室外机柜挂攀零件连接处的结构优化

前段时间，某室外机柜在已通过客户的样机准入测试并马上要进入批量生产阶段的情况下，却发现其与挂攀零件连接处的结构存在漏水和生锈的风险。研究发现，以上两个风险问题主要是由其结构决定的，外柜结构如图1至图4所示。结构说明：箱体的材料为1.2mm厚的镀锌板，压铆加强板为2mm厚的镀锌板，压铆加强板上压有不锈钢防水压铆螺母，然后再把压铆加强板四周均匀点焊在在箱体内，焊接完后，再喷塑，喷塑时螺纹孔需保护。由于压铆加强板是四周点焊在箱体上，当机柜放在室外，雨水容易从螺钉孔处渗入，从压铆加强板与箱体的夹缝处渗入机柜的内部，因此，存在漏水的风险；另外，由于机柜箱体和压铆加强板均为镀锌板，两者焊在一起，箱体和压铆加强板间无法喷上塑粉，下雨时，在渗入于压铆加强板与箱体夹缝处的水的作用下，压铆加强板与箱体的接触面将会出现生锈现象。图1机柜整体效果图图2机柜挂攀处的装配放大图图3机柜挂攀处的结构图图4机柜挂攀处的结构放大图改进方案及论证结构改进方案及各改进方案的分析比较为了解决上面的问题，我们对压铆加强板与箱体连接处的结构提出下面五个改进方案，并分别对各改进方案（含样机方案）进行了分析比较，具体见表1。表1改进方案对比分析改进方案样件的加工及实物比较为此，我们对以上改进方案进行了模拟试样的加工，试样加工图见表2。表2试样加工图从实物样品来看，方案一和方案三变形很大，不能满足要求；方案四和方案五均无加强板，两者的差别主要是一个在压铆件和箱体间进行了点焊，另一个没有点焊；方案二和方案四主要的差别是一个有加强板，一个没有加强板。由于压铆加强板的厚度（2mm）与箱体的厚度（1.2mm）相差不大，我们可以通过强度计算和拉力试验来确定是否可以取消压铆加强板。下面我们对方案四和方案五进行强度分析以及对其试样进行拉力试验。强度核算由于四个压铆件是用于通过四个螺钉来连接墙挂件，该机柜一共有四个挂攀零件，分别分布在机柜四个角内，该机柜的总重约120kg，考虑挂攀零件受力的不均匀性，一般情况下最多两个挂攀零件承受120kg。现对防水压铆螺母的抗剪强度和箱体压铆螺母处的抗压强度进行核算。⑴防水压铆螺母的抗剪强度核算。防水螺母的尺寸数据见图5。图5防水螺母的结构尺寸图防水压铆螺母抗剪强度的核算：其中：τ：防水压铆螺母受到抗剪应力，单位：Pa；F：防水压铆螺母承受的剪力，单位：N；S：防水压铆螺母的承受剪力的截面积，单位：m2；D1：防水压铆螺母的承受剪力截面的外径，单位：m；D2：防水压铆螺母的承受剪力截面的孔径，单位：m。假设120kg的力全部由一个挂攀对应的4个防水压铆螺母承受，则防水压铆螺母受到抗剪应力如下：不锈钢的强度σ0.2不小于210MPa，其剪应力强度一般不小于0.6倍的σ0.2，即126MPa。⑵箱体压铆螺母处的挤压强度核算。σ=F/S1，S1=C×A其中：σ：箱体压铆螺母处承受的挤压应力，单位：Pa；F：箱体压铆螺母处承受的挤压力，单位：N；S1：箱体压铆螺母处承受挤压力的截面积，单位：m2；C：压铆螺母挤压处的外径（见图5），单位：m；A：压铆螺母挤压处的厚度（见图5），单位：m。假设120kg的力全部由一个挂攀对应的4个防水压铆螺母承受，则箱体压铆螺母处的挤压应力如下：σ=F/S1=F/C/A=1200/4/6.3/1×106

Pa=47.6×106

Pa=47.6MPa冷轧钢板08的σs最小为175MPa，取安全系数为2，则钢箱体压铆螺母处承受的挤压应力小于其许用应力，满足要求。拉力试验、推力和扭矩试验上面完成了强度核算，下面我们将进行试验验证，通过拉力试验验证箱体和压铆螺母的强度，通过推力试验来确定压铆螺母所能承受轴向破坏力，通过扭矩试验来确定压铆螺母所能承受扭矩。⑴拉力试验。为了进行拉力试验，我们的试样应适应拉力试验机的装夹，通过了解拉力试验机的装夹接口方式，我们设计了这样的试验样件（两种零件，共三件），见图6和图7所示，然后将试验样件装夹在拉力试验机上进行拉力试验，见图8。图6试验样件设计草图图7试验样件图图8试验样件安装图图9试验样件拉力试验加载图图10试验样件力-位移曲线图在试验过程中，我们先将拉力依次加到100kg、150kg、200kg，并分别保持0.5分钟，其加载图如图9所示，其力-位移曲线如图10所示。力-位移曲线表明试样处于线性弹性状态。试样卸载后无变形和损伤，其表明一个挂攀就可承受200kg的拉力，满足强度要求，与理论受力核算相符。⑵推力试验。图11试验样件的推力试验图拉力试验完后，我们对试样（共三件）上压铆螺母进行推力试验，由于我们的推力机的最大推力为50kg，我们按设备的最大推力50kg进行试验，如图11所示。⑶扭矩试验。我们对试样（共三件）上压铆螺母进行了扭矩试验，由于扭矩工具的量程限制，我们只做到了4Nm（可以满足使用要求），压铆螺母均可承受4Nm。结束语理论分析和试验表明，不锈钢防水压铆螺母直接压在箱体内，使用一个挂攀时，该挂攀处压铆螺母和箱体均能承受墙挂时的机