塑料与橡胶管理塑料件卡扣连接设计指南DOC81页

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1、 塑料与橡胶管理塑料件卡扣连接 设计指南 DOC81 页 塑料与橡胶管理塑料件卡扣连接 设计指南 DOC81 页 塑料件卡扣连接设计指南 Q/JA S CXXX2017 1.范围1.范围 1 2.规范性引用文件2.规范性引用文件 1 3.定义3.定义 1 4.塑料件卡扣连接概述4.塑料件卡扣连接概述 2 4.1 卡扣连接的关键要求4.1 卡扣连接的关键要求 2 4.2 卡扣连接的要素4.2 卡扣连接的要素 4 5.约束概述5.约束概述 12 5.1 约束原理5.1 约束原理 12 5.2 约束原则5.2 约束原则 16 5.3 约束布置5.3 约束布置 16 6.定位功能件设计6.定位功能件设

2、计 21 6.1 定位功能件类型6.1 定位功能件类型 21 6.2 定位副的组合及其适配性6.2 定位副的组合及其适配性 29 6.3 定位副与装配6.3 定位副与装配 30 6.4 定位副与保持6.4 定位副与保持 33 7.锁紧功能件设计7.锁紧功能件设计 36 7.1 锁紧功能件类型7.1 锁紧功能件类型 36 7.2 锁紧功能件的结构设计与计算7.2 锁紧功能件的结构设计与计算 52 7.3 对锁紧功能件装配与保持行为的分离7.3 对锁紧功能件装配与保持行为的分离 76 前 言 为指导本公司塑料件卡扣连接的开发，特制定了本设计指南。 集成在产品上的卡扣连接与散件紧固或焊、粘接相比功能

3、产品单一，无需配套 ； 不要求焊接、 点胶等复杂的操作；锁紧功能件由模具成型，一致性好，互换性强，尤其适合汽车行业的大 批量生产；装配及拆卸往往不需要工具，便利性强；省去或减少了螺钉、螺母等散件的使用 数量，降低了生产成本；可用于对外观有要求而不能使用散件紧固的产品。且由于塑料产品 的材料和工艺特性特别有利于集成式卡扣的开发，所以卡扣连接是一种普遍应用于汽车塑料 产品的连接形式。 然而塑料件卡扣连接的可靠性特别依赖设计，本指南旨在对卡扣设计进行介绍，使读者了解 相关知识并能应用在本公司塑料产品的设计开发中。 本指南由公司产品管理部提出并归口。 本指南起草单位：车身工程研究院。 本指南主要起草人

4、：黄闿鸣 本指南由车身工程研究院负责解释。 1 塑料件卡扣连接设计指南 1.范围1.范围 本指南主要从约束布置、定位功能件及锁紧功能件设计等方面对集成在塑料件上的卡扣连接 进行介绍，也可为其他未集成在塑料件上的卡扣连接形式提供设计参考。 本指南用于指导本公司汽车塑料件卡扣连接的设计开发。 2.规范性引用文件2.规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随 后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准 达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。 JB/T6544-1993 塑料拉伸和弯曲弹性模量试验方法

5、 3.定义3.定义 塑料件的连接塑料件的连接 通过机械、焊接、粘接等连接手段对塑料件形成特定约束的连接方式。 卡扣连接卡扣连接 卡扣连接是通过集成在零件上或分离的定位功能件和锁紧功能件共同作用对零件形成特定 约束的连接方式，其中锁紧功能件在装配过程中发生形变，随后又恢复到它原始位置从而形 成锁紧并提供保持力。 定位功能件定位功能件 定位功能件是相对非柔性的约束功能件，它们保证装配件和基本件之间的精确定位，提供锁 紧力以外的分离抵抗力，承受约束行为中主要的载荷。 锁紧功能件锁紧功能件 锁紧功能件是在装配过程中弹性变形，并在装配到位后恢复到原始位置从而形成锁紧并提供 保持力的约束功能件。 基体件基

6、体件 基体件是在连接过程中相对较大，在装配运动中可以视为静止不动的零件或总成，可以视为 连接的基准。以汽车为例，对大部分需要装配的饰件来说，车身就是基体件。 装配件装配件 装配件是需要通过约束连接到基体件上的零件或总成。 4.塑料件卡扣连接概述4.塑料件卡扣连接概述 如本指南前言所述卡扣连接是一种可以降低制造成本，提高装配效率及便利性的连接方式， 并且特别适合在塑料件上进行开发，但相应的其对设计和成型的要求也较高，尤其是良好的 卡扣连接设计可以降低大部分连接层面的失效。 下面的概述部分主要从卡扣连接的关键要求关键要求和要素要素两个方面对卡扣连接的设计要点进行介 绍，这些要点是在卡扣连接设计中需

7、要重点关注的。 2 4.1 卡扣连接的关键要求4.1 卡扣连接的关键要求 卡扣连接的关键要求主要包括连接可靠性连接可靠性、约束完整性约束完整性和装配协调性装配协调性，它们是卡扣连接的基 本目标。其他要求还应该包括制造工艺的可行性、成本的高低，但不在此详细讨论。 4.1.1连接可靠性4.1.1连接可靠性 连接可靠性是产品在使用寿命中确保连接符合设计的要求，产品的使用寿命包括但不局限于 产品的装配、运输、用户操作、维修阶段，因此对连接可靠性的要求也包括： 连接符合功能预期； 连接强度； 在用户操作过程中不发生分离、松动、破损、噪声； 尤其是汽车塑料件的连接应能够适应使用过程中因环境因素引起的产品变

8、形或蠕变； 保证装配和维修拆卸的操作与设计预期一致。 其中接合强度是约束功能件约束功能件（定位功能件及锁紧功能件） 在产品使用寿命中承受装配、分离、 载荷及变形力的能力，是连接可靠性最重要的要求，也是对约束功能件结构强度的要求。 4.1.2约束完整性4.1.2约束完整性 空间物体有 6 个自由度，并可沿每个自由度的正反两向运动，如图 4.1。约束是对零件之间 相对自由度的控制，是由装配件和基体件上的约束功能件实现的。通过约束恰好限制零件之 间的全部 12 向运动是完全约束，这是大多数连接中需要的约束；也可能因为产品功能需要 而不进行完全约束，保留产品的一部分相对运动，但该运动也是通过约束功能件

9、进行限制和 保证的。约束刚好满足产品功能并与约束的运动方向数量恰好相对应是恰当约束。 图 4.1 装配件相对于基体件的 6 个自由度及 12 项运动 在连接中相对于恰当约束还存在过约束和欠约束， 约束点多于需要约束的运动方向为过约束， 少于需要约束的运动方向为欠约束。其中过约束在一些较大的汽车塑料件中用于保证局部重 点区域的配合，但极易由于精度、变形、应力等原因造成装配困难、约束失效、甚至产品损 坏，使用时需要慎重。欠约束应区别于为适应产品功能而保留的相对运动，通常是由于设计 不合理或约束功能件薄弱而引起的约束问题，是卡扣连接必须避免的。列举部分约束对于产 品连接的影响如表 4.1。 表 4.

10、1 约束对产品连接的影响举例 约束完整性 受影响因素 恰当约束过约束欠约束 装配便利性可按设计状态装配装配困难无影响 可靠性 可靠性依赖约束功能件 的强度 因应力较大导致连接失 效 1、因零件间相对运动导 致锁紧失效 2、因缺少约束影响零件 3 功能 噪声无异响无直接影响 因零件间相对运动存在 异响 成本需要的精度适当需要较高精度无直接影响 4.1.3装配协调性4.1.3装配协调性 装配协调要求装配（拆卸）过程中零件各要素与装配（拆卸）运动相适宜，以便装配操作。 图 4.2 及图 4.3 的两个例子都违反了装配协调性。 图 4.2 锁紧功能件与定位功能件的接合方向互相干涉 （a）设计未给悬臂钩

11、在装配中的变形保留足够空间 （b）装配为推运动，然而拆解为翻转运动，翻转过程中一端卡扣可能因过度形变而损坏 图 4.3 装配和拆卸运动中违反装配协调性 为了满足装配协调性，在卡扣连接设计中应遵循以下原则： 定义的装配运动应该与装配件和基体件的基本形状相适应（在本指南 4.2.2 中进行介 绍） ； 装配件和基体件上所有有形要素应与装配运动相适宜； 保留锁紧功能件形变所需的空间； 转配和拆卸运动的方向应平行而反向。 4.2 卡扣连接的要素4.2 卡扣连接的要素 卡扣连接的要素在这里分为描述性要素和有形要素两部分，描述性要素包括功能功能、装配件和装配件和 基体件的基本形状基体件的基本形状、最终装配

12、运动最终装配运动和接合方向接合方向；有形要素包括定位功能件定位功能件和锁紧功能件锁紧功能件。这 些要素是表征卡扣连接的某一方面属性，设计者在方案初期就要进行规划。 4.2.1功能4.2.1功能 功能是首先要规划的描述性要素，它是连接的基本目的，主要包括以下几方面： 4.2.1.1 连接后两件的相对运动4.2.1.1 连接后两件的相对运动 装配件和基体件连接后的相对运动关系直接决定约束的布置， 与 4.1.2 中提到的约束向匹配。 在完全固定的连接中，零件之间不存在相对运动，在 12 个运动方向上受到完全约束；在可 动连接中，装配件和基体件存在受控相对运动，但在运动中不允许分离，在存在运动的方向

13、 上不设置约束。 连接后的相对运动由产品功能进行定义。 4.2.1.2 连接精度4.2.1.2 连接精度 连接精度是对连接后装配件和基体件之间相对位置的精度要求，是约束准确性的体现，如汽 车装饰件安装后与周边的间隙和段差要求。 4.2.1.3 连接类型4.2.1.3 连接类型 4 卡扣连接可以是最终连接也可以是其他连接出现之前的临时连接。 当在产品的使用寿命中始终使用卡扣形式进行连接，则卡扣连接为最终连接；当卡扣仅将连 接保持到其他连接出现，则卡扣连接为临时连接，临时连接也仅要求在该周期内保证连接可 靠。 4.2.1.4 连接后的保持4.2.1.4 连接后的保持 保持涉及锁紧副的特性：永久锁紧

14、和非永久锁紧。保持特性由产品功能进行定义。 永久锁紧是设计为连接后不再分离的，这种锁紧一旦接合必须借助工具才能分离，并且 往往会造成零件的损坏，这样的连接是不能进行维修的。 非永久性锁紧是设计为可在连接后进行分离的，这种连接的锁紧功能件可依靠分离力变 形或人为施加变形力而与对手件脱开，非永久锁紧连接的锁紧功能件的脱开方式应在设计时 进行定义。 图 4.3 和图 4.4 是对保持特性及锁紧功能件脱开形式的举例说明。 （a）永久性止逆锁紧（b）永久性悬臂钩锁紧 图 4.4 永久性锁紧示例 （a）依靠分离力脱开的非永久性锁紧（b）依靠人为施加变形力脱开的非永久性锁紧 图 4.5 非永久性锁紧示例 保

15、持特性由产品功能进行定义。 4.2.2装配件和基体件的基本形状4.2.2装配件和基体件的基本形状 基本形状描述的是装配件的整体及基体件的装配局部区域装配件的整体及基体件的装配局部区域。使用基本形状描述装配件和基体 件可以使设计规划更形象，针对不同基本形状零件的连接对应不同的约束方案、装配运动和 接合方向。零件基本形状主要包括：实体实体、板板、壳体壳体、面面、开口开口、深孔深孔，下面进行说明。 实体实体 形状封闭为体、刚度较好的零件，如图 4.6 的开关，对实体的约束应该完整。 图 4.6 开关 板板 相对薄的零件，往往有弯曲和扭转的趋势，板只被定义为装配件的一种。如图 4.7 的盖板， 对板类零件的约束常在零件周边。 图 4.7 盖板 壳体壳体 壳体类零件有一到多个方向的开口，开口导致此类零件侧壁刚性较差，需要约束。如图 4.8 的组合开关下包壳。 图 4.8 组合开关下包壳 面面 面只出现在基体件上，是与装配件配合的连接表面，面本身就产生约束作用。图 4.9，组合 开关上包壳的面用于安装防尘皮套的卡板。 5 图 4.9 防尘皮套的卡板卡入组合开关上包壳的安装面 开口开口 开口一般附着在面或与面近似的形状上， 也是基体件的一部分， 定位功能件