Snap-Fit-Design: Arten von Snap-Fits und Best Practices (2024)

• Erstellt von:Gavin Leo
• Beitrag am:08/06/2023

Ringförmige Schnappverbindungen werden üblicherweise bei zylindrischen Teilen verwendet. Ringförmige Schnappverbindungen funktionieren mit einem kleinen kreisförmigen Vorsprung, der normalerweise die Form eines Grats hat. Dieser Grat greift in eine Aussparung ein, die einen anderen Teil umgibt.

Der primäre Bestimmungsfaktor für die Kraft, die zum Verbinden zweier Komponenten in ringförmigen Schnappverbindungen erforderlich ist, ist der kreisförmige Grat. Die Ringverbindungen können je nach Vorlauf- und Rücklaufwinkel als dauerhaft oder temporär klassifiziert werden.

Bei ringförmigen Schnappverbindungen führt ein Rückstellwinkel von 45° typischerweise zu einer stabilen und dennoch lösbaren Baugruppe. Wenn der Rückstellwinkel 45° überschreitet, wird die Montage noch robuster, die Demontage jedoch schwieriger. Ein Rückstellwinkel von 90° ergibt eine dauerhafte Montage bei Ringverbindungen.

Bei einer Torsionsschnappverbindung handelt es sich um eine Verdrehung. Es verfügt über einen ineinandergreifenden Balken, der einem freitragenden Balken ähnelt. Bei ausreichender Krafteinwirkung kann sich der Balken drehen oder verdrehen. Die Torsionsschnappverbindung nutzt die Federkraft, um die Gegenkomponente zu belasten und zu sichern.

Schnappverbindungen, die Torsion nutzen, funktionieren ähnlich wie eine Wippe. Beim Einsetzen eines Bauteils mit Nut dreht sich der Balken in die richtige Position. Diese Schnappverbindungen eignen sich ideal für temporäre Verbindungen und können in Baugruppen eingesetzt werden, bei denen Komponenten häufig demontiert werden müssen.

Für die Verbindung thermoplastischer Kunststoffe sind freitragende Schnappverbindungen beliebt. Sie sind wirtschaftlich, zuverlässig und einfach zu konstruieren. Es besteht aus einem freitragenden Balken mit einem konischen oder abgeschrägten Kopf, der ein einfaches Einsetzen und Flexibilität ermöglicht.

Darüber hinaus verfügt der Ausleger nach dem konischen Teil über eine Aussparung, die dem Kopf eine hakenartige Form verleiht. Dieser Haken greift bei freitragenden Verbindungen in das zweite Gegenstück ein.

U-förmig Schnappverbindung ist eine weitere Variante der freitragenden Schnappverbindung. Möglicherweise ist Ihnen diese Funktion auf der Rückseite Ihrer TV-Fernbedienung oder auf Spielzeugen aufgefallen. Bei Kragarmverbindungen wird der Kragarm normalerweise in ein Loch im Teil eingeführt.

Eine U-Form kann verwendet werden, um die Balkenlänge zu verlängern, wenn nicht genügend Platz vorhanden ist. Dadurch werden Belastungen verringert und die Flexibilität bei wiederholten Montagen erhöht. Der Haken muss sich an der Außenkante des Balkens befinden. Dies ist notwendig, um den Gleitmechanismus von Kragarmgelenken zu entfernen.

Ohne die Berechnung der Ermüdungsbeanspruchung, der maximalen Spannung, der Durchbiegungskraft und vieler anderer Faktoren, die letztendlich über die Abmessungen der Schnappverbindung entscheiden, ist die Schnappverbindungskonstruktion unvollständig. Obwohl es viele Schnappverbindungen gibt, werde ich eine Beispielberechnung für die freitragende Schnappverbindung zeigen und die Formeln für andere markante Schnappverbindungen bereitstellen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Schnappverbindungen zu konstruieren. Sie können entweder zuerst das Material auswählen und die Abmessungen Ihres Snap-Fit-Designs entsprechend anpassen oder zuerst die Abmessungen auswählen und ein Material finden, das zu den berechneten Abmessungen passt.

• Die maximale Biegebeanspruchung ist gegeben durch

σ_max = mc/I

woher M ist das maximale Biegemoment

C ist der Abstand vom interessierenden Punkt zur neutralen Achse

I ist das Trägheitsmoment

• Die maximale Belastung ist gegeben durch

ε = M/IE

woher E ist der Elastizitätsmodul des Materials

• Für einen Balken mit konstantem Querschnitt gilt: Ablenkung ist gegeben durch

y=0.67 * ει²/h

woher l ist die Länge des Balkens

h ist die Dicke an der Wurzel

• Und die Ablenkungskraft ist gegeben durch

P =bh²/6 • Es ε/ι

woher b ist die Breite an der Wurzel

Es ist der Sekantenmodul

Breite (b) = 10 mm

Hinterschnitt (y) = 3 mm,

und einem Neigungswinkel von 30°

y= 0.67 * ει²/h

h= 0.67 * ει²/Jahr

h= 0.670 • 0.25 • 20²/ 3

h= 2.23 mm

• Verwenden Sie die Ablenkungskraftgleichung

P= bh²/6 • Es ε/I

Es= 1350 N/mm²

P= 102 • 23²/6 * 13500 • 0.25/20

P= 13.98 N

• Um die Paarungskraft zu ermitteln, verwenden Sie diese Gleichung

W=P • μ+tan(σ)/1-tan(σ)

W=13.98 • 0.72+tan(30)/1-braun(30)

W= 42.91 N.

y = (zulässige) Durchbiegung (=Unterschreitung)

E = (zulässige) Dehnung in der Außenfaser an der Wurzel

l = Armlänge

h = Dicke an der Wurzel

b = Breite an der Wurzel

c = Abstand zwischen Außenfaser und neutraler Faser (Schwerpunkt)

Z = Widerstandsmoment Z = I c, wobei I = axiales Trägheitsmoment

Es = Sekantenmodul

P = (zulässige) Auslenkkraft

K = geometrischer Faktor

• Die Schubmodul ist gegeben durch

G=Es/2(1+ν)

woher G ist der Schubmodul

Es ist der Sekantenmodul

ν ist die Poissonzahl

• Die Ablenkkraft ist gegeben durch

P • ι= γ GIP /r

woher γist die Scherdehnung

Ip ist das polare Trägheitsmoment

W=P +tan(σ)/1-tan(σ)

W=13.98 • 0.72+tan(30)/1-braun(30)

W= 42.91 N.

Ringschnappverbindungen werden zum Verbinden symmetrischer runder Teile verwendet. Bei den meisten ringförmigen Schnappverbindungen ist mindestens eine der Komponenten starr. Wenn zwei elliptische oder kreisförmige Teile vorhanden sind, die leicht verformt werden können, kann dies zu einer geringeren Krafteinwirkung auf das Material und damit zu einem größeren Hinterschnitt führen. Die Formeln für ringförmige Schnappverbindungen sind wie folgt angegeben

• Die Querkraft ist gegeben durch

P= y • D • ES • X

woher y = unterschnitten

d = Durchmesser am Gelenk

Es = Sekantenmodul

X = geometrischer Faktor

• Die Paarungskraft ist gegeben durch

W=P • μ+tan(σ)/1-tan(σ)

woher μ = Reibungskoeffizient

α= Steigungswinkel

Filets sind winzige Merkmale, die Elemente eines großartigen Designers widerspiegeln. Scharfe Ecken sind der Hauptgrund für Spannungskonzentrationen in Teilen. Scharfe Ecken bedeuten bei der Konstruktion einer Schnappverbindung, dass sich der größte Teil der strukturellen Belastung auf einen winzigen Bereich konzentriert, was zum Versagen oder Bruch des Teils führt. Durch das Hinzufügen von Verrundungen kann die Spannungskonzentration erheblich reduziert werden. Die häufigste Verwendung von Verrundungen findet an der Basis des Auslegers statt. Filet hilft, Spannungskonzentrationen zu reduzieren, indem es die Last über eine größere Fläche verteilt.

Eine Verjüngung entlang der Länge der Schnappverbindung kann die Lebensdauer der Verbindung verlängern. Durch die Verjüngung wird einfach die Querschnittsfläche der Schnappverbindung entlang ihrer Länge verringert. Ein konischer Haken ist besser als ein freitragender Haken mit gleichmäßigem Querschnitt, da letzterer ungleichmäßigen Belastungen ausgesetzt ist. Dies kann zu einer Überschreitung der zulässigen Belastung und schließlich zu einem Ausfall führen. Darüber hinaus bietet das konische Design den Vorteil, dass weniger Material verwendet wird und die Herstellungskosten für die Massenproduktion gesenkt werden.

Fast alle hochwertigen Teile haben Laschen. Laschen sind winzige hervorstehende Verbindungselemente, die beim Ausrichten zweier zusammenpassender Teile helfen. Sie dienen auch als strukturelle Stütze, indem sie einen Teil der Scherkraft aufnehmen.

Schnappverbindungen sind in ihrer einfachsten Form tragende Elemente. Das Schnappverschlussdesign sollte hohen Belastungsfrequenzen standhalten können. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, die Breite des Hakens bei freitragenden Schnappverschlüssen zu vergrößern.

Schnappverbindungen mit mangelhaften Designüberlegungen versagen oft aufgrund von Ermüdungsbeanspruchung. Ermüdungsversagen tritt aufgrund wiederholter Belastung auf und kommt häufig vor, wenn Schnappverbindungen wiederholt demontiert werden. Durch die Auswahl von Materialien mit höherer Streckgrenze und geometrische Überlegungen kann das Risiko eines Ermüdungsversagens verringert werden.

Spielzeuge: Schnappverschlüsse werden am häufigsten bei Spielzeugen verwendet. Spielzeug muss leicht, günstig und in Massenproduktion erhältlich sein. Ideal ist es, Befestigungselemente zu haben, die Teil der Spielzeugform sein können. Aus diesem Grund werden Schnappverbindungen verwendet.

Stifte: Ein klassisches Beispiel für ringförmige Passungen sind Stiftkappen.

Riemenschnallen: Auch die an den meisten Taschen, Spanngurten und Campingzubehörteilen verwendeten Schnallen verfügen über Schnappverschlüsse.

Gehäuse: Viele elektronische Gehäuse wie USB-Hubs und Ethernet-Boxen verwenden Schnappverbindungen.

Deckel und Abdeckungen: Viele Abdeckungen nutzen U-förmige Schnappverschlüsse, um einen Lagerbereich oder Hohlraum in einem Teil einfach abzudecken.

3D-Druckdesigns: Beim 3D-Druck von Bauteilen. Die meisten Designs bestehen aus Kunststoffen und Harzen. Die Verwendung von Schrauben und Befestigungselementen kann die strukturelle Integrität dünner Konstruktionen beeinträchtigen. Schnappverbindungen sind eine kostengünstigere und bessere Alternative.

• Sorgen Sie für eine einfache Montage und Demontage ohne Spezialwerkzeuge
• Sind bei der Auslegung mit korrekten Berechnungen und Toleranzen langlebig
• Sorgen Sie für eine mechanische Verbindung, die verborgen werden kann, um die Ästhetik zu verbessern
• Sie sind wirtschaftlich und erfordern kein zusätzliches Material (außer dem verwendeten Kunststoff).

• Sorgen Sie für eine einfache Montage und Demontage ohne Spezialwerkzeuge
• Sind bei der Auslegung mit korrekten Berechnungen und Toleranzen langlebig
• Sorgen Sie für eine mechanische Verbindung, die verborgen werden kann, um die Ästhetik zu verbessern
• Sie sind wirtschaftlich und erfordern kein zusätzliches Material (außer dem verwendeten Kunststoff).