臂长
h = 根部厚度
b = 根部宽度
c = 外层纤维与中性纤维之间的距离（重心）
Z = 截面模数 Z = I c，其中 I = 轴向转动惯量
Es = 正割模量
P =（允许）偏转力
K = 几何系数
扭转接头
波长 XNUMXμm 的 剪切模量 由...给出
G=Es/2(1+ν)
哪里 G 是剪切模量
Es 是正割模量
ν 是泊松比
偏转力由下式给出
磷 • ι= γ GIp/r
哪里 γ 是剪切应变
Ip 是极惯性矩
W=P +tan(σ)/1-tan(σ)
W=13.98 • 0.72+tan(30)/1-tan(30)
W=42.91 牛
环形卡扣
环形卡扣接头用于连接对称的圆形零件。在大多数环形卡扣配合设计中，至少一个部件是刚性的。具有两个容易变形的椭圆形或圆形零件会导致材料上的力较小，从而产生较大的底切。环形卡扣配合的公式如下
横向力由下式给出
P= y • d • Es • X
哪里 y = 底切
d = 接头处的直径
Es = 正割模量
X = 几何系数
配合力由下式给出
W=P • μ+tan(σ)/1-tan(σ)
哪里 μ = 摩擦系数
α= 导程角
卡扣设计计算
即使经过计算并选择了合适的材料，卡扣设计仍然远未完成。有一些最佳实践对于制造过程至关重要。
添加圆角
圆角是反映伟大设计师元素的微小特征。尖角是零件应力集中的最大原因。在设计卡扣配合时，具有尖角意味着大部分结构应力集中在一个很小的区域，从而导致零件失效或断裂。添加圆角可以显着减少应力集中，圆角最常见的用途是在悬臂的底部。圆角通过将负载分散到更大的区域来帮助减少应力集中。
锥体
沿卡扣配合长度逐渐变细可以延长接头的使用寿命。锥形化只是减小卡扣配合沿其长度的横截面积。锥形钩比具有均匀横截面的悬臂钩更好，因为后者承受不均匀的应变。这可能导致超过允许应变并最终失效。此外，锥形设计具有使用较少材料并降低批量生产的制造成本的优点。
添加接线片
几乎所有高质量零件都有凸耳。凸耳是微小的突出连接元件，有助于对齐两个配合部件。它们还通过承受部分剪切力来充当结构支撑。
增加挂钩宽度
卡扣接头是最简单形式的承重元件。卡扣配合设计应该能够抵抗高负载频率，实现这一点的一种方法是增加悬臂卡扣配合中钩子的宽度。
疲劳寿命
设计考虑不当的卡扣配件常常会因疲劳应力而失效。疲劳失效是由于重复加载而发生的，并且在卡扣配合被重复拆卸的情况下很常见。选择屈服强度较高的材料并进行几何考虑可以消除疲劳失效的可能性。
卡扣设计最常见的应用
卡扣接头用于重达数吨的汽车，以及房间内的简单塑料配件。下面提到了卡扣配合设计的一些常见用途。
玩具： 卡扣配合最常用于玩具。玩具必须轻便、便宜且可批量生产。拥有可以成为玩具模具一部分的紧固件是理想的选择，因此使用卡扣接头。
笔： 笔帽是环形配合的典型例子。
表带扣： 大多数包袋、系带和露营配件上使用的带扣也采用卡扣配合。
外壳： 许多电子外壳（例如 USB 集线器和以太网盒）都使用卡扣接头。
盖子和盖子： 许多盖子利用 U 形卡扣配件来轻松覆盖零件中的存储区域或空腔。
3D打印设计： 3D打印组件时。大多数设计都是由塑料和树脂制成的。使用螺栓和紧固件可能会损害薄型设计的结构完整性，而卡扣配合是一种更便宜、更好的替代方案。
卡扣设计的优点和缺点
专业版
除了制作卡扣接头的简单性之外，它们
制造简单： 卡扣接头生产起来非常简单，只需要极少的额外工序或部件。免工具组装和拆卸： 它们无需特殊工具即可轻松组装和拆卸，非常方便用户使用。耐用性： 如果采用精确的计算和公差进行设计，卡扣接头可以持久可靠。美学的感染力： 这些接头可以无缝地集成到设计中，隐藏在视线之外，增强了产品的整体外观。性价比高： 卡扣式设计比较经济，因为它们通常不需要除所用的塑料以外的其他材料。
连接器
力量有限： 卡扣接头可能不适合需要高机械强度或承载能力的应用。磨损： 反复的组装和拆卸会随着时间的推移导致磨损，从而可能降低接头的有效性。设计复杂性： 实现正确的公差和计算可能具有挑战性，不正确的设计可能会导致失败。材料限制： 卡扣式设计主要适用于塑料材料，限制了它们在需要其他材料的应用中的使用。应力集中： 该设计可能会产生应力集中点，在某些条件下可能导致材料疲劳或失效。
常见问题
问：金属可以卡扣连接吗？
A: 卡扣配合是形成塑料与塑料以及塑料与金属连接的常见特征。对于金属卡扣接头，连接通常是金属对金属。这意味着凹槽和突起都是金属的。
问：卡扣接头有什么用途？
A: 卡扣接头用于在任意两个部件之间提供牢固连接。卡扣接头的常见用途包括笔帽、塑料外壳和玩具。
问：什么材料可以形成良好的卡扣接头？
A: 具有高强度和柔韧性的塑料可用于卡扣接头。 ABS、尼龙和 PS 是用于制作卡扣接头的常用塑料。
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