塑料件卡扣連接設計指南

1、塑料件卡扣連接設計指南1.范圍12.規(guī)范性引用文件13.定義14.塑料件卡扣連接概述24.1卡扣連接的關鍵要求24.2卡扣連接的要素45.約束概述125.1約束原理125.2約束原則165.3約束布置166.定位功能件設計216.1定位功能件類型216.2定位副的組合及其適配性296.3定位副與裝配306.4定位副與保持337.鎖緊功能件設計367.1鎖緊功能件類型367.2鎖緊功能件的結構設計與計算527.3對鎖緊功能件裝配與保持行為的分離76為指導本公司塑料件卡扣連接的開發(fā)，特制定了本設計指南。集成在產(chǎn)品上的卡扣連接與散件緊固或焊、粘接相比功能產(chǎn)品單一，無需配套；不要求焊接、點膠等復雜的操

2、作；鎖緊功能件由模具成型，一致性好，互換性強，尤其適合汽車行業(yè)的大批量生產(chǎn)；裝配及拆卸往往不需要工具，便利性強；省去或減少了螺釘、螺母等散件的使用數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本；可用于對外觀有要求而不能使用散件緊固的產(chǎn)品。且由于塑料產(chǎn)品的材料和工藝特性特別有利于集成式卡扣的開發(fā)，所以卡扣連接是一種普遍應用于汽車塑料產(chǎn)品的連接形式。然而塑料件卡扣連接的可靠性特別依賴設計，本指南旨在對卡扣設計進行介紹，使讀者了解相關知識并能應用在本公司塑料產(chǎn)品的設計開發(fā)中。本指南由公司產(chǎn)品管理部提出并歸口。本指南起草單位：車身工程研究院。本指南主要起草人：黃闿鳴本指南由車身工程研究院負責解釋。塑料件卡扣連接設計指南1. 范

3、圍本指南主要從約束布置、定位功能件及鎖緊功能件設計等方面對集成在塑料件上的卡扣連接進行介紹，也可為其他未集成在塑料件上的卡扣連接形式提供設計參考。本指南用于指導本公司汽車塑料件卡扣連接的設計開發(fā)。2. 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注明日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。JB/T 6544-1993塑料拉伸和彎曲彈性模量試驗方法3. 定義塑料件的連接通過機械、焊接、粘接等連接手段對塑料件形成特定約束的連接方式?？圻B接卡扣連接是通過集成在零件上

4、或分離的定位功能件和鎖緊功能件共同作用對零件形成特定約束的連接方式，其中鎖緊功能件在裝配過程中發(fā)生形變，隨后又恢復到它原始位置從而形成鎖緊并提供保持力。定位功能件定位功能件是相對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，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。鎖緊功能件鎖緊功能件是在裝配過程中彈性變形，并在裝配到位后恢復到原始位置從而形成鎖緊并提供保持力的約束功能件。基體件基體件是在連接過程中相對較大，在裝配運動中可以視為靜止不動的零件或總成，可以視為連接的基準。以汽車為例，對大部分需要裝配的飾件來說，車身就是基體件。裝配件裝配件是需要通過約束連接到基體件上的零件

5、或總成。4. 塑料件卡扣連接概述如本指南前言所述卡扣連接是一種可以降低制造成本，提高裝配效率及便利性的連接方式，并且特別適合在塑料件上進行開發(fā)，但相應的其對設計和成型的要求也較高，尤其是良好的卡扣連接設計可以降低大部分連接層面的失效。下面的概述部分主要從卡扣連接的關鍵要求和要素兩個方面對卡扣連接的設計要點進行介紹，這些要點是在卡扣連接設計中需要重點關注的。4.1 卡扣連接的關鍵要求卡扣連接的關鍵要求主要包括連接可靠性、約束完整性和裝配協(xié)調(diào)性，它們是卡扣連接的基本目標。其他要求還應該包括制造工藝的可行性、成本的高低，但不在此詳細討論。4.1.1 連接可靠性連接可靠性是產(chǎn)品在使用壽命中確保連接符合

6、設計的要求，產(chǎn)品的使用壽命包括但不局限于產(chǎn)品的裝配、運輸、用戶操作、維修階段，因此對連接可靠性的要求也包括：l 連接符合功能預期；l 連接強度；l 在用戶操作過程中不發(fā)生分離、松動、破損、噪聲；l 尤其是汽車塑料件的連接應能夠適應使用過程中因環(huán)境因素引起的產(chǎn)品變形或蠕變；l 保證裝配和維修拆卸的操作與設計預期一致。其中接合強度是約束功能件（定位功能件及鎖緊功能件）在產(chǎn)品使用壽命中承受裝配、分離、載荷及變形力的能力，是連接可靠性最重要的要求，也是對約束功能件結構強度的要求。4.1.2 約束完整性空間物體有6個自由度，并可沿每個自由度的正反兩向運動，如圖4.1。約束是對零件之間相對自由度的控制，是

7、由裝配件和基體件上的約束功能件實現(xiàn)的。通過約束恰好限制零件之間的全部12向運動是完全約束，這是大多數(shù)連接中需要的約束；也可能因為產(chǎn)品功能需要而不進行完全約束，保留產(chǎn)品的一部分相對運動，但該運動也是通過約束功能件進行限制和保證的。約束剛好滿足產(chǎn)品功能并與約束的運動方向數(shù)量恰好相對應是恰當約束。圖4.1 裝配件相對于基體件的6個自由度及12項運動在連接中相對于恰當約束還存在過約束和欠約束，約束點多于需要約束的運動方向為過約束，少于需要約束的運動方向為欠約束。其中過約束在一些較大的汽車塑料件中用于保證局部重點區(qū)域的配合，但極易由于精度、變形、應力等原因造成裝配困難、約束失效、甚至產(chǎn)品損壞，使用時需要

8、慎重。欠約束應區(qū)別于為適應產(chǎn)品功能而保留的相對運動，通常是由于設計不合理或約束功能件薄弱而引起的約束問題，是卡扣連接必須避免的。列舉部分約束對于產(chǎn)品連接的影響如表4.1。表4.1 約束對產(chǎn)品連接的影響舉例受影響因素約束完整性恰當約束過約束欠約束裝配便利性可按設計狀態(tài)裝配裝配困難無影響可靠性可靠性依賴約束功能件的強度因應力較大導致連接失效1、因零件間相對運動導致鎖緊失效2、因缺少約束影響零件功能噪聲無異響無直接影響因零件間相對運動存在異響成本需要的精度適當需要較高精度無直接影響4.1.3 裝配協(xié)調(diào)性裝配協(xié)調(diào)要求裝配（拆卸）過程中零件各要素與裝配（拆卸）運動相適宜，以便裝配操作。圖4.2及圖4.3

9、的兩個例子都違反了裝配協(xié)調(diào)性。 圖4.2 鎖緊功能件與定位功能件的接合方向互相干涉（a）設計未給懸臂鉤在裝配中的變形保留足夠空間（b）裝配為推運動，然而拆解為翻轉(zhuǎn)運動，翻轉(zhuǎn)過程中一端卡扣可能因過度形變而損壞圖4.3 裝配和拆卸運動中違反裝配協(xié)調(diào)性為了滿足裝配協(xié)調(diào)性，在卡扣連接設計中應遵循以下原則：l 定義的裝配運動應該與裝配件和基體件的基本形狀相適應（在本指南4.2.2中進行介紹）；l 裝配件和基體件上所有有形要素應與裝配運動相適宜；l 保留鎖緊功能件形變所需的空間；l 轉(zhuǎn)配和拆卸運動的方向應平行而反向。4.2 卡扣連接的要素卡扣連接的要素在這里分為描述性要素和有形要素兩部分，描述性要素包括功

10、能、裝配件和基體件的基本形狀、最終裝配運動和接合方向；有形要素包括定位功能件和鎖緊功能件。這些要素是表征卡扣連接的某一方面屬性，設計者在方案初期就要進行規(guī)劃。4.2.1 功能功能是首先要規(guī)劃的描述性要素，它是連接的基本目的，主要包括以下幾方面：4.2.1.1 連接后兩件的相對運動裝配件和基體件連接后的相對運動關系直接決定約束的布置，與4.1.2中提到的約束向匹配。在完全固定的連接中，零件之間不存在相對運動，在12個運動方向上受到完全約束；在可動連接中，裝配件和基體件存在受控相對運動，但在運動中不允許分離，在存在運動的方向上不設置約束。連接后的相對運動由產(chǎn)品功能進行定義。4.2.1.2 連接精度

11、連接精度是對連接后裝配件和基體件之間相對位置的精度要求，是約束準確性的體現(xiàn)，如汽車裝飾件安裝后與周邊的間隙和段差要求。4.2.1.3 連接類型卡扣連接可以是最終連接也可以是其他連接出現(xiàn)之前的臨時連接。當在產(chǎn)品的使用壽命中始終使用卡扣形式進行連接，則卡扣連接為最終連接；當卡扣僅將連接保持到其他連接出現(xiàn)，則卡扣連接為臨時連接，臨時連接也僅要求在該周期內(nèi)保證連接可靠。4.2.1.4 連接后的保持保持涉及鎖緊副的特性：永久鎖緊和非永久鎖緊。保持特性由產(chǎn)品功能進行定義。l 永久鎖緊是設計為連接后不再分離的，這種鎖緊一旦接合必須借助工具才能分離，并且往往會造成零件的損壞，這樣的連接是不能進行維修的。l 非

12、永久性鎖緊是設計為可在連接后進行分離的，這種連接的鎖緊功能件可依靠分離力變形或人為施加變形力而與對手件脫開，非永久鎖緊連接的鎖緊功能件的脫開方式應在設計時進行定義。圖4.3和圖4.4是對保持特性及鎖緊功能件脫開形式的舉例說明。 （a）永久性止逆鎖緊 （b）永久性懸臂鉤鎖緊圖4.4 永久性鎖緊示例 （a）依靠分離力脫開的非永久性鎖緊 （b）依靠人為施加變形力脫開的非永久性鎖緊圖4.5 非永久性鎖緊示例保持特性由產(chǎn)品功能進行定義。4.2.2 裝配件和基體件的基本形狀基本形狀描述的是裝配件的整體及基體件的裝配局部區(qū)域。使用基本形狀描述裝配件和基體件可以使設計規(guī)劃更形象，針對不同基本形狀零件的連接對應

13、不同的約束方案、裝配運動和接合方向。零件基本形狀主要包括：實體、板、殼體、面、開口、深孔，下面進行說明。l 實體形狀封閉為體、剛度較好的零件，如圖4.6的開關，對實體的約束應該完整。圖4.6 開關l 板相對薄的零件，往往有彎曲和扭轉(zhuǎn)的趨勢，板只被定義為裝配件的一種。如圖4.7的蓋板，對板類零件的約束常在零件周邊。圖4.7 蓋板l 殼體殼體類零件有一到多個方向的開口，開口導致此類零件側壁剛性較差，需要約束。如圖4.8的組合開關下包殼。圖4.8 組合開關下包殼l 面面只出現(xiàn)在基體件上，是與裝配件配合的連接表面，面本身就產(chǎn)生約束作用。圖4.9，組合開關上包殼的面用于安裝防塵皮套的卡板。圖4.9 防塵

14、皮套的卡板卡入組合開關上包殼的安裝面l 開口開口一般附著在面或與面近似的形狀上，也是基體件的一部分，定位功能件常在開口的周邊。如圖4.10，飾板上的開口與板類零件配合。圖4.10 上圖中的飾板卡入較大飾板的孔中l(wèi) 深孔深孔是開口的延續(xù)，出現(xiàn)在實體類基體件上，深孔對裝配件的約束較為完整。如圖4.11開關支架。圖4.11 開關卡入開關支架對零件基本形狀的定義不是絕對的，他們之間的關系也可視具體設計情況相互轉(zhuǎn)化，如外殼的側壁可在局部視為板。這里給出最常見裝配件和基體件基本形狀的組合如表4.2，每種組合都有一些有助于確?？圻B接可靠性的首選最終裝配運動。表4.2 最常見的基本形狀組合裝配件形狀基體件形

15、狀實體殼體面開口深孔實體板殼體備注：較常見組合；較少見組合。4.2.3 最終裝配運動裝配件在與基體件通過卡扣連接時，完整的裝配動作可能由多種裝配運動組成，本要素描述的是這其中最后一種運動，在此運動過程中鎖緊功能件發(fā)生作用。最終裝配運動與前述的關鍵要求以及功能、基本形狀都密切相關，合理的最終裝配運動定義有助于提高連接的可靠性，滿足裝配協(xié)調(diào)性，也可將裝配力控制在合理的范圍內(nèi)。最終裝配運動概括為以下幾種形式：推、滑、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動。l 推直線運動，裝配件和基體件在鎖緊前接觸時間相對較短，某些具有導向作用的定位功能件應在鎖緊件接觸前先接觸。如圖4.12。圖4.12 推板與孔l 滑直線運動，但定位副先接觸，

16、裝配件在鎖緊前始終與基體件接觸。如圖4.13。圖4.13 滑板與面l 翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運動，裝配件上的定位功能件首先與基體件接合，接合后繞定位副形成的軸作旋轉(zhuǎn)直至鎖緊。如圖4.14。圖4.14 翻轉(zhuǎn)板與孔l 轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)運動，裝配件首先以推的方式與基體件定位副接合，再繞定位副形成的軸旋轉(zhuǎn)直至鎖緊。轉(zhuǎn)動與翻轉(zhuǎn)的區(qū)別在于轉(zhuǎn)動的定位副會定義較明確的軸線，且大部分轉(zhuǎn)動比翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)更大的角度。如圖4.15。圖4.15 轉(zhuǎn)動實體與深孔表4.3給出與常見基本形狀組合相匹配的裝配運動，作為定義裝配運動時的設計參考。表4.3 與常見基本形狀組合相匹配的裝配運動裝配件形狀基體件形狀實體殼體面開口深孔實體推滑翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1）N/A

17、推滑翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1）推翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1）滑轉(zhuǎn)動（1）板推滑翻轉(zhuǎn)N/A推滑翻轉(zhuǎn)推滑翻轉(zhuǎn)N/A殼體推滑翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1）推滑翻轉(zhuǎn)推滑翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1）推翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1）N/A備注：1、轉(zhuǎn)動一般不適合較大的裝配件使用。 2、常用；少用。4.2.4 接合方向接合方向與最終裝配運動的切向平行，是卡扣連接中鎖緊的方向。確定卡扣連接的接合方向的重要原則是：l 與鎖緊同向；l 滿足裝配協(xié)調(diào)性要求；l 盡量不與產(chǎn)品功能要求的較大的、長期的分離性質(zhì)的載荷力同向或角度接近。最后一項原則表明良好的接合方向設計可以使零件主要受力（主要是分離力）由定位副承擔，在設計中如果此項原則不能滿足應認真考慮采用或增加卡扣之外的散件（如螺釘）方式緊

18、固。4.2.5 定位功能件定位功能件在連接中提供大部分方向的約束，抵抗零件導致相對運動的大部分力，在可動連接中它們也用來限制運動方向。定位功能件形式多樣，常見類型包括：l 柱l 筋l 凸臺l 卡爪l 插銷l 表面l 邊緣l 孔l 切口l 合頁汽車塑料件中各類定位功能件通常是這些元素中一種或幾種的組合。裝配件上的定位功能件和基體件上的定位功能件應該成對出現(xiàn)才產(chǎn)生約束，成對出現(xiàn)的定位功能件是定位副。關于各種類型定位功能件的匹配及設計要求詳見第7節(jié)。4.2.6 鎖緊功能件鎖緊功能件在裝配的最后階段發(fā)生作用，與最終裝配運動相對應。在卡扣連接中由于鎖緊功能件必須發(fā)生形變，它們比定位功能件薄弱。鎖緊功能件

19、形式同樣較多，常見類型包括：l 懸臂梁型鎖緊功能件l 平面型鎖緊功能件l 止逆型鎖緊功能件l 扭轉(zhuǎn)型鎖緊功能件l 圓環(huán)型鎖緊功能件與定位功能件類似，零件上的鎖緊功能件需要與對手件上的約束功能件（出于可靠性考慮，通常是不發(fā)生形變的定位功能件）成對出現(xiàn)產(chǎn)生約束，它們一起構成鎖緊副。關于鎖緊功能件設計要求詳見第8節(jié)。5. 約束概述連接的本質(zhì)是約束，約束可理解為對裝配件相對于基體件的運動控制。在一般散件尤其是螺紋緊固的設計中緊固和約束往往是同時產(chǎn)生的，約束布置不會放在特別重要的位置予以考慮，但塑料件的卡扣連接有其特殊性，在設計之初使約束布置合理化是必不可少的。下面從約束原理、約束原則、約束布置三方面進

20、行介紹。5.1 約束原理5.1.1 完全約束或恰當約束在前面4.1.2中已介紹過完全約束與恰當約束的概念，是用數(shù)量最少的約束點完全約束產(chǎn)品或達到產(chǎn)品功能要求的約束，意味著100%的連接效率。完全約束或恰當約束是一種理論約束狀態(tài)，可以為下面章節(jié)介紹的適當約束提供概念基礎，同時在連接中恰好構成完全約束的部分往往是連接的主要基準。圖5.1 矩形裝配件的完全約束過程在這里還有兩點需要說明：l 本指南中描述的約束行為和定位行為需要在概念上進行區(qū)別，如圖5.1，到（d）圖中的步驟三為止按照3-2-1或6點定位原則完成了對裝配件空間位置的定位，當不施加外力時，裝配件相對于基體件的位置是不會移動的，但此時對裝

21、配件的完全約束并沒有完成，直到施加三向鎖緊力才完全約束了裝配件。在塑料件的卡扣連接中，施加鎖緊力的可以是鎖緊功能件，也可以是與定位基準對立的其他定位功能件。l 約束布置對連接穩(wěn)定性影響很大，如圖5.2，在同樣都是完全約束的前提下，（a）圖中的連接穩(wěn)定性高于（b）圖。以6點定位舉例，確定平面的三點應該布置在裝配件最大投影面積的方向（或抵抗最大受力的方向），次大投影面積的方向布置兩點定位，單點定位最后一個方向，在設計中應該盡可能考慮穩(wěn)定性高的布置。圖5.2 約束布置對穩(wěn)定性的影響5.1.2 適當約束如前述完全約束或恰當約束是一種理想的約束狀態(tài)，但在塑料件卡扣連接中大部分約束狀態(tài)是完全約束和滿足連接

22、關鍵要求之間的折中。在考慮產(chǎn)品變形及公差范圍的前提下，借助局部柔性接觸調(diào)整，連接是近似合理的完全或恰當約束，我們稱之為適當約束。適當約束不允許欠約束，但可以包含適當?shù)倪^約束。同恰當約束的概念相同，適當約束的運動方向可以少于12。適當約束的連接有如下特性：l 約束副以外連接不需要外力保持；l 對立的約束滿足塑料件制造工藝所允許的公差精度；l 對立約束不限制因溫度變化或受潮等原因造成的零件變形，或至少可以吸收這樣的變形，不影響約束的可靠性；l 連接后不存在較大的應力，避免應力造成的連接失效。5.1.3 欠約束對欠約束的狹義理解如4.1.2中所述：約束點少于需要約束的運動方向為欠約束。欠約束會造成連

23、接存在可靠性及噪聲方面的問題。但也存在設計不當使部分約束失效造成欠約束，在此略舉如下例子以便讀者更形象體會此類問題：l 鎖緊功能件承受了較大載荷從而損壞，約束布置中應盡可能使用定位功能件承受此類載荷；l 由于約束不適應制造公差或變形帶來裝配件與基體件之間的相對運動；l 定位功能件承受不了載荷損壞。欠約束在連接中是不允許存在的。5.1.4 過約束對過約束的狹義理解如4.1.2中所述：約束點多于需要約束的運動方向為過約束。由于塑料零件尤其是較大的塑料裝飾件剛度較低，因此多于運動自由度的約束普遍出現(xiàn)在這類連接中。但錯誤的過約束布置也會帶來如前表4.1中列舉的裝配困難、較大裝配應力、成本增加、不能適應

24、零件變形等問題，因此在連接設計中應注意避免兩點認識誤區(qū)：l 約束越多連接強度及穩(wěn)定性越高；l 規(guī)定極高的公差可以解決過約束問題。常見的過約束情況包括多余約束和對立約束：l 多余約束的情況如圖5.3，當兩個或兩個以上約束副提供共線作用力承擔載荷時，其中一個約束副就是多余的。由于制造、裝配精度或變形等原因，多余的約束副往往并不實際承擔載荷，反而增加了制造成本，因此保留一個強壯的約束副是較好的選擇。圖5.3 多余約束副l 對立約束的情況如圖5.4(a)，當兩個或多個約束副提供的作用力平行但反向時，這兩個約束副對立。如圖5.4(b) 和5.4(c)，對立的約束副可能造成裝配困難或不能適應零件變形。單純

25、提高制造和裝配的公差精度可能可以解決對立約束的裝配問題，但依然受到零件變形的影響。更好的解決方案如圖5.5，用柱/孔等在短距離內(nèi)產(chǎn)生多向約束的定位副代替大尺寸間距的對立約束，或在約束中設置柔性接觸(柔性接觸的設計在下文中專門介紹)?？傊贾瞄g隔尺寸較大的對立約束時應當謹慎，除非確定精度可以滿足裝配要求或變形可以被吸收，否則應避免此類布置。圖5.4 對立約束圖5.5 對立約束的優(yōu)化5.2 約束原則在前述約束原理討論的基礎上給出約束布置的原則：l 塑料件卡扣連接必須為適當約束，其中完全固定的連接其約束應該限制所有12個運動方向，可動連接可以按需要減少相應的約束方向；l 定位副提供的約束強度高于鎖緊

26、副，因此應該用定位副約束盡可能多的運動方向，鎖緊副約束盡可能少的運動方向；l 滑、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動的最終裝配運動靠定位副約束的運動方向較多；l 不允許欠約束；l 多余約束副應該避免；l 對立約束要適應制造和裝配公差精度，應避免間隔尺寸較大的對立約束；l 部分對立約束可采用柔性接觸設計補償；l 用銷/孔等小尺寸范圍內(nèi)的雙方向定位副代替大尺寸間距的對立約束；l 控制同一轉(zhuǎn)動自由度的兩約束副距離越大約束越穩(wěn)，所以應合理均勻地布置約束副；5.3 約束布置在遵循約束原則的前提下，工程師可用表5.1作為工具對塑料件卡扣連接的約束布置方案檢查和評價，其他形式連接的約束布置也可參照使用此表。其中基準坐標的設置可以與

27、整車坐標方向一致，也可以根據(jù)情況自行設置適合的裝配件坐標。本指南對該表進行了示范性填寫。表5.1 約束布置表約束布置表基準坐標圖裝配件約束位置圖1516111218171097861235414131920約束分析項目裝配件自由度方向平動自由度轉(zhuǎn)動自由度-X+X-Y+Y-Z+Z-X+X-Y+Y-Z+Z約束要求需要約束的方向溫度變化或受潮尺寸變形較大的方向（一般與零件尺寸較大方向一致）功能或外觀需要對齊的方向接合方向因裝配件剛度低可能變形的方向受力情況裝配力由加速度或重力產(chǎn)生的力功能性載荷非正常載荷（濫用力）其他性質(zhì)的分離力備注：1、對上表中受力情況以外的約束要求項目在對應的自由度欄目內(nèi)打“”；

28、 2、在受力情況項目中，對一般程度的受力依據(jù)受力方向在對應的自由度欄目內(nèi)畫“”,對較高受力畫“”。 3、受力方向為力在基準坐標內(nèi)投影的主要方向。約束功能件列表序號約束副布置描述1筋-表面2筋-表面3筋-表面4筋-表面5筋-表面6筋-表面7筋-表面8筋-表面9筋-表面10筋-表面11凸臺-邊緣12凸臺-邊緣13凸臺-邊緣14凸臺-邊緣15插銷-邊緣16插銷-邊緣17筋-邊緣18筋-邊緣19止逆-邊緣20止逆-邊緣備注：1、約束副布置描述欄目內(nèi)填寫約束副類型； 2、約束副序號按主要基準、局部基準、鎖緊的順序排列； 3、有足夠接觸長度或面積的約束副或成組出現(xiàn)的約束副才能約束轉(zhuǎn)動自由度 4、剛性定位副

29、在對應的平動自由度欄目內(nèi)畫“”，柔性定位副在對應的平動自由度欄目內(nèi)畫“”； 5、鎖緊副在對應的平動自由度欄目內(nèi)畫“”； 6、限制轉(zhuǎn)動的約束副在對應的轉(zhuǎn)動自由度欄目內(nèi)打“”； 7、對裝配件的定位功能件根據(jù)其屬性在約束副布置描述欄目內(nèi)的描述內(nèi)容右側順次增加下列符號：主要基準：“”，局部基準：“”，便于后期模具調(diào)整的定位功能件:“”（如用筋接觸代替面接觸,一般是剛性定位功能件），帶有導向或預裝功能的定位功能件:“”。約束檢查約束合理性及尺寸適應性已約束的方向約束是否完整 約束完整 欠約束多余約束尺寸較大距離上的對立約束對立約束是否滿足公差要求 在公差范圍內(nèi) 超差對立約束是否限制裝配件因溫度變化或受潮

30、造成的變形 未限制裝配件變形 限制了裝配件變形是否為對立約束設置了柔性接觸 設置了柔性接觸 未設置柔性接觸備注：1、在已約束方向?qū)淖杂啥葯谀績?nèi)打“”； 2、在多余約束對應的自由度欄目內(nèi)打“”； 3、在存在尺寸較大距離上的對立約束對應的自由度欄目內(nèi)打“”； 4、其余各項根據(jù)約束情況在對應的“”內(nèi)打“”； 5、公差要求參照相關公差列表。對齊及調(diào)整是否布置了滿足對齊要求的約束 有用于對齊的約束 無用于對齊的約束用于對齊的剛性定位功能件是否便于模具調(diào)整 便于模具調(diào)整 模具調(diào)整困難裝配協(xié)調(diào)性是否布置了導向或預安裝 有導向或預安裝 無導向或預安裝各約束副是否影響裝配運動 無運動干涉 存在運動干涉?zhèn)渥ⅲ?/p>

31、根據(jù)約束布置情況在對應的的“”內(nèi)打“”。約束可靠性約束副布置均勻且使裝配件穩(wěn)定 均勻 不均勻針對裝配件低剛度方向進行的約束受力情況約束要求中提出的受力是否均有對應約束 已對應 未對應是否存在由于力作用點到對應約束的距離較遠產(chǎn)生的較大力矩 不存在較大力矩 存在較大力矩針對高受力需要注意強度的約束功能件1、2、3、4、5、6、7、8、9、10問題備注及分析1、-X向缺少定位副限位；2、零件本身較小，又選擇了翻轉(zhuǎn)作為最終裝配運動，所以可以不用安裝導向。3、在零件裝配過程中存在一個方向為+X的插入力，雖然整個連接系統(tǒng)中布置了限制+X向平動的“筋-邊緣”定位副，但在插銷插入時該定位副尚未發(fā)生接觸，故裝配

32、力造成的運動不能被很好限制，導致零件在翻轉(zhuǎn)運動開始前的位置與預期設計存在偏差，可能造成裝配運動干涉。4、較好的修改是在零件的X雙方向外輪廓邊緣布置“筋-邊緣”定位副，保證限位，取消17、18兩處定位副。備注：1、針對裝配件低剛度方向進行的約束項目在對應的自由度欄目內(nèi)打“”； 2、針對高受力需要考慮加強措施的約束功能件在后面的表格內(nèi)記錄約束功能件序號； 3、其余各項根據(jù)約束情況在對應的“”內(nèi)打“”。6. 定位功能件設計我們已在概述和約束的章節(jié)里介紹過定位功能件是實現(xiàn)對裝配件約束的重要功能件在裝配過程中，定位副最先發(fā)生接觸，提供導向并使裝配件逐步約束完整，并在其后的保持狀態(tài)下承受最多方向和最主要的

33、載荷這類功能件的結構通常并不復雜，是一些基本的幾何形狀，大部分有塑料件結構設計經(jīng)驗的工程師都可以熟練運用這些元素。本章節(jié)不再論述如何設計定位功能件/定位副的結構，而是要幫助讀者梳理歸納，并給出一些原則來評價設計的優(yōu)劣。6.1 定位功能件類型4.2.5中列舉了一些常見定位功能件的類型，但我們也可以從幾何關系上將它們歸為四大類，即凸起型定位功能件、表面型定位功能件、孔及合頁。6.1.1 凸起型定位功能件凸起型定位功能件是零件母體上附加的凸起型結構，包含柱、筋、凸臺、卡爪、插銷。6.1.1.1 柱柱是附著于零件母體上的豎直凸起狀定位結構，如圖6.1（a）及6.1（b）展示了常用的兩種柱的類型。l 柱

34、的有效定位面分布在結構周圈；l 單個的柱最多可以約束8向運動（與柱垂直的4向平動，以柱為軸的轉(zhuǎn)動以外的4向轉(zhuǎn)動）；l 與柱配合的定位功能件多為孔或切口；l 由于脫模需要，柱常常帶有拔模，因此柱應該聯(lián)合肩部特征共同使用才能保證定位精度。圖6.1 柱示例6.1.1.2 筋筋是附著于零件母體上的片狀的凸起定位結構，如圖6.2展示了筋的一般用法。l 筋的有效定位面是如圖所示的端部，由于筋的側面強度不高，不推薦作為定位面使用；l 單個的筋只能約束1向平動，成組且同向的筋聯(lián)合使用可以額外約束4向轉(zhuǎn)動；l 與筋配合的定位功能件多為表面或邊緣；l 作為定位功能件的筋要通過合理的高度和厚度設計保證強度。圖6.2

35、 筋示例6.1.1.3 凸臺凸臺是附著于零件母體上的帶有較大拔模的凸起定位結構，凸臺的定位作用與柱類似，但是強度好于柱，如圖6.3（a）及6.3（b）展示了常用的兩種凸臺的類型。l 凸臺的有效定位面分布在結構周圈；l 由于凸臺的高度不足，不能用來約束轉(zhuǎn)動，因此單個的凸臺最多可以約束4向平動；l 與凸臺配合的定位功能件多為孔或切口；l 由于凸臺帶有較大拔模，定位副的對手定位功能件應該與凸臺附著的母體壁面保持接觸才能保證定位精度。圖6.3 凸臺示例6.1.1.4 卡爪卡爪是附著于零件母體上的楔狀突起定位結構，卡爪的定位作用與筋類似，但是強度好于筋，如圖6.4（a）及6.4（b）展示了常用的兩種卡爪

36、的類型。l 卡爪的有效定位面位于如圖所示的拔模較小的那一側面；l 雖然定位面面積大于筋，但單個的卡爪仍然只約束1向平動，成組且同向的卡爪聯(lián)合使用可以額外約束4向轉(zhuǎn)動；l 由于出模方向，與卡爪配合的多為邊緣，部分情況下卡爪也與表面配合；l 卡爪可以作為鎖緊功能件的保持區(qū)域使用，后文會詳細介紹。圖6.4 卡爪示例6.1.1.5 插銷插銷是附著于零件母體邊緣的“L”形突起定位結構，如圖6.5是插銷的一般用法。l 插銷的有效定位面是“L”形狀尾部的上表面；l 圖6.5（a）中比較了含有插銷的定位副的配合方式的優(yōu)劣：其中錯誤的配合方式使用了插銷的非定位面進行定位，在裝配協(xié)調(diào)性和和定位精度方面都會存在問題

37、；l 插銷自身僅能約束1向平動，圖6.5（b）及圖6.5（c）建議設計者將插銷與筋聯(lián)合使用；l 插銷主要與表面或邊緣配合；l 插銷可替代鎖緊功能件主要承受分離方向的載荷，因此設計中需要保證插銷具有良好的強度。圖6.5 插銷示例插銷的一種變型是滑軌，滑軌的形式如圖6.6。l 如圖6.6（a），滑軌的有效定位面與插銷相同；l 滑軌自身僅能約束1向平動及4向轉(zhuǎn)動；l 分離方向的載荷完全由滑軌承擔，滑軌必須具有良好的強度。圖6.6 滑軌示例6.1.2 表面型定位功能件表面型定位功能件可以視為與對手定位功能件配合的平整表面，往往借用零件母體的固有結構或稍作變形，包含表面和邊緣。6.1.2.1 表面表面是

38、母體上平整的表面，一般有一定的面積，如圖6.7為表面示例。l 整個表面都是有效定位面；l 表面可以約束1向平動和4向轉(zhuǎn)動；l 表面常與筋、插銷配合，部分情況下也與卡爪配合；l 兩個表面可以互相配合，但由于精度不能通過微調(diào)模具進行控制，不推薦這樣做；l 由于面積較大，表面不易在模具上進行調(diào)整，因此通常設置在基體件（或尺寸較大的件）上，定位精度通過調(diào)整對手件的定位面控制。圖6.7 表面示例6.1.2.2 邊緣邊緣是母體表面?zhèn)让娴男∶妫c表面相比面積較小，如圖6.8為邊緣示例。l 邊緣的有效定位面如圖6.8所示；l 邊緣最多可以約束1向平動和2向轉(zhuǎn)動；l 邊緣常與筋、卡爪、插銷配合。圖6.8 邊緣示

39、例6.1.3 孔孔類型的定位功能件是零件母體上各種形狀的全孔、半孔或切口，包含孔和切口。6.1.3.1 孔孔是開在零件母體表面完整的孔洞特征，如圖6.9為孔示例。l 孔的有效定位面根據(jù)情況不同分布在孔壁；l 單個的孔最多可以約束8向運動（與孔垂直的4向平動，以孔心為軸的轉(zhuǎn)動以外的4向轉(zhuǎn)動）；l 孔常與柱、凸臺配合；l 對于需要約束轉(zhuǎn)動或有強度要求的孔建議通過增加翻邊延伸孔壁的面積，保證定位的穩(wěn)定性。圖6.9 孔示例6.1.3.2 切口切口籠統(tǒng)的理解為開在零件母體表面外緣的半孔和切口，不能形成完整的孔。切口至少比孔少約束1向運動，設計中往往由于出?；蜓b配協(xié)調(diào)等原因用切口代替孔。如圖6.10為切口

40、示例。l 切口的有效定位面分布在側壁上；l 切口最多可以約束7向運動（與切口垂直的3向平動，以切口的中心軸為軸的轉(zhuǎn)動以外的4向轉(zhuǎn)動）；l 切口的約束效果有時與邊緣相同；l 切口常與柱、凸臺配合；l 與孔類似，切口同樣可以通過增加翻邊提高定位穩(wěn)定性。圖6.10 切口示例6.1.4 合頁合頁是一類特殊的定位功能件，被合頁連接的兩部分實際是同一個零件的兩個功能部位，因其不像鎖緊功能件在裝配過程中彈性變形，并在裝配到位后恢復到原始位置，本指南將其定義為定位功能件。合頁可以約束絕大多數(shù)方向的運動并提供較高的約束強度。l 合頁固定約束10向運動，只有與合頁同軸的轉(zhuǎn)動不被約束；l 圖6.11（b）為合頁變形

41、的說明，其中中性層外側的材料發(fā)生拉伸變形，中性層內(nèi)側的材料發(fā)生壓縮變形；l 合頁結構不能應用于脆性材料。合頁結構的最大應變用公式（其中為合頁變形區(qū)域的厚度；為合頁中性層的彎曲半徑）估算，該應變應小于材料斷裂伸長率的30%。l 由估算公式可以看出合頁的變形區(qū)域厚度要適中，否則會因較大的應變斷裂。l 涉及合頁的模具應注意控制熔接線不要出現(xiàn)在合頁的變形區(qū)域及其附近。圖6.11 合頁示例6.2 定位副的組合及其適配性前文介紹了定位功能件的類型，也提到在連接行為中，裝配件上的定位功能件與基體件上的定位功能件必須配對成定位副才能實現(xiàn)約束。本小節(jié)將可行的定位功能件配對歸納為表6.1，以供讀者參考。表6.1

42、定位功能件配對類別凸起型定位功能件表面型定位功能件孔類別功能件柱筋凸臺卡爪插銷滑軌表面邊緣孔切口功能件約束運動方向2-812-411551-32-81-7凸起型定位功能件柱2-8筋1凸臺2-4（1）卡爪1（2）插銷1滑軌5表面型定位功能件表面5（2）（3）（4）邊緣1-3（1）（4）孔孔2-8切口1-7注：為常用定位副； 為可用定位副，但不推薦使用； （1）由于凸臺具有較大拔模，其與邊緣配合的定位副容易產(chǎn)生錯動； （2）卡爪和表面的配合沒有可靠性方面問題，往往因為影響產(chǎn)品直接出模不在常用設計中； （3）和（4）這兩種定位副因為適配后的模具可調(diào)整性差不在常用設計中。6.3 定位副與裝配l 5.2

43、的約束原則中提到，定位副提供的約束強度高于鎖緊副，應該用定位副約束盡可能多的運動方向，鎖緊副約束盡可能少的運動方向，而約束副的布置必須與裝配相適應；l 4.2.4在談到結合方向時指出，接合方向與最終裝配運動的切向平行，良好的接合方向設計可以使零件主要受力（主要是分離力）由定位副承擔。因此卡扣連接的可靠性與設計者選擇的裝配方式息息相關。6.3.1 定位副與最終裝配運動裝配方式中對約束副布置影響最大的是最終裝配運動，4.2.3中將卡扣連接的最終裝配運動歸結為推、翻轉(zhuǎn)、滑、轉(zhuǎn)動這四種形式。l 推形式的最終裝配運動由定位副約束的運動方向最少，且定位副不能提供接合方向的約束；l 翻轉(zhuǎn)形式的最終裝配運動由

44、定位副約束的運動方向多于推形式，其連接的可靠性也好于推形式，但依然不能完全提供結合方向的約束,翻轉(zhuǎn)形式與推形式的約束比較見圖6.12；圖6.12 翻轉(zhuǎn)形式與推形式的約束比較l 能否選擇滑形式和轉(zhuǎn)動形式作為最終裝配運動要視連接的功能要求而定，這兩種形式的裝配運動與翻轉(zhuǎn)形式相比并不能使定位副提供更多的約束方向，但卻可以完全約束接合方向，因此連接的可靠性最好。表6.2對四種最終裝配運動的約束情況進行了歸納。表6.2 定位功能件配對最終運動形式定位副約束運動方向的最大數(shù)量定位副對接合方向的約束推9無約束翻轉(zhuǎn)11部分約束滑11完全約束轉(zhuǎn)動11完全約束6.3.2 定位副的裝配協(xié)調(diào)性裝配協(xié)調(diào)性是卡扣連接的關

45、鍵要求之一，要實現(xiàn)這一要求必須保證定位副與裝配方式相協(xié)調(diào)。設計者一旦選定一種最終裝配運動，相應可用的定位副也就基本確定了。以翻轉(zhuǎn)為例，如圖6.13，柱圓孔構成的定位副與這種裝配顯然不協(xié)調(diào)，將此定位副換成適應最終裝配運動的柱長圓孔，問題就解決了。通過上面的例子我們看到約束布置完成后根據(jù)裝配方式進行運動干涉檢查的必要性。圖6.13 定位副應與裝配運動協(xié)調(diào)在裝配過程中先發(fā)生接觸的約束副往往附帶導向功能，導向?qū)ρb配過程起引導和保護的作用，即：l 在裝配過程（區(qū)別于最終裝配運動）之初引導裝配件對正大體位置，保證裝配按照預設的運動完成；在連接到位前對較大的零件提供一定的支承，為裝配操作提供便利；l 零件的

46、部分功能區(qū)域或鎖緊功能件往往易在不正確的裝配運動中損壞，需要強度較高的導向區(qū)域在裝配中為它們提供保護。由于導向的上述兩項特點，附帶導向功能的約束副往往是定位副。圖6.14是柱圓孔構成的定位副為以推為最終裝配運動形式的裝配件提供導向的例子，而關于導向的設計我們將在后續(xù)設計優(yōu)化的章節(jié)專門進行討論。圖6.14 由定位副提供導向的示例表6.3對常用定位副與最終裝配運動的適應性進行了歸納，便于讀者在設計中參考。表6.3 常用定位副與最終裝配運動的適應性常用定位副類型最終裝配運動形式推翻轉(zhuǎn)滑轉(zhuǎn)動柱孔（圓孔）柱孔（長孔）柱切口筋表面（邊緣）凸臺孔（1）凸臺切口卡爪表面（邊緣）插銷表面（邊緣）滑軌注：為常用匹

47、配； 為可用匹配，但不推薦使用； （1）由于凸臺具有較大拔模，視情況也可用于翻轉(zhuǎn)形式的裝配；6.4 定位副與保持在卡扣連接的保持過程中，所有約束副的主要功能有二：l 定位裝配件與基體件連接的相對位置，其衡量標準是精度；l 抵抗可能使連接錯動或分離的潛在受力，保證連接可靠，其衡量標準是強度和穩(wěn)定性。下面我們從這兩方面對定位副與保持的關系進行簡述。6.4.1 定位精度相當多的卡扣連接對于裝配件和基體件的某些區(qū)域是有對齊要求的，這就要求設計者必須考慮如何控制該區(qū)域的定位精度。我們除了在圖紙上對定位精度提出要求，也需要掌握如下定位副設計原則：l 用來保證零件對齊的定位副是高精度定位副，它們的強度應該較

48、高，不能因為受到錯動力而變形；同時高精度定位副中一方的定位功能件應為易于模具調(diào)整的特征，便于試裝后對精度的微調(diào)；l 在零件尺寸較大的連接中，放松與高精度定位副形成對立約束的定位副的精度要求，為對立約束的定位副設置柔性接觸；圖6.15展示了高精度定位副及為其對立約束的定位副的布置思路：圖6.15 定位副的布置應與連接的對齊要求相協(xié)調(diào)l 約束相同運動方向的成組定位副的間距應在合理范圍內(nèi)盡可能大（且布置均勻），這會增加定位的尺寸穩(wěn)定性。如圖6.16，裝配件通過兩個卡爪邊緣構成的定位副約束對Y向平動和以Z為軸的轉(zhuǎn)動進行約束。其中卡爪1和卡爪2之間的距離為，被考察的點A到卡爪1與卡爪2連線的垂向距離為，

49、當卡爪2在Y向的精度偏差為時，點A在X向的晃動為。通過計算可以得到，當較小時，近似的有。這個例子說明，約束相同運動方向的成組定位副的間距應在合理范圍內(nèi)盡可能大（且布置均勻），這會增加定位的尺寸穩(wěn)定性。圖6.16 定位副間距對尺寸穩(wěn)定性的影響6.4.2 定位強度與穩(wěn)定性定位強度與穩(wěn)定性是保證連接可靠的必要條件。在設計之初，工程師就要羅列零件連接后的潛在受力：l 對于某向受力，如果該力的作用范圍較?。摧d荷較為集中），與之對應的定位副可以單獨布置，也可以成組布置，設計者需要確保定位副具有足夠抵抗該力的強度。但單獨布置的定位副提供的抵抗力可能與零件受力形成力偶，不利于零件定位的穩(wěn)定性；l 零件也可能

50、受到沿同一方向分散分布的載荷或造成轉(zhuǎn)動的力矩，為了使定位穩(wěn)定，對應的定位副應成組布置，成組的定位副間與載荷垂直方向的距離越大定位越穩(wěn)定，該距離至少應該超過載荷的分布寬度。圖6.17展示了定位穩(wěn)定性的實例：圖6.17 定位的穩(wěn)定性7. 鎖緊功能件設計鎖緊功能件是另一種約束功能件，其定義在前文已有介紹，此類功能件在卡扣連接中主要表現(xiàn)為裝配、保持和分離行為，其行為的力學特性遵循彈性變形的拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲的狀態(tài)。需要注意的是，鎖緊功能件在不同連接行為中表現(xiàn)的力學特性不盡相同，合理利用這種差異有助于工程師在結構設計中解決對鎖緊連接的裝配、保持行為的性能需求矛盾。在這里列舉一些關于鎖緊功能件的一般性原則：l 在一組鎖緊副中，通常只有一邊的功能件為可以變形的鎖緊功能件，如果需要的變形幅度較大，也可能會出現(xiàn)鎖緊副中兩邊的功能