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商用洗碗机立柱支撑分析与优化

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人气:-发表时间:2016-03-21 12:21【

洗碗机内胆一般通过铆接或焊接方式固定在洗碗机立柱总成上,洗碗机立柱总成对洗碗机内胆起框架支撑作用,同时立柱总成要有足够的强度来保持洗碗机的刚性。用手推动现有设计的洗碗机台面角部,发现洗碗机箱体左右晃动较大。拆开侧板观察立柱总成的变形位置,立柱总成的铰链板从内胆底部以上结构变形较大,铰链板在内胆底部以下结构基本无变形。对立柱总成进行有限元分析,并根据有限元分析结果对洗碗机立柱支 撑强度进行了优化设计,重点优化设计了铰链板,使铰 链板强度提升了50%左右。根据铰链固定板的优化设计,做样件对洗碗机进行推动实验,洗碗机变形量降低了50%左右,证明了铰链固定板优化设计的准确性。
1 洗碗机箱体强度弱分析
1.1 洗碗机箱体强度实验
在洗碗机台面前部两侧分别用100N的力推动洗碗机并保持洗碗机底部不移动,在洗碗机台面另一侧位置测量洗碗机箱体横向变形量,左右两侧的变形量分别为12MM,洗碗机箱体变形量较大。拆除洗碗机侧板,推动洗碗机立柱上角部观察立柱总成的变形情况。洗碗机立柱总成由立柱、铰链板和立柱横梁组成。推动过程中,立柱整体横向变形,铰链板从内胆底部以上位置开始变形,内胆底部以下的位置基本无变形。洗碗机内胆和立柱总成结构图

1.2 洗碗机箱体结构强度有限元分析
洗碗机立柱总成支撑内胆且厚度大于内胆板材厚度,变形情况主要取决于立柱的强度。对立柱总成进行力学有限元分析,
铰链板材质选用SPCC,立柱和立柱横梁选用DC51,密度均为7800kg/m3,杨氏模量均为206GPa,泊松比为0.3,屈服强度为240MPa。
洗碗机立柱总成有限元网格模型
对立柱总成建立有限元模型,如图2所示。洗碗机结构含有前后两个横梁连接立柱,为了更准确分析立柱位移和应力情况,按照带有横梁结构建模。各部件均采用CQUAD4单元划分网格,单元大小为5mm,螺栓连接 采用CBEAM和RBE2描述,TOX连接采用中节点RBE2描述。边界条件:立柱总成4个底脚为固定约束,在立柱总成左侧施加100N的力F,方向向右。立柱总成的位移分布云图和应力分布云图如图3和图4所示。

通过对立柱总成进行力学有限元分析,从左侧推动立柱角部时,立柱总成的最大变形量为14mm,与实际推动洗碗机的变形量12 mm—致。立柱总成力学有限元分析只是单独分析了立柱总成,若再加上侧板等部件,有限元分析的变形量会更接近实际变形量。立柱总成的最大应力分布在立柱折U的角部和铰链板中间部位。
2 立柱总成优化设计和验证
2.1 立柱总成结构优化设计
根据立柱总成结构有限元分析结果,立柱总成最大应力分布在铰链板中间部位和立柱折U的角部。立柱变形也从铰链板中间位置开始向上呈倾斜变形,因此需要对铰链板和立柱折U角部加强。在立柱角部可以增加一个加强板把立柱和侧板固定起来,立柱跟侧板就成为一体,这样可以减小立柱的变形。原铰链板设计只有简单的一个压型,前端折弯结构还有断开缺口,铰链板抗弯截面模较小。因此从侧面推动量洗碗机时,洗碗机容易变形。重点对铰链板进行了改进设计,在铰链板大面上 增加压型,使其剖面结构为瓦楞状,在折弯结构上补全缺口。铰链板结构如图5所示。
洗碗机铰链板
2.2 铰链板结构强度有限元对比分析
对比改进的铰链板与现有铰链板铰,进行结构有限元分析。铰链板材质选用SPCC,密度为7800kg/m3, 杨氏模量均为206 GPa,泊松比为0.3,屈服强度为240MPa。铰链板采用CQUAD4单元划分网格,单元大小为5mm。铰链板有限元模型如图6所示。
洗碗机铰链板有限元模型
边界条件:铰链板底部及横梁连接孔为固定约束,在铰链板上部施加100N的力,方向向右。按照此施力分析的原因为:与从立柱总成折U角部比,只是把里的作 用点进行了降低,铰链板与立柱总成的变形及应变情况 应是一致的,可以通过分析铰链板的位移及应力情况推断出立柱总成位移和应力。新旧铰链板位移分布云图和应力分布云图。

通过铰链板结构有限元分析,可以看出在铰链板上端施加100 N的力,铰链板位移量为7.9 mm,最大应力为240MPa,已经达到屈服强度极限。改进设计的铰链板施 加100N的力,位移量为4.45mm,位移量减少了50%, 同时应力也大大地降低为100 MPa左右,因此改进设计后的铰链板强度增加明显。
2.3 洗碗机强度试验
根据铰链板优化设计的结构做样件,并组装一台洗碗机。在台面左右两侧推动洗碗机实验,左右两侧的变形量分别为6mm和5 mm,右侧变形量小跟内胆与侧板间左右结构不同引起。洗碗机左侧增加了其他部件,从左侧推动洗碗机时,变形量稍小。
3 结论
本文利用有限元方法分析了洗碗机立柱总成的结构强度,重点优化设计了铰链板,通过对铰链板的有限元分析和洗碗机强度实验得出如下结论:
1)从洗碗机侧面推动洗碗机变形大的主要原因在于铰链板设计问题。铰链板抗弯截面模量小,推动时导致变形大。
2)优化设计铰链板,对其进行结构有限元分析,并根据优化设计的铰链板组装洗碗机进行推动实验。两种方法的结果保持一致,验证了有限元分析的可靠性,在洗碗机产品设计上进行结构有限元分析具有重要的参考意义。

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