产品结构设计充电，螺丝柱结构设计常识与技巧解析

产品结构设计充电，螺丝柱结构设计常识与技巧解析

作为产品结构设计师，必备的材料知识以及工艺常识都是需要去了解和熟悉的，设计师都是需要一定的知识储备的，这样后期的路才能越走越远。螺丝螺母，在产品结构设计中是最常用的，为了让产品配合紧密，整体强度更加合理，打螺丝是一个不错的选择。而在选择螺丝的时候，是用自功螺丝好，还是机械螺丝螺母好，是粗一点，还是细一点，这些都需要合理的计算选择与分配，才能发挥出螺丝真正的用处。

一、机械螺丝柱设计

以手机上最常用的规格M1.2-2.0为列，参考一下螺母对照表，选择对应的螺母，那么热熔螺丝柱如何设计？

根据上图，我们选择M1.4的螺丝，螺母选择最小外径是2.3，长度最小1.8.塑胶孔径则为2.1，深度为2.3。根据此规格来设计螺丝柱，见下图：

1，根据螺母外径与塑胶孔径计算，A处单边咬合厚度为0.1，建议做到0.15，这个咬合不够后期都可以加胶处理，咬合量与螺母外径大小无关，与螺母纹理深度与螺丝柱壁厚相关。

问：是不是咬合厚度越厚越好？

答：按理论预想是这样，但是也要考虑实际产品螺丝柱B处的壁厚与螺母的纹理深度，如果螺母纹理深度才0.2，你咬合0.5就是多余的，而且还会造成螺丝柱爆裂。

2，根据可行性塑胶壁厚设计，B处的厚度不能超过D处的2/3，手机上通常采用0.8-1.0的壁厚，材料选择为PC+ABS改性材料，如果是纯ABS材料，建议做到1.0.

问：如果B处的厚度超过了2/3怎么办？

答：螺丝柱底部需要设计火山口，避免外观面缩水。

3，再来看螺丝柱的深度设计C处，C要＞E螺母的高度0.3以上，建议做到0.5以上，根据螺母外径的咬合量而定。

问：为什么螺丝柱深度不能设计成与螺母高度一样？

答：不能，除非采用螺母与塑胶一体成型，否则会导致螺母热熔时高出螺丝柱平台，影响装配，而且还会导致热熔后，胶位没有空间流走而破坏螺丝柱爆裂，因为没有融胶空间。

再来看热熔螺丝柱细节设计，见上图

4，a处=A处螺母咬合量（台阶深度直径与螺母外径一致），或者＞咬合量0.1-0.2.建议设计成与螺母外径一样。b处深度为0.3-0.5.建议做到0.5。

问：为什么要设计一个这样的台阶?

答：方便放置螺母，给热熔螺母一个导向，更好的方便热熔设备热熔螺母，不会因为没有定位导向而将螺母热熔歪斜。

问：如果我采用模内注塑螺母一体成型，还需要设计这样的台阶吗？

答：不需要，只有热熔螺母才会这样设计。

接下来看螺丝螺母装配组合图设计，见下图：

有朋友问螺帽的大小是标准的还是非标的？

这个可以根据设计要求做定制，也就是非标，也可以用现成的标准件。不管用那种，螺帽的大小必须要比塑胶开孔单边大0.4以上，也就是D处的尺寸＞0.4以上，否则螺帽容易打穿塑胶壁卡在孔内。

其它尺寸设计如下：

1，A处的尺寸＞0.2以上，否则锁螺丝的时候螺帽太紧，破坏塑胶。

2，B处的尺寸为0.1-0.25，小产品建议留0.1，大产品建议留0.25。

3，C处的尺寸为0.05-0.15，小产品建议留0.05，大产品建议留0.15。

4，E处的尺寸为0.7-2.0，小产品建议留1.2，空间不够时候采用PC+ABS材料可以留到0.7，大产品建议留2.0。

问：螺帽的厚度是标准的吗？

答：有标准也有非标，可以根据设计要求定制，常规厚度在0.5-1.5之间，根据螺帽的形状而定义。

问：C处为什么要留间隙，不留间隙不行吗？

答：不留间隙也可以做，但是建议留间隙，因为你无法保证螺帽热熔后完整平齐，而且留间隙可以让螺丝螺母锁符更加紧密，让壳体配合更加紧密。

那么模内注塑螺母一体成型，是怎样加工的呢？

根据上右图，可以看出，螺母要先与螺母镶件先装好，然后再放入模具内部，当成型完毕后，会顺带镶件一起出来，然后再将镶件取下即可。就完成了螺母模内一体成型的加工流程。

所以说，模内成型螺母，是非常耗人工的，一般都采用热熔螺母的方式。

二、自功螺丝柱设计

自功螺丝柱，顾名思义就是没有牙口的螺丝柱，需要螺丝自身的牙口施加一定的外在扭力进行锁合。

那么自功螺丝柱如何设计？

一样，先根据规格表选择一个型号螺丝为列，我们选择M1.4的螺丝，螺丝选择最大外径是1.4，最小内径是1.05.螺丝最小长度2.5（不包括螺帽）。根据此规格来设计螺丝柱，见下图

首先来看E处的尺寸，自功螺丝咬合单边吃牙吃多少？

a，M1.2-1.7自功螺丝E处吃牙0.15.

b, M1.7-2.5自功螺丝E处吃牙0.2.

c，M2.5-4.0自功螺丝E处吃牙0.25.

再来看其它的尺寸设计：

1，A处的尺寸＞0.2以上，与机械螺丝一样的设计，否则锁螺丝的时候螺帽太紧，破坏塑胶。

2，B处的尺寸为0.05-0.15，小产品建议留0.05，大产品建议留0.15，设计原理与机械螺丝一样。

3，F处的尺寸为0.15-0.3，小产品建议留0.15，大产品建议留0.25。

4，C处的尺寸＞0.5以上，设计原理与机械螺丝一样。

5，D处的尺寸为0.7-2.0，小产品建议留1.2，空间不够时候采用PC+ABS材料可以留到0.7，大产品建议留2.0。

6，G处的尺寸为0.8-1.5，根据可行性塑胶壁厚设计，G处的厚度不能超过L处的2/3，手机上通常采用0.8-1.0的壁厚，材料选择为PC+ABS改性材料，如果是纯ABS材料，建议做到1.0，那么大件的产品则留1.2-1.5，建议设计为1.5.

7，H处的尺寸为预留空间，大于0.3以上即可。

问：自功螺丝螺柱设计多深才算合格，能过拉力测试？

答：最少吃牙3圈，从截面图，最少3颗齿，否则过不了5KG拉力测试。

问：自功螺丝螺帽是不是也可以定制？

答：是的，可以根据要求做定制，但是建议选择现有的标准件，定制的规格通常要贵。

三、自功螺丝扭矩设计

在产线上，通常对电动螺丝刀调整好一个满足要求的扭矩，因为扭矩太小，则装配不紧，如果太大又会使螺丝打滑，使得装配失效。

所以在设计时，需要给出一个装配时的扭矩。

螺丝的设计主要有两个因素：一是拉拔力，二是剥离扭矩，也就是螺丝打滑时的扭矩。

一般剥离扭矩与拧扭矩比应该大于2:1.当使用电动工具拧入时，比率最好为5:1。剥离扭矩与螺丝的直径和螺丝材料的直径和螺丝柱材料有关，此扭矩随着螺丝钉的拧入而迅速增加，但当拧入深度约为螺丝钉中径2.5倍时趋于恒定。

决定扭矩的大小，取决于摩擦力合螺丝钉咬合胶的深度。决定拉拔力的大小，取决于螺丝柱的材料，螺丝的尺寸，螺丝钉的咬合力度。

螺丝钉拉拔力的计算公式为：

F={S/√3}πDL

S=设计应力，D=螺丝钉中径，L=螺丝咬合长度。

设计应力S等于凸台材料的拉伸应力除以安全系数，安全系数通常为2或者3.

螺丝钉拉拔力（F）所需的扭矩计算公式为：

T=FD/2(2f+P/πD)

 f=摩擦系数，P=螺纹螺距。

常用自功螺丝装配及测试（10次）时所要用的扭力值，见下图：

总结：

1，五金件螺丝柱设计与材料相关，比如钣金件用M1.4的螺丝，那么翻柱嘴以后，内孔直径为1.1与自功螺丝柱的内孔设计一致，唯一不同的是螺丝柱的长度，只需要确保功牙能咬合3颗牙即可。

2，以上所有结构设计数据信息非书面标准数据，都是由设计师个人经验总结得出，请根据自己的产品进行分析选择设计，请勿直接套用。

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