戶外機柜箱體防水壓鉚螺母處的強度核算及試驗

何洲紅

（武漢鐵路職業技術學院，湖北 武漢430205）

1 問題的提出

2017 年，某企業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階段，但是發現其與掛攀零件連接處的結構存在以下兩個問題：

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構決定的，其結構如圖1 和圖2 所示。

結構說明：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，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（轉下頁）入機柜的內部，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下，壓鉚加強板與箱體的接觸面將會出現生銹現象。

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，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 防水螺母的結構圖

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120kg的力全部由一個掛攀對應的4 個防水壓鉚螺母承受，則防水壓鉚螺母受到抗剪應力如下：

不銹鋼的強度σ0.2不小于210MPa，其剪應力強度一般不小余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120kg的力全部由一個掛攀對應的4 個防水壓鉚螺母承受，則箱體壓鉚螺母處的擠壓應力如下：

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

3 拉力、推力和扭矩試驗

為了驗證理論計算，設計了試樣，然后對試樣進行力學試驗。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，試樣應適應拉力試驗機的裝夾，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，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，該結構方案不僅滿足功能要求，而且具有較大的經濟效益。