Giáo trình thiết kế cơ cấu đàn hồi cho sản phẩm phun ép nhựa

60
TRẦN CHÍ THIÊN - NGUYỄN VĂN MINH
TRẦN MINH THẾ UYÊN - ĐỖ VĂN HIẾN
NGUYỄN TRỌNG HIẾU - DƯƠNG THẾ PHONG
PHẠM SƠN MINH

GIÁO TRÌNH

THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐÀN HỒI
CHO SẢN PHẨM PHUN ÉP NHỰA

NHÀ XUẤT BẢN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH


ThS. TRẦN CHÍ THIÊN, ThS. NGUYỄN VĂN MINH
TS. TRẦN MINH THẾ UYÊN, TS. ĐỖ VĂN HIẾN
ThS. NGUYỄN TRỌNG HIẾU, ThS. DƯƠNG THẾ PHONG
PGS.TS. PHẠM SƠN MINH

GIÁO TRÌNH

THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐÀN HỒI
CHO SẢN PHẨM PHUN ÉP NHỰA

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022
1


2

LỜI NÓI ĐẦU
Sản phẩm ngày càng được thiết kế đa chức năng, ngồi chức năng sử
dụng thì cịn được tích hợp thêm các tính năng như tháo lắp nhanh, lắp ráp
khơng cần bu lơng hay ốc vít như các phương pháp lắp ráp truyền thống.
Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất và lắp ráp, các cơ cấu đàn
hồi dần được ứng dụng để gắn liền các sản phẩm nhựa thay thế cho các
phương pháp lắp ráp truyền thống khác. Cuốn sách này được biên soạn
với mục đích ứng dụng công nghệ cơ cấu đàn hồi vào các sản phẩm nhựa.
Kiến thức về cơ cấu đàn hồi được trình bày nhằm đem đến những
hiểu biết về các tính năng từ cơ bản đến nâng cao bao gồm: tính năng khóa,
tính năng định vị, hình dáng cơ bản, hướng tham gia, hướng lắp ghép, các
tính năng chỉ dẫn, dẫn hướng,... của cơ cấu đàn hồi. Không chỉ giúp nắm
bắt các tính năng mà cịn hỗ trợ kết hợp các tính năng theo quy trình chuẩn
của một cơ cấu đàn hồi, sau cùng, đảm bảo các yêu cầu về ràng buộc, độ
cứng, độ bền cũng như khả năng lắp được.
Với mục đích giúp người đọc làm quen và có khả năng thiết kế
nhanh và chính xác các loại sản phẩm nhựa có các cơ cấu tháo - lắp nhanh,
nhóm tác giả đã biên soạn cuốn sách Giáo trình Thiết kế cơ cấu đàn hồi
cho sản phẩm phun ép nhựa với sự giúp đỡ tận tình của các đồng nghiệp
và sinh viên – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, nhằm dùng
làm tài liệu học tập cho môn học THIẾT KẾ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM,
dùng cho sinh viên Đại học và học viên Cao học thuộc nhóm ngành Kỹ
thuật Cơ khí.
Giáo trình được hồn thành với sự đóng góp:
฀ Chương 1: Trần Chí Thiên, Nguyễn Trọng Hiếu
฀ Chương 2: Trần Minh Thế Uyên, Nguyễn Trọng Hiếu, Nguyễn
Văn Minh
฀ Chương 3: Trần Chí Thiên, Dương Thế Phong

฀ Chương 4: Trần Minh Thế Uyên, Dương Thế Phong
฀ Chương 5: Trần Chí Thiên, Phạm Sơn Minh
3


฀ Chương 6: Trần Chí Thiên, Phạm Sơn Minh
฀ Chương 7: Đỗ Văn Hiến, Nguyễn Văn Minh
Trong quá trình biên soạn, khơng thể tránh khỏi những thiếu sót.
Nhóm tác giả rất mong nhận được sự góp ý của người đọc để các lần biên
soạn sau được hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gởi về địa
chỉ email: hoặc
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2022,
Nhóm tác giả
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

4


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠ CẤU ĐÀN HỒI TRÊN SẢN
PHẨM NHỰA ......................................................................................... 9
1.1. Định nghĩa khóa (cơ cấu) đàn hồi (snap-fit) ...................................... 9
1.2. Tổng quan về khóa đàn hồi .............................................................. 10
1.2.1. Yêu cầu của khóa đàn hồi ......................................................... 10
1.2.2. Các yếu tố của Khóa đàn hồi .................................................... 17
CHƯƠNG 2: CÁC ĐẶC TRƯNG RÀNG BUỘC HÌNH HỌC...... 34
2.1 Tính năng định vị .............................................................................. 34
2.1.1 Các dạng định vị ........................................................................ 34
2.1.2 Cặp định vị................................................................................. 40

2.2 Tính năng khóa.................................................................................. 53
2.2.1 Các dạng khóa............................................................................ 53
2.2.2 Khóa dầm cơng xơn ................................................................... 54
2.2.3 Khóa phẳng ................................................................................ 71
2.2.4 Khóa bẫy .................................................................................... 72
2.2.5 Khóa xoắn .................................................................................. 77
2.2.6 Khóa hình khun ...................................................................... 78
CHƯƠNG 3: TÍNH NĂNG NÂNG CAO CỦA CƠ CẤU
ĐÀN HỒI ............................................................................................... 80
3.1. Cải tiến cho việc lắp ráp được dễ dàng hơn ................................ 80
3.1.1 Cải tiến dẫn hướng ................................................................ 81
3.2. Các cải tiến để kích hoạt và sử dụng cơ cấu đàn hồi ................... 85
3.2.1 Hình ảnh ................................................................................ 85
3.2.2 Hỗ trợ .................................................................................... 87
3.2.3 Cảm nhận người dùng ........................................................... 89
3.3. Cải tiến hiệu suất cho cơ cấu đàn hồi .......................................... 89
3.3.1 Tấm chặn ............................................................................... 90
3.3.2 Thanh giữ .............................................................................. 91
3.3.3 Tương thích ........................................................................... 91
3.3.4 Khóa dự phịng ...................................................................... 95
5


3.4. Những cải tiến trong sản xuất cơ cấu đàn hồi ............................. 97
3.4.1 Thân thiện .............................................................................. 97
3.4.2 Tinh chỉnh............................................................................ 100
CHƯƠNG 4: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU
ĐÀN HỒI ............................................................................................. 104
4.1. Tầm quan trọng của sự ràng buộc.............................................. 104
4.1.1 Đánh giá ràng buộc ............................................................. 105

4.1.2 Nguyên tắc ràng buộc .......................................................... 105
4.1.3 Bảng tính ràng buộc .............................................................115
4.2 Khóa tách rời .............................................................................. 125
4.2.1 Các cấp tách rời ................................................................... 125
4.2.2 Tóm tắt tách ......................................................................... 132
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH CƠ CẤU
ĐÀN HỒI ............................................................................................. 134
5.1. Điều kiện ban đầu cho phân tích tính năng ............................... 134
5.2. Thiết kế dầm cơng xơn dựa quy tắc ngón tay phải .................... 135
5.2.1 Độ dày dầm tại đáy.............................................................. 136
5.2.2 Chiều dài dầm...................................................................... 136
5.2.3 Góc mặt nêm ....................................................................... 138
5.2.4 Chiều dài mặt giữ ................................................................ 138
5.2.5 Góc mặt giữ ......................................................................... 139
5.2.6 Góc ngưỡng ......................................................................... 139
5.2.7 Độ dày dầm tại tính năng duy trì ......................................... 140
5.2.8 Chiều rộng dầm ................................................................... 141
5.3. Đánh giá biến dạng ban đầu ...................................................... 143
5.4. Điều chỉnh tính tốn .................................................................. 144
5.4.1 Điều chỉnh tập trung ứng suất ............................................. 145
5.4.2 Điều chỉnh độ võng của vách .............................................. 146
5.4.3 Điều chỉnh độ võng tính năng tham gia .............................. 150
5.4.4 Điều chỉnh cho góc hiệu quả ............................................... 152
5.5. Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn ........................................... 156
5.6. Xác định các điều kiện để phân tích .......................................... 157
5.7. Phân tích móc cơng xơn có tiết diện dầm là hình chữ nhật
khơng đổi....................................................................................... 157
6

5.7.1 Tính chất mặt cắt và mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ..... 157
5.7.2 Đánh giá biến dạng tối đa .................................................... 160
5.7.3 Tính tốn lực võng .............................................................. 162
5.7.4 Điều chỉnh cho phần ghép nối / Độ lệch tính năng ............. 163
5.7.5 Xác định lực lắp ráp cực đại ................................................ 165
5.7.6 Xác định trạng thái giải phóng ............................................ 165
5.7.7 Móc dầm cơng xơn có độ dày ............................................. 170
5.7.8 Móc dầm cơng xơn theo chiều rộng .................................... 172
5.7.9 Sửa đổi cấu hình khn mặt chèn ....................................... 174
5.7.10 Sửa đổi cấu hình khn mặt duy trì .................................. 178
CHƯƠNG 6: Q TRÌNH PHÁT TRIỂN CƠ CẤU ĐÀN HỒI ...... 179
6.1. Quá trình phát triển cơ cấu đàn hồi ........................................... 179
6.1.1. Định nghĩa ứng dụng (bước 1) ........................................... 180
6.1.2. Benchmark (Bước 2) .......................................................... 181
6.1.3. Tạo nhiều khái niệm đính kèm (Bước 3)............................ 184
6.1.4. Phân tích và thiết kế tính năng (Bước 4) ............................ 195
CHƯƠNG 7: CHẨN ĐOÁN CÁC VẤN ĐỀ CỦA CƠ CẤU
ĐÀN HỒI ............................................................................................ 197
7.1. Giới thiệu ................................................................................... 197
7.1.1 Quy tắc chẩn đoán các vấn đề cơ cấu đàn hồi ..................... 198
7.1.2 Sai lầm trong quá trình phát triển ........................................ 199
7.2. Chẩn đốn chức năng cơ cấu ..................................................... 200
7.2.1 Khó lắp ráp .......................................................................... 200
7.2.2 Cơ cấu bị biến dạng ............................................................. 201
7.2.3 Khơng đảm bảo tính năng của cơ cấu ................................. 201
7.2.4 Nguyên nhân có thể gây ra các bộ phận lỏng lẻo ................ 201
7.3. Chẩn đốn cấp hình dáng........................................................... 202
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 218

7

8


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CƠ CẤU ĐÀN HỒI
TRÊN SẢN PHẨM NHỰA
Mục tiêu chương 1: Trình bày về tổng quan khóa đàn hồi trên sản
phẩm nhựa
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
1) Định nghĩa được cơ cấu đàn hồi trên sản phẩm nhựa là gì
2) Trình bày được yêu cầu và các yếu tố liên quan đến cơ cấu đàn hồi
1.1. ĐỊNH NGHĨA KHÓA (CƠ CẤU) ĐÀN HỒI (SNAP-FIT)
Khóa đàn hồi là một hệ thống nối cơ học, trong đó các thành phần
thực hiện tính năng định vị và khóa (tính năng ràng buộc) tương đồng với
một hoặc các thành phần khác của chi tiết được liên kết. Việc kết nối địi hỏi
tính năng đàn hồi để kết nối với chi tiết đối diện, tiếp theo là trả lại tính năng
đàn hồi về vị trí ban đầu để thực hiện gắn kết các thành phần lại với nhau.
Các tính năng định vị, ràng buộc làm tăng độ bền và sự ổn định của liên kết.
Hay nói một cách khác, khóa đàn hồi là sự sắp xếp tương thích của
các bộ phận định vị, khóa và cải tiến hoạt động để tạo thành một phụ kiện
cơ học (Hình 1.1)
Khóa

Dẫn hướng

Định vị

Hình 1.1: Khóa đàn hồi là một hệ thống các tính năng

tương tác trên giao diện từng phần
9


1.2. TỔNG QUAN VỀ KHĨA ĐÀN HỒI
Các u cầu chính

Ràng buộc

Sự tương thích

Độ cứng vững

Độ bền

Các yếu tố
Chức
năng
khóa

Hình
dạng cơ
bản

Hướng ăn
khớp

Chuyển
động lắp
ghép

Tính năng
ràng buộc

Tính năng nâng
cao

Q trình phát triển
Xác định
ứng dụng

Điểm
chuẩn

Đưa ra
nhiều
khái
niệm

Thiết kế
và phân
tích

Xác nhận
thiết kế
với các
bộ phận

Tinh
chỉnh

thiết
kế

Liên kết
(snap-fit)
đã hồn
thành

Hình 1.2: Cấu tạo đồ gá LevelTM cho khóa đàn hồi
1.2.1. Yêu cầu của khóa đàn hồi
Các u cầu chính là độ bền, sự ràng buộc, khả năng tương thích và
độ cứng vững. Chúng là các mục tiêu cơ bản và chúng mô tả các mối quan
hệ mong muốn giữa các yếu tố, Hình 1.3. Bởi vì chúng là mục tiêu, đáp
ứng các yêu cầu chính là tiêu chí để đánh giá sự thành cơng của một thiết
kế (khóa đàn hồi). Sử dụng các u cầu chính và các yếu tố có thể mô tả
các nguyên tắc và quy tắc thiết kế cấp độ đồ gá quan trọng. Các phần sau
đây giải thích từng yêu cầu chính một cách chi tiết.
Các yêu cầu chính
Sự tương
Ràng buộc
thích

Độ cứng
vững

Độ bền

Các yêu cầu chính xác định phạm vi cơng
nghệ (snap-fit) ở cấp độ đính kèm

ti

Hình 1.3: Các u cầu chính của khóa đàn hồi

10


1.2.1.1. Độ bền
Độ bền là hiệu suất của các tính năng khóa trong q trình lắp ráp và
khả năng của cả tính năng khóa và định vị để đảm bảo tính tồn vẹn của
liên kết cho tuổi thọ của sản phẩm. Tính tồn vẹn của liên kết có nghĩa là
duy trì ràng buộc từng phần mà khơng bị lỏng lẻo, vỡ hoặc rít. Tuổi thọ
hữu ích của sản phẩm bao gồm xử lý ban đầu, lắp ráp, vận hành (của một
khóa đàn hồi có thể di chuyển), tháo và lắp lại để bảo trì hoặc sửa chữa.
Độ bền
kết cấu

Sự ràng buộc
Sự tương thích
Độ cứng vững

Độ an tồn
và độ tin
cậy

Hình 1.4: Chỉ có độ bền khơng đảm bảo cho một liên kết tốt
Độ tin cậy là khả năng có thể giữ các bộ phận lại với nhau trong suốt
vòng đời của sản phẩm mà khơng bị lỗi. Độ tin cậy địi hỏi độ bền của
cơ cấu, nhưng nó cũng địi hỏi cơ cấu phải được lắp ráp, sử dụng và bảo
dưỡng đúng cách để độ bền được thiết kế không bị mất. Liên kết có thể thất

bại khi nhóm yêu cầu thứ hai này khơng được đáp ứng, khơng phải vì điểm
yếu cố hữu, mà do lắp ráp, sử dụng hoặc bảo trì khơng phù hợp. Vì vậy,
sự liên kết phải mạnh mẽ hơn, nó phải đáng tin cậy. Độ tin cậy được đảm
bảo khi độ bền tính năng đầy đủ được bổ sung bởi ba yêu cầu chính khác.
1.2.1.2. Ràng buộc
(a) Mặt tiếp xúc giữa khối và bề mặt sau khi lắp ráp (các tính năng ràng
buộc bị ẩn)
Chi tiết nối tiếp (khối)
Phần đế (tấm)
F
F

(b) Tấm để mở, trước khi thêm các tính năng ràng buộc
Chi tiết đối tiếp (tấm)
Phần đế (đang mở)

Hình 1.5: Các tính năng ràng buộc trong liên kết cung cấp các thành
phần để định vị phần đế và chống lại các ngoại lực
11


Ràng buộc là phịng ngừa hoặc kiểm sốt chuyển động tương đối
giữa các bộ phận. Trong một bộ khóa đàn hồi, các tính năng định vị và
khóa cung cấp các ràng buộc bằng cách truyền các lực lên bề mặt và bằng
cách định vị các bộ phận tham gia với nhau.
Trong hầu hết các khóa đàn hồi, khơng có chuyển động tương đối
nào được mong muốn và các cặp ràng buộc được sắp xếp cho ràng buộc
trong chính xác sáu bậc tự do, Hình 1.6a. Tuy nhiên, trong một số khóa đàn
hồi, chuyển động tương đối giữa các phần được nối được cho phép và ràng
buộc có thể nhỏ hơn sáu bậc tự do như trong Hình 1.6b. Tuy nhiên, chuyển

động được kiểm sốt bởi các tính năng ràng buộc.
Quy tắc thiết kế: Trong một ứng dụng chắc chắn, không có chuyển
động tương đối giữa các phần được dự định. Liên kết được ràng buộc
chính xác khi phần giao nhau bị ràng buộc với phần cơ sở trong chính xác
sáu bậc tự do. Trong một ứng dụng có thể di chuyển, tệp đính kèm có thể
được ràng buộc chính xác trong ít hơn sáu bậc tự do.
(a) Một cơng tắc nút ấn
được gắn vào một lỗ mở
là một ứng dụng cố định

(b) Một bánh xe ròng rọc
được gắn vào một giá đỡ
là một ứng dụng di
chuyển; rịng rọc có thể
quay sau khi nó bị gãy tại
chỗ

Hình 1.6: Các tính năng ràng buộc có thể hạn chế tất cả các chuyển
động tương đối hoặc chúng có thể kiểm sốt chuyển động
1.2.1.3. Khả năng tương thích
Khả năng tương thích là sự hài hịa của khóa đàn hồi giữa tất cả các
yếu tố. Nó là kết quả của việc chọn chuyển động và hướng lắp ráp và sắp
xếp các tính năng ràng buộc để hiểu các thành phần hình dạng cơ bản và
cho phép dễ dàng lắp ráp. Một số kết hợp của các hình dạng cơ bản, các
tính năng ràng buộc, chuyển động lắp ráp và dẫn hướng tham gia được sử
dụng; những người khác nhau có thể lắp ráp khác nhau dẫn đến làm hư hại,
việc lắp sai không dễ dàng nhận ra cho đến khi xuất hiện các vấn đề trong
lắp ráp. Bên dưới là hai ví dụ về khả năng tương thích kém.
Ví dụ đầu tiên cho thấy chuyển động lắp ráp khơng tương thích tính
12

năng ràng buộc, Hình 1.7. Phần liên kết có một tai, một tính năng định vị
khả thi. Bức tường ở phía bên phải hạn chế các hướng chuyển động giúp
cho việc lắp ráp dễ dàng hơn. Vị trí của chốt có nghĩa là người lắp ráp phải
cố gắng buộc chốt lắp vào lỗ trong phần cơ sở.
(a) Lắp ráp khối lên bề
mặt

(b) Để lắp ráp đúng cách, chốt (2) phải ăn
khớp trước khi chốt gờ (1) tiếp xúc

2
1

Hình 1.7: Sự khơng tương thích của tính năng chuyển động/ràng buộc
lắp ráp trong đó thiết kế buộc các tính năng tham gia không theo thứ tự
(a) Ứng dụng này là một vật rắn gắn liền với một lỗ mở.

(4) MócMóc
sản phẩm
(6) Sản phẩm
khai tháckhai thác

(b) Thiết kế khe hở không đủ để phần móc khóa uốn khi di chuyển.

?

(c) Móc khóa đàn hồi lắp hồn tồn.

(d) Việc tháo móc khóa đàn hồi gặp khó khăn và có thể bị hư hỏng.

Hình 1.8: Vi phạm tương thích trong một ứng dụng đơn giản
13


Ví dụ thứ hai cho thấy hai trường hợp vi phạm tương thích, Hình 1.8.
Trong q trình lắp ráp, khơng có đủ khe hở để các tính năng khóa phát
hiện. Kết quả là nỗ lực lắp ráp cao hơn và thiệt hại ngay lập tức đối với các
mặt giữ của móc hoặc các cạnh mà chúng tham gia. Vi phạm thứ hai trong
ví dụ này là sự khơng tương thích chuyển động lắp ráp/tháo gỡ. Chuyển
động lắp ráp là một lực đẩy, nhưng tính năng này cũng gây khó khăn khi
tháo. Điều này gây ra thiệt hại quá mức cho các móc ở đầu kéo của bảng
điều khiển và có thể làm hỏng các chốt định vị ở cả hai đầu của bảng. Các
quy tắc tương thích quan trọng là:
• Tất cả các tính năng vật lý trong giao diện phải tương thích với
chuyển động lắp ráp
• Chuyển động lắp ráp được chọn phải tương thích với các hình
dạng cơ bản.
• Các chuyển động lắp ráp và tháo gỡ phải giống nhau (mặc dù
ngược hướng).
• Cho phép giải phóng mặt bằng để phát hiện tính năng trong q
trình lắp ráp và tháo gỡ.
1.2.1.4. Độ cứng
Định nghĩa độ cứng của khóa đàn hồi là dung sai của khóa đàn hồi
đối với tất cả các biến và ẩn số tồn tại trong thiết kế, sản xuất, lắp ráp và
sử dụng sản phẩm. Sự mạnh mẽ thực sự là khả năng chịu đựng sự biến đổi,
nhưng sự biến đổi đó được gây ra bởi nhiều ẩn số và biểu hiện theo nhiều
cách không đồng ý.
Những ẩn số trong vịng đời của một khóa đàn hồi có thể bao gồm

nhiều tình huống khác nhau, bao gồm:
• Khả năng khách hàng có thể diễn giải cách sử dụng hoặc vận
hành khóa đàn hồi.
• Một kỹ thuật viên bảo trì có khả năng tháo rời và lắp ráp lại
khóa đàn hồi mà khơng làm hư hại.
• Mơi trường làm việc và điều kiện trong đó các bộ phận được
lắp ráp.
• Khả năng sử dụng sai, tải bất ngờ.
Một ví dụ về tầm quan trọng của sự cứng vững và mối quan hệ của
nó với độ bền trong một khóa đàn hồi là thích hợp, được sử dụng như một
ứng dụng rất đơn giản, được biểu thị trong Hình 1.9 bằng bảng hình dạng
cơ bản và mở.
14


Các tính năng khóa trong thiết kế ban đầu là bốn móc đúc hẫng, một
ở mỗi góc của phần liên kết. Bảng điều khiển là một phần có khối lượng
rất thấp và khơng có lực bên ngồi nào được áp dụng cho nó một khi nó
được đặt đúng chỗ. Mỗi móc đã được phân tích để đảm bảo đủ sức mạnh
cho cả hai lắp ráp và duy trì lâu dài của bảng điều khiển để mở. Tuy nhiên,
mặc dù các móc có đủ độ bền, nhưng một số tấm đã rơi ra trong vài tháng
đầu sử dụng. Điều tra các bộ phận bị hư cho thấy có một hoặc nhiều móc
bị hư hoặc gãy hồn tồn.
Cách khắc phục đầu tiên cho vấn đề này là tăng cường độ cứng vững
của các móc; sau khi tất cả chúng đã bị vỡ. Đây là một sửa chữa cấp độ
tính năng. Một quy tắc rất quan trọng để hiểu và khắc phục các sự cố về
khóa đàn hồi là các vấn đề về mức độ tính năng khơng thể được khắc phục
cho đến khi xác minh khơng có vấn đề về mức độ liên kết trong khóa đàn
hồi. Một nghiên cứu về quy trình lắp ráp cho phần này đã cho thấy rằng:
•

Ứng dụng này nằm trong một mặt phẳng thẳng đứng bên dưới
đường ngắm tự nhiên của nhà điều hành lắp ráp.

•

Đó là một hội đồng mù, tay điều khiển của người điều khiển
sẽ ẩn khu vực đính kèm khi họ giữ phần giao phối (bảng điều
khiển) và cố gắng đặt nó vào vị trí mở.

•

Các ngón tay của người vận hành, khi họ nắm bảng điều khiển
một cách bình thường, sẽ liên lạc với khu vực xung quanh lỗ mở
trước khi các khóa được đặt đúng vị trí xung quanh mép của lỗ
mở, Hình 1.10.

Sau khi quan sát hoạt động lắp ráp, khơng q khó để kết luận rằng
ngun nhân gốc rễ của vấn đề bộ phận là hư hỏng các móc trong q trình
vận hành lắp ráp. Làm cho móc thậm chí mạnh hơn có thể ngăn ngừa thiệt
hại nhưng cũng sẽ tăng lực lắp ráp, điều này có thể gây ra các vấn đề về
công thái học; và không có gì đảm bảo vấn đề sẽ được giải quyết.
Đẩy chuyển động lắp ráp
(4) Móc

Hình 1.9: Ứng dụng này là một bảng điều khiển nhỏ gắn vào lỗ mở
15


Hình 1.10: Các ngón tay của người tháo lắp can thiệp vào sự liên kết

móc và sự gắn kết thích hợp
Một cách khắc phục có thể cho vấn đề này được hiển thị trong Hình
1.11. Với việc bổ sung các chân đóng vai trị là cả hai bộ định vị (tính
năng ràng buộc) và làm hướng dẫn (tính năng nâng cao), ứng dụng giờ
đây mạnh mẽ đối với các cơ chế của quy trình lắp ráp. Các chân, đầu tiên
hoạt động như hướng dẫn, tham gia vào cạnh của lỗ mở để định hướng và
ổn định phần giao phối trước khi ngón tay người vận hành tiếp xúc với
phần cơ sở. Điều này đảm bảo các móc ở vị trí thích hợp để gắn cạnh và
sẽ khơng bị hư hại. Người vận hành có thể dễ dàng định vị bảng trong mở
với các móc nằm sát mép và, với một lần đẩy cuối cùng, tham gia các móc
để hồn thành việc lắp ráp. Lưu ý rằng trong ứng dụng này, có đủ khoảng
trống cho các chân dài được đề xuất như là một sửa chữa.

Đã thêm ghim (4)

Hình 1.11: Khắc phục có thể để ổn định phần giao phối và ngăn hư hỏng
móc trong q trình lắp ráp
16


1.2.2. Các yếu tố của Khóa đàn hồi
u cầu chính

Ràng buộc

Khả năng tương
thích

Độ cứng vững

Độ bền

Các thành phần
Chức
năng
khóa

Hình
dạng cơ
bản

Hướng
tham gia

Chuyển
động lắp
ráp

Các yếu tố khơng gian và mơ tả của snapfit

Tính năng
ràng buộc

Tính năng nâng
cao

Các yếu tố vật lý của một
snap-fit

1.2.2.1. Chức năng khóa

Chức năng là yếu tố đầu tiên được mơ tả. Đây là mục đích cơ bản
của liên kết, là những gì các tính năng khóa trong khóa đàn hồi phải làm.
Chức năng không phải là một trong những yếu tố quan trọng trong việc
phát triển khóa đàn hồi. Tuy nhiên, nó rất hữu ích trong việc nhóm các tính
năng khóa đối với các u cầu hiệu suất khác nhau, do đó nó góp phần vào
sự hiểu biết chung về cơng nghệ khóa đàn hồi. Chức năng được mơ tả dưới
dạng hành động, loại liên kết, duy trì và loại khóa:
Hoạt động
Trong khóa đàn hồi cố định, khơng có chuyển động giữa các phần
sau khi chúng được khóa lại. Ứng dụng bị khống chế 6 bậc tự do. Công tắc
nút nhấn trong Hình 1.6a và các ví dụ từ bảng điều khiển để mở trong Hình
1.8 và 1.9 cũng được gắn cố định.
Trong khóa đàn hồi di chuyển, có chuyển động tương đối giữa các
thành phần đã được ghép lại với nhau. Các thành phần không bao giờ tách
ra trong suốt q trình chuyển động. Khi khơng có tính năng ràng buộc
giới hạn chuyển động, đó là chuyển động tự do. Pu ly thể hiện trong hình
1.6b là một ví dụ. Khi khóa hoặc bộ định vị điều khiển hoặc điều chỉnh
chuyển động để phần liên kết đôi khi bất động, nó được điều khiển chuyển
động, Hình 1.13.
17


Khi chuyển động tự do có thể xảy ra, thì khơng có ràng buộc nào tồn
tại theo các hướng đó và liên kết sẽ được (đúng) bị hạn chế trong ít hơn 6
bậc tự do. Ròng rọc là đúng ràng buộc trong 5 bậc tự do.
Kiểu liên kết
Khóa đàn hồi có thể là liên kết cuối cùng hoặc có thể là tạm thời cho
đến khi một số liên kết khác xảy ra
Một dạng khóa
khơng tách rời

Phần lắp ráp
dạng bản lề

Hình 1.12: Kiểm sốt hướng dịch chuyển để mở
Cuối cùng khóa đàn hồi là phương pháp liên kết sẽ giữ chúng lại với
nhau trong suốt vịng đời hữu ích của nó. Hầu hết các khóa đàn hồi thuộc
nhóm này và trong tất cả các ví dụ được nhắc đến ở trên, khóa được dự
định là liên kết cuối cùng.
Khóa đàn hồi tạm thời chỉ áp dụng cho đến khi một số liên kết khác
xảy ra. Chúng chỉ cần đủ mạnh và hiệu quả để định vị phần liên kết với
phần cơ sở cho đến khi phần liên kết cuối cùng được thực hiện. Phù hợp
tạm thời có thể hỗ trợ thiết kế để lắp ráp bằng cách cho phép xây dựng một
số bộ phận trước khi liên kết cuối cùng. Đôi khi, họ có thể tiết kiệm tiền
bằng cách cho phép sử dụng quy trình liên kết cuối cùng ít tốn kém hơn,
xử lý chậm thay vì keo dính nhanh chẳng hạn.
Duy trì
Duy trì đề cập đến bản chất của cặp khóa: Vĩnh viễn hoặc khơng
vĩnh viễn. Khóa vĩnh viễn khơng có ý định tách rời, Hình 1.13. Khơng có
khóa nào là thực sự vĩnh viễn, nhưng những khóa này, một khi đã khóa,
rất khó để tách rời. Trong một số trường hợp, chúng có thể được tháo với
cơng cụ hoặc nỗ lực cao, nhưng có thể dẫn đến những hư hỏng cho các bộ
18


phận của khóa. Chúng được được khuyến cáo sử dụng trong những trường
hợp chống giả mạo sản phẩm. Chúng cũng có thể có tác dụng khi liên kết
phải chống lại lực tác động bất ngờ. Điều đó có thể làm cho khóa mất tính
khơng thể tách rời. Hình 1.13a cho thấy một khóa dạng lẫy trong đó các
lẫy khóa được chứa trong hốc mà không thể can thiệp để giải phóng chúng.

Hình 1.13b là một cái móc có tính năng giống như dây treo trên tường. Lực
lượng lắp ráp cao, nhưng một khi đã tham gia, bức tường ngăn chặn sự
xoay đầu móc để giải phóng.
Khóa khơng cố định được dự định để phát hành. Hai loại khóa khơng
cố định được xác định trong phân loại loại khóa.
(a) Khóa lẫy vĩnh viễn
khóa bẫy vĩnh viễn

khóa ngón tay
Khóa lẫy hóc
hốc
tham gia
trong
undercut
trong tường

(b) Khóa móc vĩnh viễn
Một
bứcbức
tường
đằngđằng
sau cáisau
móc
Một
tường
cáichống
móclại
giải
phóng
chống lại giải phóng

Hình 1.13: Khóa vĩnh viễn
Kiểu khóa
Đề cập đến cách tính năng hoạt động của khóa để cho phép tách rời,
Hình 1.14.
Khóa có thể tách rời được thiết kế để cho phép tháo khi một lực tháo
được xác định trước được áp dụng cho các phần, Hình 1.14a.
Khóa khơng tách rời u cầu một tác động thủ cơng để tách rời, Hình
1.14b. Một khóa khơng tách rời cũng được hiển thị trong Hình 1.14. Lưu
19


ý rằng các khóa khơng tách rời có thể tách rời trong các điều kiện nhất
định. Chức năng không tách rời khơng phải là sự bảo đảm chống lại ngồi
ý muốn tách biệt.
b) Khơng tự tách rời

a) Tự tách rời

Hình 1.14: Khóa khơng vĩnh viễn

Hoạt động

Đứng n

hoặc

Mục đích

Tạm thời

hoặc

Cuối

Cố định

hoặc

Khơng cố định

Giữ

Khớp

Khơng tháo được hoặc

Di động

Tháo được

Hình 1.15: Lưu đồ chức năng khóa

20


Bảng 1.1: Ví dụ về chức năng
Ứng dụng

Hoạt động

Mục đích

Giữ

Khớp

Cơng tắc
Đứng n
lắp ghép
vào một khe
hở. Như
hình 1.6a.

Cuối

Khơng cố
định

Tháo được

Nút mở tắt
trong lắp
ghép công
tắc

Cuối

Không cố
định

Tháo được
hoặc không
tháo được

Nắp đậy pin Đứng yên
trong bộ
điều khiển
TV từ xa.

Cuối

Không cố
định

Tháo được

Nắp đậy pin Đứng n
trong đồ
chơi. Như
hình 1.14.

Cuối

Khơng cố
định

Khơng tháo
được

Đứng n
Nắp đậy
cho bảng
mạch u
cầu sản xuất
đơn chiếc.

Cuối

Cố định

N/A

Di động

Pu-li lắp
vào giá.
Như hình
1.6b.

Di động

Cuối

Khơng cố
định

Tháo được
hoặc khơng
tháo được

Thấu kính
đèn chụp.

Đứng n

Tạm thời

N/A

N/A

1.2.2.2. Hình dạng cơ bản của khóa đàn hồi
Hình dạng cơ bản là yếu tố mơ tả thứ hai. Chúng là những hình dạng
hình học đơn giản mà mô tả các bộ phận liên kết. Phân loại các thành phần
theo hình dạng cho phép nghĩ về một ứng dụng trong điều kiện chung.
Điều này rất quan trọng vì nó giúp chuyển các khái niệm khóa đàn hồi giữa
21


các ứng dụng. Tuy nhiên, quan trọng nhất là việc sử dụng các hình dạng cơ
bản giúp hình dung sự gắn kết. Điều này hỗ trợ lý thuyết không gian cần
thiết để phát triển tốt các khái niệm khóa đàn hồi.
Bảng 1.3: Tóm tắt hình dạng cơ bản
Chi tiết
Chi tiết
ghép
nối
Chi
tiết nền

tảng

Khối
Thông
dụng

Tấm
Thông
dụng

Vỏ
Thông
dụng

Bề mặt
Hiếm

Khe hở
Hiếm

Hốc
Thấp

Thông
dụng

Hiếm

Hiếm

Thông
dụng

Thông
dụng

Thông
dụng

Chi tiết ghép nối và chi tiết nền tảng
Mơ tả các hình dạng cơ bản bằng cách xác định hai thành phần tạo
nên một điển hình (khóa đàn hồi) là phần ghép nối và phần cơ sở.
Phần cơ sở có thể lớn và rõ ràng là đứng yên hoặc cố định. Phần ghép
nối thường nhỏ hơn phần cơ sở, được giữ trong tay và chuyển sang phần
đính kèm với phần lớn hơn, phần cơ sở đứng yên. Công tắc nút nhấn và
Pu-li trong Hình 1.6, Khối rắn trong Hình 1.7 và 1.8, và bảng điều khiển
nhỏ trong Hình 1.9 đều được coi là các phần ghép nối. Các phần ghép nối
nói chung sẽ là một trong ba hình dạng cơ bản: rắn, tấm hoặc vỏ. Các phần
cơ sở nói chung sẽ là một khối, bề mặt, lỗ mở hoặc khoang, Bảng 1.3.
Có thể xác định các phần ghép nối và phần cơ sở bằng cách sử dụng
kích thước và tiêu chí chuyển động mơ tả ở trên, cũng có thể sử dụng hình
dạng cơ bản để nhận dạng. Nếu tất cả những điều này không phân biệt
thành công phần lắp ghép với phần cơ sở, thì các phần có thể giống nhau
đến mức lựa chọn tùy ý có thể được thực hiện. Lưu ý rằng những sự phân
biệt này là đúng hầu hết, một số trường hợp ngoại lệ sẽ được hiển thị sau
trong phần này. Ngoại lệ xảy ra, nhưng điều đó khơng làm giảm giá trị của
việc có những định nghĩa này.
Mơ tả hình dạng cơ bản
•Các thành phần khối có cả độ cứng và độ sâu, Hình 1.16. Khối rắn
có thể có ràng buộc tính năng trong ba chiều.

•Các thành phần tấm tương đối mỏng, chúng có xu hướng bị uốn
cong và xoắn, Hình 1.17. Các tính năng hạn chế thường ở hoặc gần đường
bao nhưng có thể ở bất cứ đâu trên tấm.
22


Hình 1.16: Khối

Hình 1.17: Tấm
• Vỏ - đi kèm một vỏ bọc ba chiều, Hình 1.18. Một phần vỏ về
cơ bản là một tấm 3 chiều. Chúng có các bức tường và các tính
năng ràng buộc dọc theo các cạnh.
• Bề mặt - một khu vực hai chiều cục bộ, Hình 1.19, với các tính
năng ràng buộc nằm trên bề mặt. Lưu ý rằng mặc dù tấm thường
không phải là bộ phận cơ sở, bề mặt trên tấm có thể là một bộ
phận cơ sở.
• Lỗ - một lỗ trên bề mặt, Hình 1.20, với các tính năng ràng buộc
nằm ở hoặc gần các cạnh của lỗ. Một lần nữa, trong khi một tấm
không phải là một phần cơ sở, một phần lỗ trong một tấm là một
phần cơ sở. Xem hình 1.8 và 1.9.
• Hốc - một khoang là một lỗ mở có chiều sâu, Hình 1.21. Các
tính năng hạn chế sẽ xảy ra trong ba chiều.

Hình 1.18: Vỏ
23


Hình 1.19: Bề mặt

Hình 1.20: Lỗ

Hình 1.21: Hốc
Sử dụng các mơ tả chung về hình dạng bộ phận giúp truyền kiến
thức (khóa đàn hồi) quan trọng, kinh nghiệm trong quá khứ và bài học kinh
nghiệm giữa các ứng dụng. Ví dụ: tấm cho một ứng dụng về khe hở có thể
là một bảng đóng cửa nhỏ hoặc gương phản chiếu trên tủ, lưới tản nhiệt
loa trong nội thất ô tô hoặc cửa lớn hơn hoặc bảng điều khiển truy cập. Bất
kể ứng dụng, nguyên tắc thiết kế cơ bản cho một bảng điều khiển để mở
ứng dụng (khóa đàn hồi) sẽ ln ln đúng. Bằng cách tìm hiểu về một số
lượng hạn chế các kết hợp hình dạng cơ bản, sẽ tìm hiểu về các ứng dụng
sản phẩm phổ biến nhất.
Bảng 1.2 cho thấy các hình dạng cơ bản thường được phân phối giữa
phần lắp ghép và phần cơ sở. Xem xét các kết hợp phổ biến nhất và hình
học có thể dẫn đến tóm tắt trong Bảng 1.3.
24