浅议塑胶卡扣及在模块盒子机构的应用

赵勇

【摘 要】模块电视的电视行业是新的电视发展方向，其关键就是如何设计出方便更换、插拔的真正模块化的模块盒子。TCL研究院在模块盒子机构方面做了大量的结构设计预研，充分分析论证，反复推衍，先后设计了十几款结构方案，发出制作了結构功能手板进行一系列的测试验证，并提请各专业及专家评审，最终确定了一种方案在TCL多媒体的L58E6800M及L65E6800M进行了量产。其中在模块盒子插入的自动锁扣机构的方面，就进行了一系列的方案设计、实例验证测试，最后设计出了成熟、创新的自动锁扣机构，其中涉及了的各种塑胶卡扣。本文对塑胶卡扣作了一些创新的定义，以此定义阐述了塑胶卡扣的特性，并结合模块盒子的卡扣实例进行了分析，以此指导我们在产品结构设计时以此文的理论对塑胶卡扣进行分析和应用，设计出合理完美的塑胶卡扣和产品。

【关键词】模块盒子 卡扣 弹性嵌卡 塑胶卡扣 卡扣设计方向

1 卡扣的定义

弹性嵌卡结构在结构设计中广泛应用，以减少螺母、螺柱、螺钉等紧固件的使用，甚至完全不需要紧固件，使产品装配的无需工具，方便而快捷性，降低产品成本，是符合DFMA的设计。近些年来一些电视盒类的产品，整个外观无螺钉，上下盖全部采用卡扣紧扣配合，给人的感觉，整个产品浑然一体，大大提高了产品的档次。

塑胶卡扣是应用最多的弹性嵌卡结构，塑胶卡扣（Snap-fit）是利用塑胶臂的弹性扣合，卡扣在向扣入方向相对运动时，与配合的卡扣的卡扣头斜面滑动，产生互相向垂直于扣入方向的推开力，弹臂弯曲变形，卡头持续运动进入卡合位置，弹臂回位，两个卡扣相互扣合的状态，形成在卡扣运动方向的两个零件的紧固。

2 卡扣的分类

（1）卡扣有多种的分类方式，按照卡扣头部的形状，可以分为阴扣、阳扣，头部凸出弹臂的，为阳扣，头部内凹弹臂的为阴扣。

（2）按照弹臂的形状，可以分为直臂卡扣、L形卡扣、U形卡扣、圆周卡扣等。如下图1所示。

图1

（3）根据卡扣是否可以拆卸，又可以分为可拆卸式卡扣和不可拆卸式卡扣，如下图2所示。

图2

（4）根据卡扣拆卸方向受力时是否可以脱开，又可以分为活扣和死扣。拆卸方向受力后，卡扣弹臂向卡扣外（脱扣方向）弯曲变形，以致卡扣相互脱开的卡扣，为活扣。拆卸方向受力后，卡扣弹臂反而向里（扣紧方向）弯曲变形，以致卡扣相互紧扣的卡扣，为死扣，无法无损拆开。要拆开，只有大力拉开，破坏了卡扣才能脱扣。见如下模块盒子机构的应用实例：

1）一个方案的模块盒子机构的受压型死扣与受拉型的死扣，见下图3。

图3 图4

2）此方案的模块盒子机构死扣的受力情况分析。见下图5

图5

3）受拉型的永久止逆卡扣/死扣，见上图4。

图4为一款受拉型的永久止逆扣的图示，此为死扣。扣上后无法在拉力方向无损拆开，只有大力拉坏卡扣，才能脱扣。

3 塑胶卡扣设计的一般规则

塑胶卡扣的设计，要根据想要达到的使用要求，如产品装配完后是否要求可拆，装配和拆卸的次数，装配后作用于卡扣的机械压力等，选用不同的塑胶材料来设计卡扣，塑胶材料不同，卡扣的力学性能差别很大，比如PC的卡扣，其弹性和强度远高于ABS料，其卡扣反复拆卸不会损坏，而PMMA料较脆，需要设计卡扣的零件不能用PMMA料。一般来说，塑胶卡扣设计可以参考以下的规则，见图6。

图6

4 模块盒子机构的卡扣分析

塑模块盒子机构的NPI版的侧面的卡扣，设计要求，能在弹簧推力作用下，扣住盒子，盒子不会弹出，这样卡扣要设计成不可拆卸卡扣，在较大外力作用下，能反复拆卸使用。其具体的操作为，模块盒子插入导轨支架，一推到底，支架上的卡扣自动扣住盒子，在盒子将要推到底时，与弹簧接触，弹簧顶住盒子，其弹簧力对卡扣有一个往外的推力，卡扣受拆卸拉力，但卡扣设计为不可拆卸卡扣，不会脱扣弹出盒子。要弹出盒子，需要用户按压出盒按键，出盒按键推动卡扣向外翻转变形，盒子才会弹出。

模块盒子机构的卡扣尺寸分析：根据上述的卡扣知识，从卡扣的尺寸与受力情况分析，模块电视的卡扣原理如图7。

图7

5 注意卡扣设计的方向

设计时特别要注意卡扣的方向，设计卡扣的脱开方向要与拆卸力的方向设置成一致，这样施加外力拆卸时，卡扣才会脱扣，为活扣设计。如果设计的卡扣的脱开方向要与拆卸力的方向相反，拆卸时将非常难，只能进行破坏性拆卸，损坏卡扣才能拆卸，就变成了死扣。

模块盒子上下壳的卡扣：模块盒子的整体为无螺钉紧固，采用全卡扣的紧扣方式。考虑到维修的可拆卸性，其上下壳的卡扣设计成为脱扣方向与拆卸方向一致，充分注意的卡扣设计的方向。

6 结语

综上所诉，模块盒子机构在结构设计中，根据想要达到的技术要求，采用了各种卡扣的设计，充分利用了卡扣的特性。我们在今后的结构设计工作中，可以参考借鉴，以便设计出卡合可靠、拆卸方便、外观档次更好的产品。

参考文献：

[1] 保罗R.博登伯杰[美] 著，冯连勋等译.《塑料卡扣连接技术》.化学工业出版社，2004.3.

[2] 阮宝湘 主编.《工业设计机械基础》.机械工业出版社，第1版（2005年5月1日） .

[3] 杨家军，张卫国 主编.《机械设计基础》.华中科技大学出版社，2010年03月.