卡扣：
汽车卡扣
1.1简介
类似压配合，卡扣也是一种不使用多余零件或紧固件将两个零件装配的
简单装配方式。卡扣结构运用了锁臂原理，由卡钩和卡槽组成。装配过
程中，卡钩配合件使之变形或部分变形。一旦卡入卡槽，卡钩回弹到其
原来位置。卡钩和卡槽相互作用使卡扣具有卡紧力。
卡扣结构可以用于联接不相似的两个聚合物材料零件或完全不同材料的
零件，如金属件和塑料件。卡扣被广泛用于安装工具，机箱，电子元件，
包装盒，玩具，汽车零部件，医疗器械等成千上万种产品上。现在存在
一种简化制造成本的趋势，而卡扣通过本身具有的结构起到坚固作用正
好符合此趋势。卡扣不需要额外的装配工具简化了紧固安装。依靠良好
的设计，在最终产品中卡扣结构可以隐藏于不能直接看到的地方。成功
的卡扣结构依赖于精确的工程技术，尽管此结构已经被使用多年，但直
到近些年制造上的需要才促成更多的可靠的卡扣设计问世。
卡扣有两个主要的大类。永久卡扣或一次装配的卡扣，经常使用在一次
性消费产品上，此类卡扣在产品制造工序中安装且永不会拆开。多次卡
扣使用在多次使用产品上，如笔帽和瓶盖，会多次打开合上，还比如维
修时需要拆开的汽车零部件。
两类卡扣结构都包括一些设计原理。一个悬臂梁，卡扣结构使用该结构
轴向插入与之配合零件的卡槽中。一个弯曲梁，悬臂梁的变体，即悬臂
梁弯曲。环形卡扣是一种圆形或椭圆形的连接被用在如笔帽和瓶盖中。
球形卡扣卡入一个具有缺口的配合件。扭转梁用剪切力保证其位置固定。
卡扣结构于制造工艺大有裨益。通过减少零件数，能够节省仓储费用，
节省人力成本，减少库存，减少供应商数量，削减运输处理及所有由额
外零件带来的费用。同时也能够节省装配时间。
但卡扣结构也比其他工艺更依赖于前期的设计。不正确的卡扣结构在装
配中甚至装配前可能会出现断裂的情况。
本章将深入讨论三种不同的卡扣结构，材料选择的原则，几何及性能等
设计细节分析。
1.2    材料考虑因素
材料对于卡扣结构影响极大。聚合物通常能分为刚性或柔性两种。不同的使用场合
两种特性都适合卡扣使用。
由于卡扣经常使用与连接有外观面的零件，因此材料必须同时满足功能和美观的要求。不同的使用场合，工程师应当考虑许多因素。
紫外线颜稳定性。外观面可能要求抗紫外线，否则材料的颜和机械性能会变坏导致最后失效。
可喷涂性。如果零件将喷漆，应当选择适合喷涂的材料否则漆、涂料会侵蚀聚合物。
模内颜。一些添加的颜，特别是镉红，会降低材料性能。
热塑极限。零件在不同的温度改变下以不同的比率膨胀或收缩。在塑料对塑料装配时比率可能相差1到2倍，在塑料对金属装配时比率可能相差5到10倍。
抗裂纹扩张。设计卡扣时选用低的裂纹扩张特性材料非常重要。
化学抵抗力。暴露在化学环境下的零件必须考虑此点。比如汽车零部件接头必须要能经受泄露的油侵蚀，防冻及其他化学物的侵蚀。
有时，在动态应用中，如动力工具和洗衣机，连接卡扣会产生噪声如咔嗒声，吱吱声。这可以通过采用弹性较好的材料来防止。设计预负荷。在零件配合时利用材料的弹性设计一点干涉量使零件间具有持续的压力，防止异常的噪声出现。在一些案例中，预负荷会增
图1-1 单向卡扣，等截面梁：(a)矩形截面(b)正方形截面(c)圆形截面(d)梯形截面(e)三角形截面(f)环形截面(g)上凸扇形截面(h)内凹扇形截面
加装配件材料生命周期中的蠕变和应力松弛。同时还要注意，材料的弹性对于吸收公差也是相当有帮助的，因而创造一个稳健设计（一种只有少数变量，也叫做噪声，能够使产品或工艺失效即从一种状态变为另一种的设计）。
图1-2 单向卡扣，竖直方向锥度梁：图1-3 单面卡扣，水平方向锥度梁：
（a）矩形截面(b)梯形截面（a）矩形截面（b）梯形截面
添加回料（再循环的废品或使用的件）会降低材料的机械性能。因此对于有卡扣结构的产品材料要选择添加的回料较小比率的材料。如果产品实验表明使用一定百分比回料材料其机械性能是安全的，此点无需考虑。
当在特定的场合材料的机械性能重要性没有彻底的考虑，另外一些问题可能会出现。比如在扭转梁中使
用压缩应变来代替扭转应变，对于给定的应用场合设计卡钩不是太硬就是太短，过多的变形可能达到材料的弹性形变区域，在卡钩根部不设计圆角而使用肋会使卡钩锁臂更硬，在动态应用下忽略冲击载荷等等。
零件使用环境也需要考虑进来，比如有γ射线，化学物，操作温度等。
图1-4 单向卡扣，双锥度梁：（a）矩形截面（b）方形截面（c）圆形截面（d）梯形截面（e）三角形截面（f）环形截面（g）上凸扇形截面（h）内凹扇形截面
1.3 设计考虑因素