淺議塑膠卡扣及在模塊盒子機構的應用

趙勇

【摘 要】模塊電視的電視行業是新的電視發展方向，其關鍵就是如何設計出方便更換、插拔的真正模塊化的模塊盒子。TCL研究院在模塊盒子機構方面做了大量的結構設計預研，充分分析論證，反復推衍，先后設計了十幾款結構方案，發出制作了結構功能手板進行一系列的測試驗證，并提請各專業及專家評審，最終確定了一種方案在TCL多媒體的L58E6800M及L65E6800M進行了量產。其中在模塊盒子插入的自動鎖扣機構的方面，就進行了一系列的方案設計、實例驗證測試，最后設計出了成熟、創新的自動鎖扣機構，其中涉及了的各種塑膠卡扣。本文對塑膠卡扣作了一些創新的定義，以此定義闡述了塑膠卡扣的特性，并結合模塊盒子的卡扣實例進行了分析，以此指導我們在產品結構設計時以此文的理論對塑膠卡扣進行分析和應用，設計出合理完美的塑膠卡扣和產品。

【關鍵詞】模塊盒子 卡扣 彈性嵌卡 塑膠卡扣 卡扣設計方向

1 卡扣的定義

彈性嵌卡結構在結構設計中廣泛應用，以減少螺母、螺柱、螺釘等緊固件的使用，甚至完全不需要緊固件，使產品裝配的無需工具，方便而快捷性，降低產品成本，是符合DFMA的設計。近些年來一些電視盒類的產品，整個外觀無螺釘，上下蓋全部采用卡扣緊扣配合，給人的感覺，整個產品渾然一體，大大提高了產品的檔次。

塑膠卡扣是應用最多的彈性嵌卡結構，塑膠卡扣（Snap-fit）是利用塑膠臂的彈性扣合，卡扣在向扣入方向相對運動時，與配合的卡扣的卡扣頭斜面滑動，產生互相向垂直于扣入方向的推開力，彈臂彎曲變形，卡頭持續運動進入卡合位置，彈臂回位，兩個卡扣相互扣合的狀態，形成在卡扣運動方向的兩個零件的緊固。

2 卡扣的分類

（1）卡扣有多種的分類方式，按照卡扣頭部的形狀，可以分為陰扣、陽扣，頭部凸出彈臂的，為陽扣，頭部內凹彈臂的為陰扣。

（2）按照彈臂的形狀，可以分為直臂卡扣、L形卡扣、U形卡扣、圓周卡扣等。如下圖1所示。

圖1

（3）根據卡扣是否可以拆卸，又可以分為可拆卸式卡扣和不可拆卸式卡扣，如下圖2所示。

圖2

（4）根據卡扣拆卸方向受力時是否可以脫開，又可以分為活扣和死扣。拆卸方向受力后，卡扣彈臂向卡扣外（脫扣方向）彎曲變形，以致卡扣相互脫開的卡扣，為活扣。拆卸方向受力后，卡扣彈臂反而向里（扣緊方向）彎曲變形，以致卡扣相互緊扣的卡扣，為死扣，無法無損拆開。要拆開，只有大力拉開，破壞了卡扣才能脫扣。見如下模塊盒子機構的應用實例：

1）一個方案的模塊盒子機構的受壓型死扣與受拉型的死扣，見下圖3。

圖3 圖4

2）此方案的模塊盒子機構死扣的受力情況分析。見下圖5

圖5

3）受拉型的永久止逆卡扣/死扣，見上圖4。

圖4為一款受拉型的永久止逆扣的圖示，此為死扣?？凵虾鬅o法在拉力方向無損拆開，只有大力拉壞卡扣，才能脫扣。

3 塑膠卡扣設計的一般規則

塑膠卡扣的設計，要根據想要達到的使用要求，如產品裝配完后是否要求可拆，裝配和拆卸的次數，裝配后作用于卡扣的機械壓力等，選用不同的塑膠材料來設計卡扣，塑膠材料不同，卡扣的力學性能差別很大，比如PC的卡扣，其彈性和強度遠高于ABS料，其卡扣反復拆卸不會損壞，而PMMA料較脆，需要設計卡扣的零件不能用PMMA料。一般來說，塑膠卡扣設計可以參考以下的規則，見圖6。

圖6

4 模塊盒子機構的卡扣分析

塑模塊盒子機構的NPI版的側面的卡扣，設計要求，能在彈簧推力作用下，扣住盒子，盒子不會彈出，這樣卡扣要設計成不可拆卸卡扣，在較大外力作用下，能反復拆卸使用。其具體的操作為，模塊盒子插入導軌支架，一推到底，支架上的卡扣自動扣住盒子，在盒子將要推到底時，與彈簧接觸，彈簧頂住盒子，其彈簧力對卡扣有一個往外的推力，卡扣受拆卸拉力，但卡扣設計為不可拆卸卡扣，不會脫扣彈出盒子。要彈出盒子，需要用戶按壓出盒按鍵，出盒按鍵推動卡扣向外翻轉變形，盒子才會彈出。

模塊盒子機構的卡扣尺寸分析：根據上述的卡扣知識，從卡扣的尺寸與受力情況分析，模塊電視的卡扣原理如圖7。

圖7

5 注意卡扣設計的方向

設計時特別要注意卡扣的方向，設計卡扣的脫開方向要與拆卸力的方向設置成一致，這樣施加外力拆卸時，卡扣才會脫扣，為活扣設計。如果設計的卡扣的脫開方向要與拆卸力的方向相反，拆卸時將非常難，只能進行破壞性拆卸，損壞卡扣才能拆卸，就變成了死扣。

模塊盒子上下殼的卡扣：模塊盒子的整體為無螺釘緊固，采用全卡扣的緊扣方式。考慮到維修的可拆卸性，其上下殼的卡扣設計成為脫扣方向與拆卸方向一致，充分注意的卡扣設計的方向。

6 結語

綜上所訴，模塊盒子機構在結構設計中，根據想要達到的技術要求，采用了各種卡扣的設計，充分利用了卡扣的特性。我們在今后的結構設計工作中，可以參考借鑒，以便設計出卡合可靠、拆卸方便、外觀檔次更好的產品。

參考文獻：

[1] 保羅R.博登伯杰[美] 著，馮連勛等譯.《塑料卡扣連接技術》.化學工業出版社，2004.3.

[2] 阮寶湘 主編.《工業設計機械基礎》.機械工業出版社，第1版（2005年5月1日） .

[3] 楊家軍，張衛國 主編.《機械設計基礎》.華中科技大學出版社，2010年03月.