何洲红

（武汉铁路职业技术学院，湖北 武汉430205）

1 问题的提出

2017 年，某企业户外机柜已通过客户的样机准入测试，马上要进入批量生产阶段，但是发现其与挂攀零件连接处的结构存在以下两个问题：

存在漏水的风险；

存在生锈的风险。

以上两个问题主要是其结构决定的，其结构如图1 和图2 所示。

结构说明：箱体的材料为1.2mm厚的镀锌板，压铆加强板为2mm厚的镀锌板，压铆加强板上压有不锈钢防水压铆螺母，然后再把压铆加强板四周均匀点焊在在箱体内，焊接完后，再喷塑，喷塑时螺纹孔需保护。

由于压铆加强板是四周点焊在箱体上，当机柜放在户外，雨水容易从螺钉孔处渗入，从压铆加强板与箱体的夹缝处渗（转下页）入机柜的内部，因此，存在漏水的风险；另外，由于机柜箱体和压铆加强板均为镀锌板，两者焊在一起，箱体和压铆加强板间无法喷上塑粉，下雨时，在渗入于压铆加强板与箱体夹缝处的水的作业下，压铆加强板与箱体的接触面将会出现生锈现象。

通过分析，还有一种方案：即将防水压铆螺母直接压在1.2mm厚的箱体上，由于设计人员担心此种方案的强度的不够，因此，需要进行强度计算和力学试验。

2 核算将防水压铆螺母直接压在1.2mm 厚箱体上的强度

由于四个压铆件是用于通过四个螺钉来连接墙挂件，该机柜一共有四个挂攀零件，分别分布在机柜四个角内，该机柜的总重约120kg，考虑挂攀零件受力的不均匀性，一般情况下最多两个挂攀零件承受120kg。现对防水压铆螺母的抗剪强度和箱体压铆螺母处的抗压强度进行可算。

2.1 防水压铆螺母的抗剪强度核算

图3 防水螺母的结构图

防水压铆螺母抗剪强度的核算：

其中：

τ：防水压铆螺母受到抗剪应力，单位pa；F：防水压铆螺母承受的剪力，单位N；S：防水压铆螺母的承受剪力的截面积，单位m2；B：防水压铆螺母的承受剪力截面的外径，单位m；D2：防水压铆螺母的承受剪力截面的孔径，即M5 螺纹的大径，单位m。

假设120kg的力全部由一个挂攀对应的4 个防水压铆螺母承受，则防水压铆螺母受到抗剪应力如下：

不锈钢的强度σ0.2不小于210MPa，其剪应力强度一般不小余0.6 倍的σ0.2，即126MPa。

2.2 箱体压铆螺母处的挤压强度核算

其中：

σ：箱体压铆螺母处承受的挤压应力，单位pa

F：箱体压铆螺母处承受的挤压力，单位N，

S1：箱体压铆螺母处承受挤压力的截面积，单位m2

C：压铆螺母挤压处的外径（见图3），单位m，

A：压铆螺母挤压处的厚度（见图3），单位m

假设120kg的力全部由一个挂攀对应的4 个防水压铆螺母承受，则箱体压铆螺母处的挤压应力如下：

冷轧钢板08 的σs最小为175MPa，取安全系数为2，则钢箱体压铆螺母处承受的挤压应力小于其许用应力，满足要求。

3 拉力、推力和扭矩试验

为了验证理论计算，设计了试样，然后对试样进行力学试验。通过拉力试验验证箱体和压铆螺母的强度，通过推力试验来确定压铆螺母所能承受轴向破坏力，通过扭矩试验来确定压铆螺母所能承受扭矩。

3.1 拉力试验

为了进行拉力试验，试样应适应拉力试验机的装夹，通过了解拉力试验机的装夹接口方式，设计了这样的试验样件（两种零件，共三件），如图4 所示，然后将试验样件装夹在拉力试验机（如图5所示）上进行拉力试验。

图4 试验样件设计图

图5 试验样件安装图

在试验过程中，我们先将拉力依次加到100kg、150kg、200kg，并分别保持0.5 分钟，试样卸载后无变形和损伤，其表明一个挂攀就可承受200kg的拉力，满足强度要求，与理论受力核算相符。

3.2 推力试验

拉力试验完后，然后对试样（共三件）上压铆螺母进行推力试验，推力为50kg，压铆螺母没有推出，满足设计要求。

3.3 扭矩试验

最后对试样（共三件）上压铆螺母进行了扭矩试验，由于扭矩工具的量程限制，我们只做到了4Nm（可以满足使用要求），压铆螺母均可承受4N·m。

4 结论

理论分析和实验表明，不锈钢防水压铆螺母直接压在箱体内，能满足机柜的强度要求。采用此方案，机柜既可防水，又能防锈，同时取消了加强板，还无焊接工作量，因此，该结构方案不仅满足功能要求，而且具有较大的经济效益。