塑料卡扣设计研究及CAD应用模块开发

塑料卡扣设计研究及CAD应用模块开发 摘要 摘要 卡扣连接是装配中重要的连接形式，因其不需要增加额外零件和装配简单等优点在诸多场合『,逐渐取代螺钉成为最主要的连接方法。 在传统的卡扣不发中，设计人员通常是参考类似产品卡扣的几何参数，根据需要对几何参数进行同比例放大或缩小，这种设计丝然过于粗糙:或者利用塑料供应商埕供的参考设计准则进行殴汁，但是那些准则中提供的可参考卡扣类型比较单一，而且包含有公式和图 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ，在设计使用时过了二繁琐。 本课题针对以上问题，整理归纳出几种常用卡扣原型，对其关键尺寸及装配力学性能进行研究，并选择典型卡扣进行深入分析得到其最大应变计算公式。最后利用,,，十工具和,,,,,,,,,,,不发工具包，不发了基于,,,,,平台的卡扣设计模块，其集设计与三维模型输出一体化的特点最大限度的简化了卡扣设计过程。 以,,,机为例，利用卡扣设计模块对其装配忙扣进行设计，并对设计结果用,,,,,进行验证，检验卡扣设计模块的应用效果。 因为设计用计算公式都是建立在,些假设的前提下，所以本课题的卡手【,设计模块并不是提供最终精确设计结果，而是给分手『,的几何参数没计提供了有价值的参考，其计算结果完全能够满足实际工程的要求。在,, ,口条件,，,扣设计的精确结果无法完全通过简单的设计公式得到。关键词:卡扣 ,,,,, 回归分析 ,;十十 ,,, ,,,,,?,,,,,, ,,,,, 江南人学埘，学位论殳 ,,,,,,,, ,,,,—,, ,,,,;,,,,, ,, ,,, ,,,,,，柚, ,,,,【】, ;,,,，,“, ,,,?,, ,,,,,,, ,, ,, ,,,, ,,, ,,,,,,, ,,(,;;,,,, ,,,,, , ,,, ,,(,?帅,， ,,,,, ,, ,,,, ,, ,, ;,, ,, ,,,,,, ,,,,,,,,, ,,?， ,， ,, ,,,,,,,,】, ,,,,,,;】,, ,;,,,“),, ，,, ,。,, ,,,,,,,,, ,,,,;,,,,,, ,, ,,,,,,， ,,,,,,,,,,( ，, ,,,,,,,,,,, ;。,,,; ,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,，,,,,,,,,, ;,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,,,—,, ,,,, ,,,,,,, ,,,,,;,，,, ,,,,喀, ,, ,,,,;, ,,, ,,,,,,,,;,, ,,,,,,,,,,,, ,;,,, ,, , ,,, ,,？,,,,(，, ,, ,,,,,,, ,,,, ,,,, ,;,,,, ,, ,,, ,,,, ,;;,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,一靠, ;,, ,, ,,,,,,,, ,, ,,, ,,证,,,;,, ,,,,,,甜 ,, ,,。,,,,,,;;,,,,,,,,(,,;,,,, ,,诧, ,,,,—, ,,,;, ,,,,, ,,,, ,,, ？,,,, , ，,,。,。？,,,,,,, ,,,;,,,,, ,,, ,,,,,,,;,, ;,,,，,,,，,， ,,(?,,,,,,,, ,,,, ,,,,,, ,,,, ,,,,,,, ,, ,,,,,,,;,, ,,,,,,, ,,“,, ,,,,,,( ,,, ,,山, ,,,,,,,, ,,,,,，,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,, ,,, ,,,,,叩,, ,, ,,; ,,,,;,,,,, ,,,;，,。, ,, ,,,,一行, ,,,,,,,,, ,,, ,, ,,,,,,, ,,,,, ,,,,一“, ,,, ,,,;,,,,,, ,,,, ,,, ,,, ;,,,,, ,, ,,,,,,,,, , ,,,,—, ,,, ,,,,,,, ,,,,儿,; , ,, ,,; ,,,,,,, ,,,,,,,,,,【,(,,印一,, ,,,,,, ,,,,,;、帕, ,;,;,,,;, ,,,,,, ,,, ，?,,, ,,,,, ,, ,,,，，,,, ,，,,，,,,,,,, ,,,,, ,, ;,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,, ,,,; ,, ;, ,,,;,,, ,,, ,,,,,,,,他,，,,;,,,,，,,, ,,, ,,,,,,,,,,朋, ,,;,丑,,;,, ,,,,,,,,,, ,,抽,, ,,陀,,,,】刮，“,,，,,, ,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,, ,,,, ,,,, ,, ,,,,,, ,？,,,,,,,,,,;,, ,,,, ,,,,,,,,【,,, ;,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,，,?,,,，,, ,硝“, ,,, ,,,, ,, ,,十十,,, ,,,，,,,,,,,，,,,,,叩士,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,,, ,,, ,,,厄啪, ,,,,,,,,,( ,, ,, ,, ,,,,,, ,,,佃,?,, ,,;,,,, ,, , ,,,,,,,,，,,,,,,,,,, ,,; ,,,,„,,, ,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,印一, ,,,,,, ,,,,,,(,,, ,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,—,，, ,;,,,, ,,,,,,, ,,,,;, ,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,;, ,,，, ,,,, ,, ,,,,, ,,,,曲,,,,，,,，,,,,,;, ,, ,, ,,,,,,,, ,,,,(丘, ,,,,,, ,,,,,; ,,,,, ,,;,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,、,,,; ,,,, ,, ,,?,, ,？,,,,,,, ,, ,,,, ,,, , ,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,, ,？,,,,,,, ;,,，,,„, ,, ,,,;,,, ,;;,,,,， ,,, ,, ,,,,,,,,, , ,,,,,,, ,,,,,,,;,, 丁,, ,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,, ,,, ,,,矗,,,,;,, ,,,,,;,;,, ,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,,—,,,,,,—, ,,,,,, ,,,,， ;,, ;,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,, ,,,,,,, ,, ,,, ,,,;,,;,, ,叫,;,,,,,,,,,,,，,,, ,,,;,,, ,;,,,,, ,,,,,,—, ,,,,,,, ;,, ,,, ,, ,,, ,, ,,,,，, ,,,,,,,( ,,,,, ,;,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,，， ,,, ,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,:,,,,,,, ,,,,, ，， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我,同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名: 瑙～塾 日期:如,年上月髟日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定:江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密 后也遵守此规定。 签名: 殛:垒导师签名:座至,至, 日期: 函《年，月‖日 第,节，,，， 第,章引言 ,(,课题研究背景 在当今的,二活中，我们,,,以往玩其、背包、汽,，叫,饰，铺、家川产:品或者嵌花 中随处看到卡扣(图， ,,,(,),,,踪影。卡扣是迎过装配过程,,，,,,弹性变形和到协 后的变形复原柬实现两零件之,的州暇(图,(,)。 ,; 一,, 幽,,悬臂钩,,,,? 引】,旋,,式,, ,,匹霉 吾吲,简母 捕八方向—,, 手 ,啦忡磊 , 四定造接部分(协:”块) 捅入时抻牲偏争, 近接后忡?恢复 , 俐， , ,扪近接过捌示惫蚓 卡扣作为零部件的一,,，,,重硬连结形式诅,产?,协哎,七？囊，,了,“泛地威删，其,要原因有以下几个方丽: ,)由于塑料制,曷在生活巾的广一泛应用，人们刈于塑料性能的研究达到了 一定的深度，塑模:，二艺也已经可以满足产品复杂结构的要求。 ,)随着现代制造技术的发展和需求水平的提高，人们对产品的设计要求 不仅仅是满足功能的实现，而是更关注科学技术与艺术的完美结合。 由于卡扣连接是一种隐藏在产品内部的连接形式，所以不会影响产品 的外观效果。 ,)大部分卡扣的装配主要是通过直线运动实现的，比起螺钉装配的旋转 加直线运动更为简单，所以更易在自动生产线上实现装配。 ,)卡扣是连接件?内 种结构形式，与螺钉相比，不需要增加额外零件。 卡扣虽然常见于在产品设计中，但其繁琐的殴计过程导致目,”,扣设计的效率较低。目前，大多数采用类比?椒ɡ醇蚧 凵杓乒 蹋 嬷ひ庖迳系目 凵杓菩杈 樵目 巯喙厣杓剖植帷?炙阈:撕 劢 ,壬 岵街琛,导噬希 桓隹 凵杓乒 袒嵘婕暗搅锌 酃 降睦斫夂脱?涂 瘛?问 ? ?峁 治鲆约敖 ,戎罘矫妫 瓿烧 鱿匀换峄ǚ焉杓普叽罅康氖鄙竞途 Α,攵砸陨衔侍猓 究翁庠诓卧挠泄乜 凵杓莆南椎幕 ?希 阅壳俺,玫目 劾嘈汀?氐愫图扑?江南人学坝，:学位论文方法等进行了系统地分析，提出了卡扣计算与建模一体化的方法，大大提高了卡扣设计的效率。,(,卡扣研究的现状与发展趋势,(,(,国内外研究情况 国外早在,,世纪术就有多家聚合物公司提供了其自主研发的卡扣设计手册，其卡扣计算公式主要通过理论计算和实验数据修证得到的。如德国,,,,,公司提供的手册…主要针对最常用的悬臂钩卡扣、环形卡扣和,形卡扣的设计进行指导:美国,,;,,,公司也给出了悬臂钩蕾扣、环形卡扣的计算公式,,,。虽然给出的卡扣原型(,,,,—,,, ,,,,,,,,,)较少，但是这些卡扣原型都是最常用的，所以对卡扣的设计具有重要的指导意义。随着近年来对卡扣结构研究的深入和新方法 (特别是有限元分析方法)的引用，使得卡扣设计研究突破了理论推导的限制，更多的卡扣的研究者们从不同角度出发，提出了针肘不同类型卡扣设计的较优公式。如,,,,年,,,,,等人利用有限元分析的方法对刺钩指状卡扣进行了研究, ,，给出了一定尺寸范围内的卡扣设计公式。 据可查阅的文献显示，囡内对卡扣的早期研究主要是卡扣连接的:亡作原理方面…引，对于具体的设计计算涉及较少，仅在文献【,〕中(,,,,年)介绍了长度方向具有双向斜面的悬臂钩卡扣的变形计算公式。其他的主要文献有:文献【,】中(,,,,年)介绍了环形及:悬臂钩卡扣的连接原理，文献【,】(,,,,年)中给出了,形卡扣的工作原理等。不难看出，国内对卡扣的研究目前大部分停留在对不同卡扣原型工作原理进行介绍的层面，在卡扣的关键尺寸的研究方面还局限在悬臂粱和环形卡扣等较少类型，与国外差距较大。有关卡扣设计和三维建模一体化,,,模块方面的研究和不发目前未见报道。,(,(,卡扣研究 的发展趋势,)卡扣原型的多元化 从钩状卡扣(图,(,)、球状卡扣(图,、,)到旋转式卡扣(图,(,)，不同的形状和装配原理的卡扣应用情况大不相同，随着研究的深入，更方便有效的卡扣原型会不断出现。,,较优卡扣原型选用准则的扩充 在设计初要选择与应用情况最匹配的卡扣原型，就需要对几种卡扣原型进行比较，如何确定这些原型的比较准则也是卡扣研究的方向一,。,,卡扣设计、分析和建模一体化 卡扣设计、分析和建模一体化将使得卡扣设计者最为迅速有效的得到满足要求的卡扣模型，并可直接观察到卡扣装配的分析结果。在保证设计有效的前提下节省了大量时问。,,常用卡扣原型“零件”的标准化和系列化 卡扣,,众多场合替代了螺钉，如何使,扪“零件”和螺钥。,样达剑标准化和 系列化也是其发展的方向。 ,(,课题研究内容、意义及创新点 ,(,(,课题研究内容 本文主要对卡扣改计、建模一体化进行研究，研究内容大致如下: ,)对现有最为腆骂～的降,,:?原型关键八,,和砹汁方法做„系统化的总结归 纳。 ,)选择一典型卡扣原型，哎,，实验刈其装配过程,,,的应变进行深入分析研 究，运用回归分析方法拟合得到应变的计算公式。 ,)利用,;和,,,,,,、,,,,,，不发基于,,,，，三平台的卡扣殴讲模块，实现卡扣 没计与建模的一体化。,(,(,课题研究意义本课题研究主要有以下几个意义:,给出了刺钩指状卡扣的应变计算公式，给设计者判断设计有效提供依据。,)卡托，发计模块使的卡扣的设计过程可视化，设计者可通过简单的选择输入操 作完成卡扣的设计。,) 悟打『设计模块中提供,勺卡托】模型输,,,助能吱观使得，捌殴汁肝自,力生成降 扣三维模型，省去了发汁者手动建模过程。,(,(,课题创颥点，)在现有所提供的指状刺钩卡扣力学计算公式的基础上，应用有限元力学分析 与数值回归分析的方法得到指状刺钧„,扣的应变汁算公式。,)不发以三维软件为平台的卡扪,殴计模块实现了膏扣设计、建模一体化。 江南人学坝卜学位论立 第,章卡扣设计基础 卡扣在连接过程中会产生较大的弹性变形，主要用于塑料件问的连接，如手机外壳的连接、电池盖与本体的连接以及其他数码产品的零部件连接等。,(,卡扣的组成与分类,(,(,卡扣的组成 一个完整的卡扣主要包括定位、锁紧和附属等部分。,,定位部分 定位部分是提供抵抗跨结合面的力的强度和装配件与基体件的精确定位。定位部分可以是附加在连接上的、提供精确定位的特殊功能部分，也可以用装配件或基体件原先存在的功能部分，如起定位作用的壁面、表面或边缘，如图,(,所示。 ?箸型高:苫鬲醪》锁紧粉 育—??—口,轵二一,、耿累 梆,” ??——?—??———， ? ,(,,,;,紧軎,,分 ， 、 —固勇醺运卜 (,)】州千,定位功能部分 幽, ，:定位约束功能部分 幽, ,锁紧功能部分,,锁紧部分 锁紧部分是保持零件定位和提供装配保持力的约束功能块。是卡扣的主体部分。其比定位部件薄弱，因为锁紧部分必须能够偏斜彳能装配。只要装配件和基体件装配到位，锁紧部分就将它们保持在这个位置上，如图,(,所示。,)附属部分 附属部分是最容易被忽略的功能部分，它们不直接影响连接的强度，但对可靠性会产生问接影响。其改善了连接对变量的孥固性和产品寿命中的使用条件，也可以改善用户友好性。如采用导轨、问隙和引导易于装配，利用文字和符号来指导用户操作，利用一些辅助件来保护薄弱、敏感功能件或保持、增强锁紧件等。 卡扣中起主导作用的是锁紧部分，其设计参数也是设计者最为关，心的，所以本课题中主要对卡扣的锁紧功能部分进行研究。—— 翌～塑堕～竺～～:,(,(,卡扣的分类 通过从不同角度对卡扣的分类，使卡扣,殳计者从初始就,刿确,,;,计中需要什么样的卡扣。,)按锁紧部分类型的分类 悬臂梁锁紧卡扛】:通过梁的弯曲来结合，利』,梁的拉,，,,和弯九或者拉仲和剪切束保持，如图, ,。 伊? 庐伊 ，:,,, ,，岂臂梁锁鬃,“, 平面型锁紧件卡扣:其包含一个或两个能偏剁的壁，通常伟?有,个边缘和一 亨个壁上的卡爪。它们通过平板的偏删束结合，利用剪切强度和压缩强度以及板的力学性能来保持，如图, ,。 一 ,,是卡爪 叫以足?】,,,,坑或 ,,扎构成的边缘 旧, ,平面??锁紧,打『 止逆型锁紧卡扣:通过梁的弯曲来结合(与悬臂粱锁紧乍扣一样)，但它们的保持却是利用梁的压缩。止逆型卡扪可以提供非常结实的锁紧，如图,(,。 ?心 蹲匹翁岱?泌〔,》 ,)表血,的旷,，;卸，? ;)翼?,(的秆拆卸式 霉可 止逆件 止逆件 藏号 ,,,,拆卸』?板一面止 逆件 霜晶 ;)用十实,杠卒腔的止逆仆 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 幽, , ,,逆艰锁紧什,扣 江南人学坝，?学位论文 雪圆簪 扭转型锁紧卡扣:其将扭转行为用于装配的偏蒯。保持也取决于扭转件的特性，如图,(,。 幽, ,?转，弘锁紧仆,打, 圆环型锁紧卡扣:其将同心隆起之间的结合面用二,二圆柱体的内和(或)外壁上，依靠径向的弹性变形来实现装配和保持强度，如图, ,。 留自 网 日 幽,(,圆环?口锁紧什,扣,)按可提供零件自由度的分类 这罩指卡扣连接后，卡扣所连接的两装配零件体之问可进行的棚对运动。其分类有两种: 固定卡扣:卡扣结合后，装配零件之问不存在相对运动，即零件在,,个运动度上都受到限制，图, ,所示的卡扣就属于固定式。 可动卡扣:卡扣结合后，装配零件之，训存在相列运动，但在运动过程中绝不可能分离，当没有约束条件限制这一运动时，它可自由运动，如图,(,所示。 幽, ,约求功能仆能够限制任何相对运动或能够控制运动,)按连接用途的分类 最终连接用卡扣:卡扣在初始设计时就与零件的有效寿命保持在一起。 ,临时连接用卡扣:只在零件实现最终连接的中问环节中出现，起到辅助连接的作用。,)按保持情况分类 , 赫～节,、…改汁,(,四 永久卡扣:花连接锁紧后是不打钟:拆),,,，虽然没有锁紧足永久的，蛆这种锁紧一蚓结合便难以分不，只有对卡扣或零件造成损伤后,,能使连接分，,。 非水久卡扣:在设计仞就打算拆不的。,)按卡扣分离情况分类 可拆卸卡扣:可拆卸卡扣是打算拆不的，当预定分离力施加剑零件上时，允许零件分离。 非拆卸卡扣:非拆卸卡扣需要人:,,使锁紧件偏制，如图, ,所示。 ,)“,”,,,,? ,)巾舢,,,, ,? 凹, ,„『,:水久锁紧，扣 以上两利，都属于非永久卡扣。,)按卡扣的连接体形状分类 主要可以分为实体与实体、实体与,,,,,,，,,、实体与孔、实体与空腔、板与,,、外壳与平面等连接类型。如图,?开示就是板与,,的连接。,)按装配运动分类卡扣在连接时是直线运动的有: ,)推运动卡扣:装配件和基体件在最终锁定之自,产生的接触?寸删帽对很短( 如图, ,,,,,。 ,)滑运动卡扣:装配体诅:完成最终迎接胁始终与其接触，依靠附,,,?的装配 运动沿直线运动，如图,(,,,,)。卡扣在连接时是转运动的有: ,,翻运动卡扣:装配件上的定位件首先与基体结合，仞始的结合?揽孔芭?体绕初始定位副的旋转，直到锁紧功能件完成结合，如图, ,,(;)。 ,,扭运动卡扣:带轴对称约束功能什的装配件首先以直线运动与基本体十臼 结合。装配件绕轴旋转，使其约束功能件与基体件上互补排列的约束功 能件相结合，如图,(,,(,)。 ;,转运动卡扣:装配件首先在一个定位副上以推运动与基体件相结合。如 图,(, ,(,)。 鸯 函 江南人学坝,,学位论文 前垒， (,)水一板„，扎、实仆?』卒腔 《,)坩一实?,。州„曲 (,)抓一共,水?,窄腔 (,)转一实休„,?，，由 ,(,,按装配运动分类的,扣,(,卡扣设计中的材料特性 在设计初期，设计者必须明确所设计卡扣需要达到的特定目标:卡扣装配力 (插入力)、装配应变和保持力。在满足装配应变小于材料许用应变的前提下，设计得卡扣具有合适的插入力和保持力是设计的主要目标之,。,(,(,材料特性的一般性假设 对于卡扣用材料，设计分析时通常基于以下假没:,)塑料是线性弹性体 即应力一应变曲线在分析范围内是线性的。实际上，大多数塑料在有用范围的应力一应变曲线都不是线性的。为了对这一点进行补偿，采用了在工作范围内应力,应变呈线性关系的假设。,)塑料是均质的 假设材料内部的组分在整个零件中都是一致的。即不单独考虑塑料在原料的混合、模内流动和冷却时存在的组分不均现象。在计算中，可以通过适当安全系数的设定进行补偿。,)塑料是各向同性的 即材料中任一点的物理性质是相同的，而与被测试件所处的方向无关。各向同性的反义是各向异性。实际上，特殊填充的和玻璃增强的材料均未展现出各向同性的行为。所以需要在零件和模具设计的时候适当确保将高性能定向在最终零件的正确方向上。 染,市忙,,【奠，,牡础,(,(,材料特性数据 卡扣在塑料件殴计中最为常见，所以本课题,, ,二要剥塑利,,,进,:『,研究。 通常出现在卡扣分析计算中的材糊特性有删利,:应力。或,,,变,，惮性模登,:和摩擦系数?在设汁州，,芟,者应,毁颅先从塑荆“～应商手啦搿剑.