卡扣設計的原則

卡扣設計的最終目標是要實現(xiàn)兩個零件之間的成功連接固定，要達到連接固定的效果，卡扣設計時需要從以下幾方面進行考慮：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鍵要求，其他要求還應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就是卡扣需要保證有足夠的保持強度，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；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外，其他參數(shù)跟卡扣的結構設計相關；通過增大Wb、Tb/Lb的比值、Y、βe都可以增強卡扣的保持強度。

1）增大Wb

增大卡扣的寬度W b ，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，卡扣的保持強度就越大，但是實際設計中，考慮到制造與裝配，常常通過設計多個小卡扣代替一個大卡扣。

卡扣的排布：卡扣應均勻設置在零件的四周，以均勻承受載荷，對于容易變形的地方（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計在較軟材料上的零件上，常常采用強脫出模，比如常見的一些日化產(chǎn)品的瓶蓋。

對于一些寬度較大的卡扣，為了提高母扣的強度，可以在大卡扣中設計兩個小卡扣，如下圖。

2）增大Tb/Lb的比值

增大T b 或減小L b 都可以增大T b /L b 的比值，實際上也是增大梁的剛度，但是T b 不宜過大，否則會引起外觀不良，合理的方式是通過增加加強筋或者局部淘膠，如下圖。

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

3）增大Y

Y這里指的是卡扣保持面的深度，實際上卡扣的保持強度應該是跟卡合量有關，理論上Y值可以等于卡合量，但是在實際結構設計中，為了便于裝配以及后續(xù)的調(diào)整，一般預留一定的間隙或余量，比如以下某卡扣的設計，前后都預留了0.2-0.5的間隙，預留空間方便后續(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)具體的應用可在0.3-1.2之間取值。

采用以下這種增強件結構，可以在Y值不變的情況下增強卡扣的保持強度，同時，通過一定的優(yōu)化設計，可以兼容裝配的方便性。

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

通過以上優(yōu)化后，使其裝配性更好，同時保持強度不會降低很多，缺點是如果卡扣在產(chǎn)品內(nèi)部，拆卸性差，為了能夠實現(xiàn)拆卸，必要的情況下可以在卡扣上方設計拆卸口，如下圖，通過工具實現(xiàn)拆卸。

卡扣的卡合量（Y值）在裝配后確定一個相對不變的值，但是在使用的過程中，外殼變形導致Y值減小而導致卡扣易松脫，以下這種限位筋（反插骨）對Y值起到一定的保持作用，限位筋離卡扣越近，卡扣的保持強度就越強，同時，限位筋應成對設計，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。

對于一些特殊結構，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，實際上是裝配件相對于基體件的運動，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，就是裝配件相對于基體件的運動控制。

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，那么約束就是實現(xiàn)最終目標最基本的關鍵要求。

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、導軌、楔、卡爪、表面、邊緣、凸耳、凸臺、槽、孔和活鉸鏈等，定位件與配合件組合形成定位副。

鎖緊副之前文章已經(jīng)以懸臂梁卡扣為例進行大篇幅介紹，以下主要針對定位副做進一步介紹。

一個好的連接結構，應該是首先被導向，然后是定位，最后才是連接緊固，對卡扣連接而言，也應如是。

卡扣設計定位結構有以下好處：

l 定位結構起到導向作用，便于裝配；

l 確定唯一裝配位置，防止裝配不當損壞卡扣；

l 提高卡扣的配合精度，從而提高卡扣的連接強度；

l 抵抗卡扣某方向上的分離力，從而提高卡扣的連接強度。

定位結構在零件上一般會以兩種方式存在：

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

l   一種是經(jīng)過特殊設計，用來實現(xiàn)某種定位功能的結構，比如凸臺、柱子、孔、導軌、鉸鏈等。這種定位結構精度高，容易實現(xiàn)尺寸的控制與微調(diào)。

在約束的設計上，完全約束是理想狀態(tài)，實際設計中講究的是適當?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器裝配，在目前階段，我們大部分都是基于人為裝配進行設計，所以，在設計過程中，除了考慮卡扣基體本身的活動空間外，還必須考慮人為操作空間（人機工程學）。

比如裝配過程中，操作者需有一定的視野，如無法避免，需有導向結構。

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），且操作力應符合人機工程學要求。

4.  制造工藝的可行性、成本高低

1）如無必要，卡扣設計時應考慮避免增加模具的復雜度，把需要側向抽芯機構的改為不需要要側向抽芯的結構，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，但是模具結構變得復雜，模具成本增加。

a）兩段斜頂結構

b）內(nèi)滑塊結構

c）滑塊出斜頂結構