塑料件卡扣連接設(shè)計指南

1、塑料件卡扣連接設(shè)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(guān)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(shè)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(shè)計 367.1 鎖緊功能件類型 367.2 鎖緊功能件的結(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)本公司塑料件卡扣連接的開發(fā)，特制定了本設(shè)計指南。集成在產(chǎn)品上的卡扣連

2、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(fù)雜的操作；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(yīng)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(shè)計，本指南旨在對卡扣設(shè)計進行介紹，使讀者了解相關(guān)知識 并能應(yīng)用在本公司塑料產(chǎn)品的設(shè)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。

3、本指南主要起草人：黃闿鳴本指南由車身工程研究院負責(zé)解釋。IV塑料件卡扣連接設(shè)計指南1 .范圍本指南主要從約束布置、定位功能件及鎖緊功能件設(shè)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(shè)計參考。本指南用于指導(dǎo)本公司汽車塑料件卡扣連接的設(shè)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

4、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(fù)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(fù)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

5、。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(yīng)的其對設(shè)計和成型的要求也較高，尤其是良好的卡扣連接設(shè)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(guān)鍵要求和要素兩個方面對卡扣連接的設(shè)計要點進行介紹,這些要點是在卡扣連接設(shè)計中需要重點關(guān)注的。4.1 卡扣連接的關(guān)鍵要求卡扣連接的關(guān)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(yīng)該包

6、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設(shè)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：連接符合功能預(yù)期；連接強度；在用戶操作過程中不發(fā)生分離、松動、破損、噪聲；尤其是汽車塑料件的連接應(yīng)能夠適應(yīng)使用過程中因環(huán)境因素引起的產(chǎn)品變形或蠕變；保證裝配和維修拆卸的操作與設(shè)計預(yù)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(jié)構(gòu)強度的要求。4.1.2 約束完整性空間物

7、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(yīng)是恰當約束。啪 裝配件 c ?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4.1。需要約束的運動方向為欠約束。其中過約束在一些較

8、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(yīng)力等原因造成裝配困難、約束失效、甚至產(chǎn)品損壞，使用時需要慎重。 欠約束應(yīng)區(qū)別于為適應(yīng)產(chǎn)品功能而保留的相對運動，通常是由于設(shè)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)品連接的影響如表表4.1約束對產(chǎn)品連接的影響舉例受影響因素恰當約束約束完整性過約束欠約束裝配便利性可按設(shè)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(yīng)力較大導(dǎo)致連接失效1、因零件間相對運動導(dǎo)致鎖緊失效2、因缺少約束影響零件功臺匕目匕噪聲無異響尢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局精度無直接

9、影響4.24.1.3 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。圖及圖4.3的兩個例子都違反了裝配協(xié)調(diào)性。11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(shè)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(shè)計中應(yīng)遵循以下原則：定義的裝配運動應(yīng)該與裝配件和基體件的基本形狀相適應(yīng)(在本指南4.2.2中進行介紹)；裝配件和基體件上所有有形要素應(yīng)與裝配運動相適宜；保留鎖緊功能件形變所需的空間；轉(zhuǎn)配和拆卸運動的方

10、向應(yīng)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，描述性要素包括如、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(shè)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(guān)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

11、，但在運動中不允許分離，在存在運動的方向上不設(shè)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。永久鎖緊是設(shè)計為連

12、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。非永久性鎖緊是設(shè)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(yīng)在設(shè)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

13、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(shè)計規(guī)劃更形象，針對不同基本形狀零件的連接對應(yīng)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： 戛隹、梃、殼體、匝、江巨、辿，下面進行說明。實體形狀封閉為體、剛度較好的零件，如圖 4.6的開關(guān)，對實體的約束應(yīng)該完整。圖4.6開關(guān)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4.7零件的約束常在零件周邊。的蓋板，對板類圖4.7蓋板殼體殼體類零件有一到多個方向的開口，開口導(dǎo)致此類零件側(cè)壁剛性較差，需要約束。如圖 開關(guān)下包殼。4.8的組合圖4.8組合開關(guān)下包殼面,組合開關(guān)上包面只出現(xiàn)在基體件上，是與裝配件配合的連接

14、表面，面本身就產(chǎn)生約束作用。圖4.9殼的面用于安裝防塵皮套的卡板。圖4.9防塵皮套的卡板卡入組合開關(guān)上包殼的安裝面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(guān)支架。圖4.11開關(guān)卡入開關(guān)支架對零件基本形狀的定義不是絕對的，他們之間的關(guān)系也可視具體設(shè)計情況相互轉(zhuǎn)化，如外殼的側(cè)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

15、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狀實體殼體面¥口桀孔實體O板OOO殼體OOO備注：一一較常見組合；。一一較少見組合。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(guān)鍵要求以及功能、 基本形狀都密切相關(guān)，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、造、皿、轉(zhuǎn)動。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(dǎo)向

16、作用的定位功能件應(yīng)在鎖緊 件接觸前先接觸。如圖 4.12。圖4.12板與孔滑直線運動，但定位副先接觸，裝配件在鎖緊前始終與基體件接觸。如圖 4.13。圖4.13板與面翻轉(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轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)板與孔轉(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(shè)計參考。表4.3與常見基本形

17、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)N/A推, 滑, 翻轉(zhuǎn)推,翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1)轉(zhuǎn)動滑。31)轉(zhuǎn)動（1)轉(zhuǎn)動，(1)板1推?；７D(zhuǎn)。N/A推, 滑, 翻轉(zhuǎn)£推, 滑, 蒯轉(zhuǎn)N/A殼體推?；７D(zhuǎn)。推?；?。翻轉(zhuǎn)C推C滑C)推,翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動（1)N/A翻轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動。（1)轉(zhuǎn)動。（1）備注：1、轉(zhuǎn)動一般不適合較大的裝配件使用。2； 常用；。一一少用。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：與鎖緊同向；滿足裝配協(xié)調(diào)性要求；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

18、接近。最后一項原則表明良好的接合方向設(shè)計可以使零件主要受力（主要是分離力）由定位副承擔，在設(shè) 計中如果此項原則不能滿足應(yīng)認真考慮采用或增加卡扣之外的散件（如螺釘）方式緊固。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(dǎo)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：柱筋凸臺卡爪插銷表面邊緣孔切口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(yīng)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(guān)于各種類型定位功能 件的匹配及設(shè)計要求詳見第 7節(jié)。4.2.6 鎖緊

19、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(yīng)。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。鎖緊功能件形式同樣較多，常見類型包括：懸臂梁型鎖緊功能件平面型鎖緊功能件止逆型鎖緊功能件扭轉(zhuǎn)型鎖緊功能件圓環(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(gòu)成鎖緊副。關(guān)于鎖緊功能件設(shè)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(shè)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

20、慮，但塑料件的卡扣連接有其特殊性，在設(shè)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%勺連接效率。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(chǔ)，同時在連接中恰好構(gòu)成完全約束的部分往往是連接的主要基準。（n） 蜂裝里杵連拓到基體H上（b）第一聚.三立的平面.限制了一向平動及兩向轉(zhuǎn)通第二步，兩點醐定宜線.眼轅了一向平動及一向轉(zhuǎn)動（心第三步.單點限制 響不動，

21、定位M在裝配件上詼Mi鎖聚白完成狗束圖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：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 。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

22、舉例，確定平面的三點應(yīng)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(shè)計中應(yīng)該盡可能考慮135.2約束原則15穩(wěn)定性高的布置。（Q完全約束，約束巷定性高（B）完全約束，約束穩(wěn)定性低圖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關(guān)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

23、束的運動方向可以少于12。適當約束的連接有如下特性：約束副以外連接不需要外力保持；對立的約束滿足塑料件制造工藝所允許的公差精度；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；連接后不存在較大的應(yīng)力，避免應(yīng)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 接存在可靠性及噪聲方面的問題。但也存在設(shè)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：鎖緊功能件承受了較大載荷從而損壞，約束布置中應(yīng)盡可能使用定位功能件承受此類載荷；由于約束不適應(yīng)制

24、造公差或變形帶來裝配件與基體件之間的相對運動；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。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(yīng)力、成本增加、不能適應(yīng)零件變形等問題，因 此在連接設(shè)計中應(yīng)注意避免兩點認識誤區(qū)：約束越多連接強度及穩(wěn)定性越高；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：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，

25、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。斯生位副之一是聚余的取消一個約束副，建強另一個圖5.3多余約束副對立約束的T青況如圖 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(yīng)零件變形。單純提 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(shè)置柔性

26、接觸(柔性接觸的設(shè)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(yīng)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(yīng)避免此類布置。凸臺，造凄2CO對立約束5露甘費形共同作用可雷造威連接失頰圖5.4對立約束<»>用柱/孔等小尺寸范圍內(nèi)的雙方向定位副代替大尺寸間題的對立約束在口臺上峭加蒼扁受形的筋(b)在沒有對齊要求一湍的定位副中設(shè)置柔里圖5.5對立約束的優(yōu)化在前述約束原理討論的基礎(chǔ)上給出約束布置的原則:12個運動方向，可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(yīng)該限制所有動連接可以按需要減少相應(yīng)的約束方向；定位副提供的約束強度高于鎖緊副，因

27、此應(yīng)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；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；不允許欠約束；多余約束副應(yīng)該避免；對立約束要適應(yīng)制造和裝配公差精度，應(yīng)避免間隔尺寸較大的對立約束；部分對立約束可采用柔性接觸設(shè)計補償；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；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(yīng)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(shè)置可以與整車坐標方向一致，也可 以根據(jù)情況

28、自行設(shè)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約束布置表約束要12341117710891813201461519裝配件自由度方向約束分析項目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平動自由度轉(zhuǎn)動自由度-X+X-Y+Y-Z+Z-X+X-Y+Y-Z+Z裝配力由加速度或重力產(chǎn)生的力受力情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(yīng)的自由度欄目內(nèi)打“丁;2 、在受力情況項目中，對一般程度的受力依據(jù)受RT向在對應(yīng)的自由度欄目內(nèi)畫，對較高

29、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-表向派VVVV2筋-表向派3筋-表向派4筋-表向派5筋-表向派6筋-表向派7筋-表向派8筋-表向派9筋-表向派10筋-表向派11凸臺-邊緣支VV12凸臺-邊緣支13凸臺-邊緣支14凸臺-邊緣支15插銷-邊緣16插銷-邊緣17筋-邊緣支18筋-邊緣支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 、剛性定位副在對應(yīng)的平動自由度欄目內(nèi)畫“ ”，柔性定位副在

30、對應(yīng)的平動自由度欄目內(nèi)畫“口” ；5 、鎖緊副在對應(yīng)的平動自由度欄目內(nèi)畫；6 、限制轉(zhuǎn)動的約束副在對應(yīng)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(cè)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(dǎo)向或預(yù)裝功能的定位功能件：“。約束檢查約束合 理性及 尺寸適 應(yīng)性已約束的方向VVVVVVVVVVV約束是否完整口約束完整V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)口超差對立約束是否限制裝配件因溫度變化或受潮造成的變形口未限制裝

31、配件變形口限制了裝配件變形是否為對立約束設(shè)置了柔性接觸口設(shè)置了柔性接觸口未設(shè)置柔性接觸備注：1、在已約束方向?qū)?yīng)的自由度欄目內(nèi)打“，”；2 、在多余約束對應(yīng)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(yīng)的自由度欄目內(nèi)打“M”；4 、其余各項根據(jù)約束情況在對應(yīng)的“口”內(nèi)打“M”；5 、公差要求參照相關(guān)公差列表。對齊及 調(diào)整是否布置了滿足對齊要求的約束V有用于對齊的約束口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V便于模具調(diào)整口模具調(diào)整困難裝配協(xié)調(diào)性是否布置了導(dǎo)向或預(yù)安裝有導(dǎo)1可或預(yù)安裝V無導(dǎo)1可或預(yù)安裝各約束副是否影響裝配運動V無運動干涉口存在運動干涉?zhèn)渥ⅲ焊鶕?jù)約

32、束布置情況在對應(yīng)的的“口”內(nèi)打“約束可靠性約束副布置均勻且使裝配件穩(wěn)定V均勻口不均勻針對裝配件低剛度方向進行的約束VV受力情況約束要求中提出的受 力是否均有對應(yīng)約束口已對應(yīng)V未對應(yīng)是否存在由于力作用點到對應(yīng)約束的距離較遠產(chǎn)生的較大力矩V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(dǎo)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

33、力造成的運動不能被很好限制，導(dǎo)致零件在翻轉(zhuǎn)運動開始前的位置與預(yù)期設(shè)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(yīng)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(yīng)的“口”內(nèi)打“6.定位功能件設(shè)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一一在裝配過程中，定位副最先發(fā)生接觸，提供導(dǎo)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

34、要的載荷21這類功能件的結(jié)構(gòu)通常并不復(fù)雜，是一些基本的幾何形狀，大部分有塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計定位功能件/定位副的結(jié)構(gòu)，而是要幫助讀者梳理歸納，并給出一些原則來評價設(shè)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(guān)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(jié)構(gòu)，包含桂、逾、包、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(jié)構(gòu)，如圖 6.1 (a)及6.1 (b)展示了常用的兩種柱的類 型。

35、柱的有效定位面分布在結(jié)構(gòu)周圈；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)；與柱配合的定位功能件多為孔或切口 ；由于脫模需要，柱常常帶有拔模，因此柱應(yīng)該聯(lián)合肩部特征共同使用才能保證定位精度。有效定位面(a)帶有肩部的圓柱(b)帶有肩部的十字筋圖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(jié)構(gòu)，如圖6.2展示了筋的一般用法。23筋的有效定位面是如圖所示的端部，由于筋的側(cè)面強度不高，不推薦作為定位面使用；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;與筋配合的定位功能件多為表面或邊緣；作為定位功能件的筋要通過合理

36、的高度和厚度設(shè)計保證強度。圖6.2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(jié)構(gòu)，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。凸臺的有效定位面分布在結(jié)構(gòu)周圈；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；與凸臺配合的定位功能件多為孔或切口；由于凸臺帶有較大拔模，定位副的對手定位功能件應(yīng)該與凸臺附著的母體壁面保持接觸才能保 證定位精度。有效定位面有效定位面(a)椎體凸臺(b)六面體凸臺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(jié)構(gòu)，卡爪的定位作用與筋類似，但是強度好

37、于筋，如圖6.4(a)及6.4 (b)展示了常用的兩種卡爪的類型?？ㄗΦ挠行Фㄎ幻嫖挥谌鐖D所示的拔模較小的那一側(cè)面；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；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；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6.11.5 插銷插銷是附著于零件母體邊緣的“L”形突起定位結(jié)構(gòu)，如圖 6.5是插銷的一般用法。插銷的有效定位面是“ L”形狀尾部的上表面；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

38、裝配協(xié)調(diào)性和和定位精度方面都會存在問題；插銷自身僅能約束1向平動，圖6.5 (b)及圖6.5 (c)建議設(shè)計者將插銷與筋聯(lián)合使用; 插銷主要與表面或邊緣配合；插銷可替代鎖緊功能件主要承受分離方向的載荷，因此設(shè)計中需要保證插銷具有良好的強度。插銷后的筋壓住對手件的表面 壇與梅獻合妁意覆動方向，的宜位面和時相的邊縹接觸（。揄白定位的剖現(xiàn)圖圖6.5插銷示例31插銷的一種變型是滑軌，滑軌的形式如圖6.6 。如圖6.6 (a),滑軌的有效定位面與插銷相同;滑軌自身僅能約束1向平動及4向轉(zhuǎn)動;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。有效定臉面(a)滑軌定位國的配合示且(b )制定位副的配合斷

39、面圖6.6滑軌示例1.1.2 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(jié)構(gòu)或稍 作變形，包含表面和邊緣。1.1.2.1 表面表面是母體上平整的表面，一般有一定的面積，如圖6.7為表面不例。整個表面都是有效定位面;表面可以約束1向平動和4向轉(zhuǎn)動;表面常與筋、插銷配合，部分情況下也與卡爪配合;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;由于面積較大，表面不易在模具上進行調(diào)整，因此通常設(shè)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表面不例1.1.2.2 邊緣邊緣是母體表面?zhèn)让娴男∶?，與

40、表面相比面積較小，如圖 6.8為邊緣示例。邊緣的有效定位面如圖 6.8所示；邊緣最多可以約束1向平動和2向轉(zhuǎn)動；邊緣常與筋、卡爪、插銷配合。圖6.8邊緣示例1.1.3 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。1.1.3.1 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?？椎挠行Фㄎ幻娓鶕?jù)情況不同分布在孔壁；4向轉(zhuǎn)動）；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)動以外的孔常與柱、凸臺配合；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。(b)長圓孔圖6.9孔示例不能形成完整的孔。 切口至少

41、比孔少約束 16.10為切口示例。1.1.3.2 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, 向運動，設(shè)計中往往由于出?；蜓b配協(xié)調(diào)等原因用切口代替孔。如圖切口的有效定位面分布在側(cè)壁上;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 轉(zhuǎn)動)； 切口的約束效果有時與邊緣相同;切口常與柱、凸臺配合;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1.1.4 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(fù)到原始位置，本指南將其定義為定位功能件

42、。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。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；圖6.11 (b)為合頁變形的說明，其中中性層外側(cè)的材料發(fā)生拉伸變形，中性層內(nèi)側(cè)的材料發(fā)生壓縮變形；. h 合頁結(jié)構(gòu)不能應(yīng)用于脆性材料。合頁結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)變用公式MAX (其中h為合頁變形區(qū)2r域的厚度；r為合頁中性層的彎曲半徑)估算，該應(yīng)變 MAX應(yīng)小于材料斷裂伸長率的 30%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(yīng)變斷裂。涉及合頁的模具應(yīng)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。告頁府變膨區(qū)域(口)合奧的漸轉(zhuǎn)示例田仲區(qū)域的材耨歸K中11層長度未發(fā)生或變亡壓縮區(qū)

43、域的材料壓縮(b)合頁的變形說明圖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定位功能件配對類別凸起型定位功能件表向型定位功 能件孔類別匕匕 而件柱筋凸臺卡爪|插銷滑軌表面邊緣孔切口功能 件約束 運動 力向2-812-411551-32-81-7凸起 型定柱2-8位功 能件筋1凸臺2-4O (1)卡爪1O (2)插銷1滑軌5表向 型定表面5O (2)O (3)O (4)位功 能件邊緣1-3O (1)O (4

44、)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(shè)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(shè)計中。6.3 定位副與裝配5.2的約束原則中提到， 定位副提供的約束強度高于鎖緊副，應(yīng)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(yīng)；4.2.4在談到結(jié)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(shè)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

45、接的可靠性與設(shè)計者選擇的裝配方式息息相關(guān)。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(jié)為推、翻轉(zhuǎn)、滑、轉(zhuǎn)動這四種形式。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；翻轉(zhuǎn)形式的最終裝配運動由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(jié)合方向的約束，翻轉(zhuǎn)形式與推形式的約束比較見圖6.12 ;(a )推肥式的裝配中俵賽副始后全部分圈力、由卡帆邊熔師的定一 單耨一離力 .<b>齷轉(zhuǎn)彤式的裝配中定位副接抗了部分分施力圖6.12翻轉(zhuǎn)形式與推形式的約束比

46、較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(guān)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(shè)計者一旦選定一種最終裝配運動，相應(yīng)可用的定位副也就基本確定了。以翻轉(zhuǎn)為例，如圖6.13 ,柱一一圓孔構(gòu)成的定位副

47、與這種裝配顯然不協(xié)調(diào)，將此定位副換成適應(yīng)最終裝配運動的柱一一長圓孔，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(yīng)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(dǎo)向功能，導(dǎo)向?qū)ρb配過程起引導(dǎo)和保護的作用，即： 在裝配過程（區(qū)別于最終裝配運動）之初引導(dǎo)裝配件對正大體位置，保證裝配按照預(yù)設(shè)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； 零件的部分功能區(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(dǎo)向區(qū) 域在裝配中為它們提供保護。由于導(dǎo)向的上述兩項特點，附帶導(dǎo)向功能的約束副往往是定位副。圖

48、 6.14是柱一一圓孔構(gòu)成的定位 副為以推為最終裝配運動形式的裝配件提供導(dǎo)向的例子，而關(guān)于導(dǎo)向的設(shè)計我們將在后續(xù)設(shè)計優(yōu)化的章 節(jié)專門進行討論。圖6.14由定位副提供導(dǎo)向的示例表6.3對常用定位副與最終裝配運動的適應(yīng)性進行了歸納，便于讀者在設(shè)計中參考。表6.3常用定位副與最終裝配運動的適應(yīng)性常用定位副類型最終裝配運動形式推翻轉(zhuǎn)滑轉(zhuǎn)動柱一一孔（圓孔）柱一一孔（長孔）柱一一切口筋 表向（邊緣）凸臺一一孔O ( 1)凸臺一一切口卡爪 表向（邊緣）插銷 表囿（邊緣）滑軌注：為常用匹配；。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

49、過程中，所有約束副的主要功能有二：定位裝配件與基體件連接的相對位置，其衡量標準是精度；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(guān)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(shè)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(shè)計原則：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(yīng)該較高，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(yīng)為易于模具調(diào)整的特征，便于試裝后對精度的微 調(diào)；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(shè)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：基因牛某酢件圖6.15定位副的布置應(yīng)與連接的對齊要求相協(xié)調(diào)約束相同運動方向的成組定位副的間距應(yīng)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一一邊緣構(gòu)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l ,被考察的點A到卡爪1與卡爪2連 線的垂向距離為h ,當卡爪2在Y向的精度