戶外機(jī)柜箱體防水壓鉚螺母處的強(qiáng)度核算及試驗(yàn)

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(jī)柜已通過客戶的樣機(jī)準(zhǔn)入測試，馬上要進(jìn)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(gè)問題：

存在漏水的風(fēng)險(xiǎn)；

存在生銹的風(fēng)險(xiǎn)。

以上兩個(gè)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(qiáng)板為2mm厚的鍍鋅板，壓鉚加強(qiáng)板上壓有不銹鋼防水壓鉚螺母，然后再把壓鉚加強(qiáng)板四周均勻點(diǎn)焊在在箱體內(nèi)，焊接完后，再噴塑，噴塑時(shí)螺紋孔需保護(hù)。

由于壓鉚加強(qiáng)板是四周點(diǎn)焊在箱體上，當(dāng)機(jī)柜放在戶外，雨水容易從螺釘孔處滲入，從壓鉚加強(qiáng)板與箱體的夾縫處滲（轉(zhuǎn)下頁）入機(jī)柜的內(nèi)部，因此，存在漏水的風(fēng)險(xiǎn)；另外，由于機(jī)柜箱體和壓鉚加強(qiáng)板均為鍍鋅板，兩者焊在一起，箱體和壓鉚加強(qiáng)板間無法噴上塑粉，下雨時(shí)，在滲入于壓鉚加強(qiáng)板與箱體夾縫處的水的作業(yè)下，壓鉚加強(qiáng)板與箱體的接觸面將會(huì)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(jì)人員擔(dān)心此種方案的強(qiáng)度的不夠，因此，需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和力學(xué)試驗(yàn)。

2 核算將防水壓鉚螺母直接壓在1.2mm 厚箱體上的強(qiáng)度

由于四個(gè)壓鉚件是用于通過四個(gè)螺釘來連接墻掛件，該機(jī)柜一共有四個(gè)掛攀零件，分別分布在機(jī)柜四個(gè)角內(nèi)，該機(jī)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(gè)掛攀零件承受120kg?，F(xiàn)對(duì)防水壓鉚螺母的抗剪強(qiáng)度和箱體壓鉚螺母處的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行可算。

2.1 防水壓鉚螺母的抗剪強(qiáng)度核算

圖3 防水螺母的結(jié)構(gòu)圖

防水壓鉚螺母抗剪強(qiáng)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(gè)掛攀對(duì)應(yīng)的4 個(gè)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(qiáng)度σ0.2不小于210MPa，其剪應(yīng)力強(qiáng)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(qiáng)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(gè)掛攀對(duì)應(yīng)的4 個(gè)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(yàn)

為了驗(yàn)證理論計(jì)算，設(shè)計(jì)了試樣，然后對(duì)試樣進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。通過拉力試驗(yàn)驗(yàn)證箱體和壓鉚螺母的強(qiáng)度，通過推力試驗(yàn)來確定壓鉚螺母所能承受軸向破壞力，通過扭矩試驗(yàn)來確定壓鉚螺母所能承受扭矩。

3.1 拉力試驗(yàn)

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

圖4 試驗(yàn)樣件設(shè)計(jì)圖

圖5 試驗(yàn)樣件安裝圖

在試驗(yàn)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(gè)掛攀就可承受200kg的拉力，滿足強(qiáng)度要求，與理論受力核算相符。

3.2 推力試驗(yàn)

拉力試驗(yàn)完后，然后對(duì)試樣（共三件）上壓鉚螺母進(jìn)行推力試驗(yàn)，推力為50kg，壓鉚螺母沒有推出，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 扭矩試驗(yàn)

最后對(duì)試樣（共三件）上壓鉚螺母進(jìn)行了扭矩試驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)表明，不銹鋼防水壓鉚螺母直接壓在箱體內(nèi)，能滿足機(jī)柜的強(qiáng)度要求。采用此方案，機(jī)柜既可防水，又能防銹，同時(shí)取消了加強(qiáng)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(jì)效益。