卡扣設計
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-18
卡扣設計的視頻教程
UG培訓第十五課：產品卡扣設計
卡扣是汽車和電子工業中必然選擇的一種基礎連接結構，卡扣的建模也是非常具有實際意義。 本次課程主要內容如下： 卡扣的功能； 卡扣的設計要點； 卡扣的種類和使用場合。
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卡扣設計的實例教程
卡扣設計的原則
卡扣設計的最終目標是要實現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調性，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；
βe：卡扣的保持面角度。
上面參數，除了彈性模量E、摩擦系數μs跟卡扣所用的材料有關外，其他參數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。
展開 一、背景介紹
連接結構是產品中的重要部件，構成產品的各個功能部件需要以各種方式連接固定在一起形成整體，以完成產品的設計功能。常見的連接形式有螺栓連接、焊接連接、鉚接連接、粘合連接、磁力連接、卡扣連接等。而卡扣連接是一種能夠降低制造成本，提高裝置效率及便利性的連接方式，特別適合在塑料件上進行開發，廣泛應用在塑料與塑料之間及塑料與金屬件的裝配連接上。
卡扣的類型有很多，按其形狀可劃分為：懸臂式卡扣、圓環式卡扣和球型式卡扣。
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，如安全帶卡扣、書包扣等。
圖 1 懸臂式卡扣
2、圓環式卡扣：常見于圓環型的產品，如筆筒蓋，食品盒等。
圖 2 圓環式卡扣
3、球型式卡扣：常見于一些類關節轉動的結構，如兒童玩具、手機支架等。
圖 3 球型式卡扣
卡扣的結構通常由兩個部分組成：一個是卡扣頭，另一個是卡扣槽。卡扣設計的最基本要求是實現兩個零件之間的連接固定，要達到連接固定的效果，卡扣頭和卡扣槽的尺寸匹配顯得尤為重要。過于緊密的裝配尺寸會讓連接過程變得十分困難且易造成卡扣損壞，而過于松弛的裝配尺寸則會導致卡扣連接晃動，甚至產生脫扣失效。
為了確保卡扣性能能夠滿足實際應用要求，需要進行詳細的計算分析和終端應用試驗。一般會計算卡扣插入過程中的裝配力、最大變形量、最大內部應力等。采用傳統的設計-分析流程，需要在卡扣設計定型之前進行反復的尺寸調整和分析計算迭代，不僅費時，而且費力。而基于Simdroid多物理場仿真平臺開發的仿真APP，可以實現卡扣結構的快速設計與分析，提高產品研發效率。
展開 接上篇：塑膠件的結構設計：卡扣篇（上）。
卡扣設計的原則
卡扣設計的最終目標是要實現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調性，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。
連接可靠性，是卡扣設計中最重要的一個設計指標，一般會從以下幾個方面去考慮：
l
連接符合功能預期；
l 連接強度；
l 在用戶使用過程中不發生分離、松動、破損、噪聲；
l 能夠適應使用過程中因環境因素引起的產品變形或蠕變；
l 保證維修拆卸的功能與設計預期一致。
實際上，在產品設計過程中，會根據產品的定位、部件的功能以及成本去選擇需要滿足的連接可靠性要求，并不是每個設計都需要完全滿足以上要求，比如有些設計不需要經常拆卸或維修，那么設計符合前三點就可以，如果需要經常拆卸，那么就需要考慮拆后卡扣的功能與設計預期一致，此時卡扣設計的類型選擇或具體設計參數上就會有所改變，比如下圖中同樣是電池蓋，但是應用在充電寶和遙控器上卡扣的設計就會不同。
下面針對懸臂梁卡扣的連接強度計算進行分析介紹：
一、常見的懸臂梁卡扣的主要有以下參數：
1、梁根部的厚度Tb
T
b
一般為壁厚T
w
的50%~60%，太小可能會存在充模和流動問題，太大可能會存在冷卻問題，進而會導致大的殘余應力、縮孔和縮痕。當梁是從壁面延伸出來時，T
b
可等于T
w
。
展開 一、卡扣的含義
卡扣：也稱卡鉤、卡口、扣位，是產品結構上常用的一種連接固定結構，一般需要另一與之配合的零件實現連接效果，尤其在塑膠件上較為常見，兩個零件的連接方式有很多種。
二、卡扣連接的優缺點：
相對于其他連接方式，卡扣是一種比較經濟、有效、簡單便捷的塑膠連接方式，具體表現為：
經濟性：塑膠卡扣可以在塑膠件上直接成型，裝配時無需其他緊鎖配件，如螺絲、螺母等，節約成本。
有效性：卡扣的連接強度可以滿足大部分產品設計，在一些需要更高連接強度的產品中，卡扣可以作為一種輔助連接，如螺絲+卡扣。
簡單便捷性：通過合理設計，卡扣連接可以實現快速裝配和拆卸，拆裝過程甚至可以無需輔助工具。
同時，卡扣連接也是一種可以對產品外觀的完整性保持良好的連接方式之一，特別是對外觀有高要求的消費電子產品領域，卡扣連接是應用最廣泛的連接方式。
但，卡扣連接同樣也有些缺點：
模具成本高：除特別設計外（碰穿），卡扣在模具上成型一般需要設計斜頂或行位，這些模具結構的數量會影響到整個模具的成本。
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，需兩到三次試模調配。
連接質量不易評估：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和效果，容易造成人為裝配不到位而使連接質量打折扣。
連接強度不足：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試的產品，只設計卡扣連接一般滿足不了測試要求。
可拆卸次數有限：除一些采用韌性較好的材料或經過特殊結構設計的卡扣外，一般大部分卡扣的拆卸次數都有限，卡扣由于多次拆卸變形，導致卡合量減小，連接效果降低。
不可復原性：卡扣一旦斷裂，即失效，無法再補救，整個零件可能因此報廢。
展開 本實例講解 （懸臂梁防脫式卡扣設計及CAE仿真）
講解內容如下：
卡扣相關尺寸設計理論計算（參考設計手冊）；
實際案例中運用計算；
CAE（仿真）計算裝配力、脫離力、應力分析；
CAE仿真步驟說明；
理論計算及仿真數據校對；
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Actran仿真完整流程
本研究的仿真流程與實驗流程并行推進，Actran的核心應用貫穿從單體建模到系統驗證的全階段，具體流程如下：
● 設計幾何聲學通道裝置（含導音管空腔底座、封蓋、帶出音孔上蓋三部件，采用卡扣設計安裝）；
實際測試模型
● 通過 Actran建立完整 AR 眼鏡模型，利用T-S參數，定義微型喇叭計算單元，設定分析頻率范圍、流體域類型（有限
采用傳統的設計-分析流程，需要在卡扣設計定型之前進行反復的尺寸調整和分析計算迭代，不僅費時，而且費力。而基于Simdroid多物理場仿真平臺開發的仿真APP，可以實現卡扣結構的快速設計與分析，提高產品研發效率。
二、仿真APP解決方案
本文以圓頭卡扣為例，介紹卡扣的分析過程和仿真APP制作方法，并基于仿真APP完成卡扣的尺寸設計。
1、仿真流程搭建
1）參數化建模。
因此作為機械工程師，我們的責任是設計出合理的卡扣，使機械結構接觸良好，并保持電氣連接通暢。
設計上主要的挑戰在于，卡扣的閉合是一個裝配的過程，這個過程是動態的，卡扣的幾何結構越來越小形狀越來越復雜，而且材料不斷創新，卡扣設計必須能夠適應這些變化。
兩側面的進風口板除了8個卡扣（單側面）的配合，在一端，將卡扣設計的比較小，在連接裝配的同時還提供了安裝的位置信息。
將濾芯處外殼兩側的6個扣與內部支架拆開，將其卸下。完成主機4個側面殼體的拆卸。
兩出風口處的塑料邊框，通過熱熔方式（紅圈標出）安裝在出風口處的對應孔位，起到美化外觀作用。
操作簡單
◆ 有替代螺絲，螺母，華司等昂貴金屬件的功能
◆ 適應如一般塑膠件的組裝
◆ 沒有像焊接與點膠的復雜操作技術要求
◆ 一些塑膠產品能重復撤裝利用
塑膠卡扣的缺點：
◆ 由如倒扣需要較高的模具費用
◆ 易出現一些常見的的不良，如卡扣組裝不到位或習慣性的空裝
◆ 卡扣成型很難做到完全密合，組裝后在重力的作用下經常會有一些蠕動
◆ 如果卡扣設計不合理或較弱會影響到產品的質量與銷售
卡扣設計的原則
卡扣設計的最終目標是要實現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調性，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.
接上篇：塑膠件的結構設計：卡扣篇（上）。
卡扣設計的原則
卡扣設計的最終目標是要實現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調性，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。
五、卡扣設計的原則
卡扣設計的最終目標是要實現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調性，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。
由于篇幅過長，此部分內容放到下篇介紹，本篇就介紹到此處，感謝查閱。
總結卡扣設計考慮要素：
卡扣需要考慮布局數量位置,安裝形式,安裝強度，注意事項：
a.規則外形,布局按右圖方形圓形卡扣分布,方形殼體寬度≤20,寬度不做扣位;20<殼體寬度≤50,作1至2個扣位;圓形殼體一般扣位會均布,如做防呆,可以將扣位稍微移動,保證扣位分布均勻。
設計什么樣子的聯接方式合理，在有的產品設計卡扣的地方就不用設計螺釘聯接。有的地方又必須設計螺釘聯接，比如要受力，比如要密封。還有點的螺釘聯接不能是自攻螺釘聯接，必須是機械螺釘聯接，因為要防止塑膠老化導致的螺釘松動從而導致產品性能和安全性能發生變化，這個是致命的。我們產品的定位、聯接、限位要區分的很清楚，不能弄混。
