何洲紅

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430205）

1 問題的提出

2017 年，某企業(yè)戶外機柜已通過客戶的樣機準入測試，馬上要進入批量生產(chǎn)階段，但是發(fā)現(xiàn)其與掛攀零件連接處的結(jié)構(gòu)存在以下兩個問題：

存在漏水的風險；

存在生銹的風險。

以上兩個問題主要是其結(jié)構(gòu)決定的，其結(jié)構(gòu)如圖1 和圖2 所示。

結(jié)構(gòu)說明：箱體的材料為1.2mm厚的鍍鋅板，壓鉚加強板為2mm厚的鍍鋅板，壓鉚加強板上壓有不銹鋼防水壓鉚螺母，然后再把壓鉚加強板四周均勻點焊在在箱體內(nèi)，焊接完后，再噴塑，噴塑時螺紋孔需保護。

由于壓鉚加強板是四周點焊在箱體上，當機柜放在戶外，雨水容易從螺釘孔處滲入，從壓鉚加強板與箱體的夾縫處滲（轉(zhuǎn)下頁）入機柜的內(nèi)部，因此，存在漏水的風險；另外，由于機柜箱體和壓鉚加強板均為鍍鋅板，兩者焊在一起，箱體和壓鉚加強板間無法噴上塑粉，下雨時，在滲入于壓鉚加強板與箱體夾縫處的水的作業(yè)下，壓鉚加強板與箱體的接觸面將會出現(xiàn)生銹現(xiàn)象。

通過分析，還有一種方案：即將防水壓鉚螺母直接壓在1.2mm厚的箱體上，由于設(shè)計人員擔心此種方案的強度的不夠，因此，需要進行強度計算和力學(xué)試驗。

2 核算將防水壓鉚螺母直接壓在1.2mm 厚箱體上的強度

由于四個壓鉚件是用于通過四個螺釘來連接墻掛件，該機柜一共有四個掛攀零件，分別分布在機柜四個角內(nèi)，該機柜的總重約120kg，考慮掛攀零件受力的不均勻性，一般情況下最多兩個掛攀零件承受120kg。現(xiàn)對防水壓鉚螺母的抗剪強度和箱體壓鉚螺母處的抗壓強度進行可算。

2.1 防水壓鉚螺母的抗剪強度核算

圖3 防水螺母的結(jié)構(gòu)圖

防水壓鉚螺母抗剪強度的核算：

其中：

τ：防水壓鉚螺母受到抗剪應(yīng)力，單位pa；F：防水壓鉚螺母承受的剪力，單位N；S：防水壓鉚螺母的承受剪力的截面積，單位m2；B：防水壓鉚螺母的承受剪力截面的外徑，單位m；D2：防水壓鉚螺母的承受剪力截面的孔徑，即M5 螺紋的大徑，單位m。

假設(shè)120kg的力全部由一個掛攀對應(yīng)的4 個防水壓鉚螺母承受，則防水壓鉚螺母受到抗剪應(yīng)力如下：

不銹鋼的強度σ0.2不小于210MPa，其剪應(yīng)力強度一般不小余0.6 倍的σ0.2，即126MPa。

2.2 箱體壓鉚螺母處的擠壓強度核算

其中：

σ：箱體壓鉚螺母處承受的擠壓應(yīng)力，單位pa

F：箱體壓鉚螺母處承受的擠壓力，單位N，

S1：箱體壓鉚螺母處承受擠壓力的截面積，單位m2

C：壓鉚螺母擠壓處的外徑（見圖3），單位m，

A：壓鉚螺母擠壓處的厚度（見圖3），單位m

假設(shè)120kg的力全部由一個掛攀對應(yīng)的4 個防水壓鉚螺母承受，則箱體壓鉚螺母處的擠壓應(yīng)力如下：

冷軋鋼板08 的σs最小為175MPa，取安全系數(shù)為2，則鋼箱體壓鉚螺母處承受的擠壓應(yīng)力小于其許用應(yīng)力，滿足要求。

3 拉力、推力和扭矩試驗

為了驗證理論計算，設(shè)計了試樣，然后對試樣進行力學(xué)試驗。通過拉力試驗驗證箱體和壓鉚螺母的強度，通過推力試驗來確定壓鉚螺母所能承受軸向破壞力，通過扭矩試驗來確定壓鉚螺母所能承受扭矩。

3.1 拉力試驗

為了進行拉力試驗，試樣應(yīng)適應(yīng)拉力試驗機的裝夾，通過了解拉力試驗機的裝夾接口方式，設(shè)計了這樣的試驗樣件（兩種零件，共三件），如圖4 所示，然后將試驗樣件裝夾在拉力試驗機（如圖5所示）上進行拉力試驗。

圖4 試驗樣件設(shè)計圖

圖5 試驗樣件安裝圖

在試驗過程中，我們先將拉力依次加到100kg、150kg、200kg，并分別保持0.5 分鐘，試樣卸載后無變形和損傷，其表明一個掛攀就可承受200kg的拉力，滿足強度要求，與理論受力核算相符。

3.2 推力試驗

拉力試驗完后，然后對試樣（共三件）上壓鉚螺母進行推力試驗，推力為50kg，壓鉚螺母沒有推出，滿足設(shè)計要求。

3.3 扭矩試驗

最后對試樣（共三件）上壓鉚螺母進行了扭矩試驗，由于扭矩工具的量程限制，我們只做到了4Nm（可以滿足使用要求），壓鉚螺母均可承受4N·m。

4 結(jié)論

理論分析和實驗表明，不銹鋼防水壓鉚螺母直接壓在箱體內(nèi)，能滿足機柜的強度要求。采用此方案，機柜既可防水，又能防銹，同時取消了加強板，還無焊接工作量，因此，該結(jié)構(gòu)方案不僅滿足功能要求，而且具有較大的經(jīng)濟效益。