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基于a ns y s 对滚筒洗衣机壳体在运输环境下的 受力分析 摘要 滚筒洗衣机由于其结构上的特点在运输过程中比其他家电产 品更容易损坏。笔者在对国内某著名滚筒沈衣机制造厂商的调研中 发现，滚筒洗衣机起支撑作用的壳体在运输过程中的损坏尤为严 重，究其原因，一方面是因为运输流通过程中的野蛮装卸造成的， 另一方面是滚筒洗衣机壳体本身在结构上仍有不足，在强度上仍有 加强的空间。而滚筒洗衣机壳体结构的设计一直是滚筒洗衣机生产 厂家的难点，本课题就是针对滚筒洗衣机壳体结构上存在的不足而 提出的。 本文首先列举了笔者对国内某著名滚筒洗衣机壳体破坏的调 研数据( 据对海尔滚筒洗衣机的市场反馈调查可以看出，2 0 0 7 年滚 筒洗衣机的外损损失高达137 2 万元，年内的维修率为7 2 0 0 p p m ， 由于壳体变形引起客户退货的比率占总的退货率的8 2 9 ) ，综合整 机模拟运输包装试验得出的结果( 把最严酷的运输环境运用在模 拟运输包装上，试验完全后拆机发现定位螺栓与壳体的接触面附近 发生变形，壳体两侧面发生鼓包微小变形) 。针对破损情况对滚筒 洗衣机壳体进行改善( 本文主要改进部位有三个：1 ) 壳体两侧面 设计的改进；2 ) 壳体后背设计的改进；3 ) 壳体与定位螺栓的接触 面设计的改进) 。 然后在经典弹性薄壳理论的基础上，以滚筒洗衣机壳体 ( 0 8 m m ) 为研究对象，在做出一些合理性假设的前提下，得出了 计算相关部位的应力计算公式。依据变形协调条件运用经典薄壳理 论中的弯曲理论计算易损部位即壳体与定位螺栓接触面附近的应 力与变形，然后运用三维c a d 设计软件p r o e 建模，再以大型c a e 软件a n s y s 有限元分析为基础，建立包含各设计参数的壳体应力 模型。对壳体改进前后进行有限元结构静态分析，找出其应力比较 集中的地方，通过分析计算出滚筒洗衣机改进前后的最大应力值： 然后通过对滚筒洗衣机的模态分析，找出了壳体的固有频率和模态 振型等相关信息，从整体上考虑壳体的刚度和局部强度，以便以后 在设计与改进时使壳体的固有频率避开其在使用过程中外部激励 频率。 将改进前后的a n s y s 分析结果与经过薄壳理论所计算的结果 进行比较与分析，其受力变形基本吻合。同时，对改进前与改进后 的滚筒洗衣机壳体的a n s y s 分析数据进行对比。从应力理论计算 结果与a n s y s 分析图形显示来看，改进后的滚筒洗衣机壳体的强 度比改进前壳体的强度增加了。 关键词：壳体，薄壳理论，a n s y s ，有限元，静态分析，模态分析 l l f o r c esa n a l y s i sf o rt h ef r o n tl o a d w a s h i n gm a c h i n es h e l li nt r a n s p o r t e n v i r o n m e n tb a s e do na n s y s a b s t r a c t a c c o r d i n g t oi t ss t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c s t h ef r o n tl o a d w a s h i n g m a c h i n ei sm u c hm o r e e a s i l yd a m a g e dt h a na n y o t h e r h o u s e h o l de l e c t r i c a la p p l i a n c ei nt r a n s i t d u r i n gt h er e s e a r c hi na w e l l k n o w nf r o n tl o a dw a s h i n gm a c h i n em a n u f a c t u r i n gf a c t o r y ，t h e a u t h o rf i n d st h a t ：t h es h e l lw h i c hp l a y sas u p p o r t i v er o l ei nt h ef r o n t l o a dw a s h i n gm a c h i n ei sd a m a g e ds e r i o u si nt r a n s i t t h er e a s o ni s t h a t ：o nt h eo n eh a n d i ti sc a u s e db yt h eb r u t a lh a n d li n gd u r i n gt h e f l o wo ft r a n s p o r t ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h es h e l li t s e l fi ss t i l l i n a d e q u a t e o nt h es t r u c t u r e t h e r ei sw i d er o o mf o ri m p r o v i n gi t s i n t e n s i t y t h e s t r u c t u r ed e s i g no ft h ef r o n tl o a dw a s h i n gm a c h i n ei sa l w a y st h e d i f f i c u l t i e sf o rt h ew a s h i n gm a c h i n em a n u f a c t u r e r s ，a n ds o ，t h i st o p i c i sp r o p o s e da c c o r d i n gt ot h ed e f i c i e n c i e si nt h es t r u c t u r eo ft h ef r o n t l o a dw a s h i n gm a c h i n es h e l l i nt h i sp a p e r t h ea u t h o rc i t e dt h er e s e a r c hd a t ao faw e l l k n o w n d o m e s t i cw a s h i n gm a c h i n ed e s t r o y e ds h e l l a c c o r d i n gt ot h em a r k e t f e e d b a c kf r o mh a i e rf r o n tl o a dw a s h i n gm a c h i n e i tc a nb es e e nt h a t ： t h ee x t e r n a ld a m a g el o s so fp l a t e nw a s h i n gm a c h i n ei n2 0 0 7w a sa s h i g ha s ￥1 3 7 2m i l l i o na n dt h er e p a i rr a t ed u r i n gt h ew h o l ey e a rw a s a b o u t7 2 0 0 p p m t h er e t u r n e dp r o d u c t i o nw i t hs h e l ld e f o r m a t i o ni s a c c o u n t e da s8 2 9 o ft h ew h o l er e t u r n e dw a s h i n gm a c h i n e b a s e do n t h er e s u l to ft h es i m u l a t i o nt r a n s p o r tp a c k a g et e s t ，( c a r r yo u tt h et e s t u n d e rt h es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tw h i c hi st h es a m ea st h em o s t s e v e r ep r a c t i c a lt r a n s p o r tc o n d i t i o n a f t e rt h ee x p e r i m e n t t h ec o n t a c t s u r f a c ea r o u n dt h es h e l la n dp o s i t i o n i n gb o l t sh a sd e f o r m a t i o n b o t h s i d e so ft h es h e l lh a v es m a l ld e f o r m a t i o n ) ：i m p r o v e m e n tf o rt h es h e l l c a nb ed o n ea c c o r d i n gt ot h ed a m a g e dc o n d i t i o n t h i sa r t i c l eh a s p r o p o s e dt h r e em a j o rp a r t st oi m p r o v e ：f i r s t ，b o t hs i d e so ft h es h e l l n e e d si m p r o v e m e n t ；s e c o n d ，b a c ko ft h es h e l ln e e d si m p r o v e m e n t ； 1 1 1 t h i r d t h ec o n t a c ts u r f a c eb e t w e e ns h e lla n dp o s i t i o n i n gb o l t sn e e d s i m p r o v e m e n t ) 。 b a s e do nt h ec l a s s i c a le l a s t i c s h e l lt h e o r y ，w et o o kt h e0 8 m m f r o n tl o a dw a s h i n gm a c h i n es h e l la st h er e s e a r c ho b je c ta n dp r o p o s e d s o m er e a s o n a b l e a s s u m p t i o n s t h e nw eo b t a i n e d t h ec a l c u l a t i o n f o r m u l a b a s e do nt h ed e f o r m a t i o nc o m p a t i b i l i t yc o n d i t i o na n dt h e b e n d i n gt h e o r yo fc l a s s i c a lt h e o r yo fs h e l l s ，c a l c u l a t et h es t r e s s a n d d e f o r m a t i o no nt h ev u l n e r a b l ep a r t ss u c ha st h ec o n t a c ts u r f a c eo ft h e s h e l la n dp o s i t i o n i n gb o l t a n dt h e nu s et h et h r e e d i m e n s i o n a lc a d d e s i g n i n gs o f t w a r ep r o e t om o d e lt h es h e l l ，b a s e do nl a r g ec a e s o f t w a r e a n s y s s e tu pt h es h e l ls t r e s sm o d e lw h i c hc o n t a i n st h e d e s i g np a r a m e t e r s c a r r y o u tt h ef i n i t e - e l e m e n ts t r u c t u r es t a t i c a n a l y s i sf o rt h es h e l lb e f o r ea n da f t e rt h ei m p r o v e m e n t f i n do u tt h e p l a c eo ft h es t r e s sc o n c e n t r a t i o n ，c a l c u l a t et h em a x i m u m s t r e s sv a l u e b ya n a l y z i n gt h ei m p r o v e da n du n i m p r o v e dp l a t e nw a s h i n gm a c h i n e a n dt h e nt h r o u g ht h em o d a la n a l y s i so ft h ef r o n tl o a dw a s h i n g m a c h i n e f i n do u tt h en a t u r a lf r e q u e n c i e s ，m o d a ls h a p ea n do t h e r r e l a t e di n f o r m a t i o nf o rt h es h e l l ；g e ta no v e r a l lc o n s i d e r a t i o no nt h e s t i f f n e s sa n dt h el o c a li n t e n s i t yo ft h es h e l l ，i no r d e rt om a k et h e n a t u r a l f r e q u e n c y o ft h es h e l ld i f f e rf r o me x t e r n a le x c i t a t i o n f r e q u e n c yd u r i n gt h el a t e rd e s i g na n di m p r o v e m e n t t h ea u t h o rc o m p a r e sa n da n a l y z e st h ea n s y sr e s u l t sb e f o r ea n d a f t e rt h ei m p r o v e m e n ta n dt h er e s u l t sc a l c u l a t e db yt h e o r yo fs h e l l s t h e ya r ea l m o s tc o n s i s t e n to nt h ef o r c ed e f o r m a t i o n ，m e a n w h i l e ；t h e a u t h o rc o m p a r e st h ea n s y sa n a l y s i sd a t af o rt h ef r o n tl p a dw a s h i n g m a c h i n es h e l lb e f o r ea n da f t e r i m p r o v e m e n t f r o m t h es t r e s s t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o nr e s u l t sa n dt h eg r a p h i c a ld i s p l a yi na n s y s ，i t c a nb ee a s i l ys e e nt h a t ：t h es t r e n g t ho ft h ei m p r o v e df r o n tl p a d w a s h i n gm a c h i n es h e l li sm u c hb e t t e rt h a np r e i m p r o v e do n e k e yw o r d s ：s h e l l ，s h e l lt h e o r y ，a n s y s ，f i n i t ee l e m e n t ，s t a t i c a n a l y s i s ，m o d a la n a l y s i s 陕两科技大学硕十学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：翻交兰俐贬羔 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学 位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 越铆躲璃靴彰1 基丁a n s y s 对滚筒洗农机壳体相二运输环境f 的受力分析 1 绪论 1 1 前言 随着社会的竞争越来越激烈企业之间的竞争已经成为客户的竞争，客户的竞争除 了有优秀的导购员之外，就是产品自身的竞争，在很大程度上，高质量，低价格的产品 更适合消费者的需求，那么，在生产成本己达到底线的情况下，就是降低产品的外损。 据统计，某企业2 0 0 7 年滚筒洗衣机的外损损失高达1 3 7 2 万元，年内的维修率为 7 2 0 0 p p m ，为此，事业部不惜花巨资请专家对洗衣机包装进行改进以达到降低其p p m 。 海尔滚筒洗衣机的壳体主要有前u 和后u 两种，其中8 6 系列产品主要为后u 型如 图卜1 所示。壳体j 下面焊接前板，后面通过螺丝连接后背盖板组成洗衣机的外壳。 囤i - l 滚筒洗衣机后u 型壳体 f i g l 1 “u ”t y p es h e e t m e t a l 1 2 滚筒洗衣机不良率的市场反馈 随着产品的不断售出，产品的破损反馈信息呈上升趋势。破损的部位大致分为滚筒 洗衣机壳体，台面板，主控板，底视板等部位。 本文主要针对滚筒沈衣机壳体的变形，对壳体进行分析设计，使之在运输的过程中 抗破损能力增强，从而选到提高企业利润的目的。 陕州科技人学硕 ：学似论文 具体的市场反馈如图卜2 ，幽l 一3 所示 + _ ， ”d4” t ， 一 ，1 u 一 r ? = x = = ，。一惜 # ? = 。“。4 。 每簪r 丽删蔷葡茹j 蒜爱鬟粤号鼍二兰。照疆交岛嘉f e 互副吐 生霉蔫掣“一 鸵三：j 羞羞喜三三垮2 善蓁嘉；兰 i o 兰 一 j 暮孑= = i 虿熏一。囊兰三三薹j 日一 i 1 二：。；i 篇啸：1 _ ：j i 苷黼：_ 洲! = 二：兰搿 一 a ) 德国市场反馈单b ) 匈牙利t 场反馈单 a 1 g e r m a n m a r k e t f e e d b a c k l i s t m h u n g a r y m a r k e t f e e d b a c k l i s t 田1 0 市场反馈 i i f i g l - 2m a r k e lf e e d b a c kl i s l ” 幽k a ) 壳体变形 h 1 定住螺辁处口陷 b 、s u n k e n i n t h ef i x e db o i b 图l - 3 壳体变形 c ) 壳体侧面斐形 f i g l 。3s h e l ld e i b r m a t i o n 经过滚筒洗衣机搬运，运输，装卸之后沈表机壳体为主要破损部位，而包装螺栓与 壳体连接处的变形量蛀人高达反馈率的8 0 j 。所以对滚筒洗衣机壳体的分析娃得 尤为重要。 1 3 课题的提出及研究的意义 根掘j + 柑内容t 知：h 场反馈信息表现小产品破损率高，牛产商每年亏损扯产品厦 j e 乜装l ：的价位足很高的，所以我”j 要求刘沈农机的先休以及外包装进行改进，晒过儿 个月舶寅川i 了解，滚筒沈农机的内乜装包括包装顺盖脚衬，底庳，钙期底板，p e 麒， 外包装为乩捞纸稍。包装巧- 盖的作用足缓解踩踏受力，堆码蹙力作用：脚村的作川是在 基- f a n s y s 对滚筒洗衣机壳体在运输环境f 的受力分析 夹抱的过程当中防止夹抱破损，底座是从包装好到工贸库到商场仓库到客户家中都占举 足轻重的作用，他是为了防止跌落，冲击，堆码等一系列原因造成洗衣机的损害。 除此之外，洗衣机本身结构的合理设计也是提高破损率的原因之一，滚筒洗衣机壳 体的厚度仅0 8 m m ，为了不增加企业生产成本，所以，壳体的厚度不能改变，而在受力 过程中，壳体的三个包装螺栓受力最大，即最容易变形，只有对壳体进行分析，做出最 佳选择。 包装件的改进由海尔外聘专家进行修改，所以本文不研究包装件，只针对滚筒洗衣 机壳体进行改进与分析。滚筒洗衣机壳体的厚度都为0 8 m m ，壳体包装螺栓处通过螺栓 把壳体与内部连接而成，因此，为了研究壳体在运输过程中的变形问题，可以从研究螺 栓与壳体和内筒的连接开始。 1 4 论文研究的内容与方法 本研究的主体滚筒洗衣机壳体具有明显的实体特征，为建立其应力模型，首先从建 立模型开始，导出实体的应力方程式承受均布力的部位，求其最大应力的正解。然后， 壳体的外形可以看成并非单纯的平面形状，而是两个面的组合，因此，完美的壳体的解， 必须加上适当的修j 下系数，才能使用于壳体。我们利用p r o e ( p r o e n g n e e r 的缩写形式) 进行模型建模，运用a n s y s 有限元分析软件，可以建立完整的壳体分析模型，以求得 壳体应力模型修j 下系数方程式。 研究内容：本研究以壳体作为典型的产品，基于p r o e 软件系统平台，运用a n s y s 分析软件，就以下内容进行研究： a 三维实体建模方法及技术分析； b 薄壳理论在滚筒洗衣机壳体中的应用； c 基于p r o e n g n e e r 的壳体三维实体建模方法； d 基于a n s y s 的壳体模型的静态与模态分析。 1 5 论文章节安排 本文共分六章，内容包括： 1 绪论 本章主要通过海尔滚筒洗衣机的市场反馈，得出研究本文的重要性及必要性，然后 阐述了本课题的研究目标和意义，最后对本课题研究的主要工作做了简单说明。 2 基于原滚筒洗衣机的运输试验测试 本章首先对包装运输试验做了简单介绍，然后分别对原滚筒洗衣机做了模拟运输试 验，其中，试验内容分别为：振动试验，跌落试验，背负实验，冲击试验，踩踏实验， 陕两科技大学硕士学干 7 = 论文 堆码实验，夹持试验，潮态试验。通过试验结果总结滚筒洗衣机变形区域，对变形区域 进行分析，提出改进措施。 3 基于滚筒洗衣机壳体的理论模型的建立 本章首先介绍了有限元模型，然后通过第二章的改进措施建立数学模型，以方便后 续章节的有限元计算，分析。 4 滚筒洗衣机壳体的p r o e 模型的建立 本章首先介绍了p r o e 软件，针对q 8 6 系列滚筒洗衣机壳体( 后u 型) 利用p r o e 软 件建立三维立体图形。为下一章节的有限元分析做准备，方便后续论文的完成。 5 基于壳体的有限元分析 本章首先对a n s y s 进行介绍，然后运用a n s y s 对改进的滚筒洗衣机壳体进行静 态，模态分析，其中，定义材料属性，确定单元类型，边界条件的确定以及载荷的施加 都是经过细心选取所得。 6 结论 本章总结了本文的主要工作，得出滚筒洗衣机壳体的改进方法，将理论模型与分析 模型相对比，说明改进是有效的。 4 基于a n s y s 对滚筒洗农机壳体在运输环境下的受力分析 2 基于原滚筒洗衣机的整体运输包装模拟试验测试 2 1 实验简介 包装试验是包装从设计进入流通的重要环节。工业化生产的包装品或包装件，都必 须通过试验或测试来确认其可靠性。通过包装实验，可将其结果反馈，从而达到完善设 计，提高质量的目的。因此，包装试验室是现代工业包装技术的一个重要方面。 包装完好的滚筒洗衣机在实验前需进行预处理，也就是在温度为2 3 士l ，温度 5 0 2 的标准条件下放置不小于2 4 h 此型号为8 6 系列滚筒洗衣机，实验方法涵盖了运输包装件的振动q h r 、跌落、背 负试验、斜面冲击、踩踏试验、仓储堆码包装坚固，或产品能够承载部分载荷、夹 持试验、潮态等试验方法【l 】。 首先，为了试验中我们具体知道所示的位置，暂时把洗衣机的每个面以数字的形式 表示出来。如图2 1 所示：以顶面作为第一个面，正面作为第二个面，底面作为第三个 面，后面作为第四个面，洗衣机左面作为第五个面，右面作为第六个面。则面，楞，角 都以数字的方式给它命名。 。毛 t 3 ( 戚撕) 图2 - 1 包装示意图i i i f i 9 2 1p a c k a g i n gs c h e m a t i c ” 试验材料：滚筒洗衣机一台，内包装材料一套，包装箱一个，打包带1 0 m 左右，打 包机，打包扣等。 2 2 试验内容 2 2 1 振动试验 将试验样品按正常放置状态放置在垂直振动台上。在样品四周安装护栏，护栏与样 品间距应大于2 5 。4 m m 。保持振动台的峰值振幅位移为1 2 7 m m ，逐渐增加台面的振动频 率，直至最上层样品能够跳起。连续试验lh 。 f = 走阿科技人学碳十学位论文 在对样机潮态、振动、堆码、肯负、双落、斜面冲击、央持、踩蹄测试后终检 2 2 2 跌落试验 a 来规定跌落高度的产品，钡般抛下幽选择跌薄高度，如罔2 - 2 所不。 魅 圈2 - 2 产品跌落高度选取示意图一i图2 - 3 滚而洗扛机奎包，；缺落嘁o f i 9 2 - 2p r o d u c t s f a l l i n gh e i g h t d i a g r a m f i 9 2 3 t h ed r o p t e s t i n g b 已规定跌落高度的产品沈衣机进行跌落试验时，底面跌落高度为6 1 0 m m ，其 它棱，角跌落高度为4 5 0 m m 。 而奉试验足为了确定壳体在哪个部位发生变形，所以本壳体的跌落高度为6 1 0 r a m 棱和角的跌落高度为5 0 0 r a m 。 2 2 3 背负实验 检测要求 f n 品在背负面不应 i 现，】视的、明显的h 陷或者变形等不良现蒙产品的性能安全 指标不应受到影响。 背负测试： i ) 测试加速度：2 0 9 ( 模拟搬运时对产昂的冲击加速度) 2 ) 测试次数：1 0 0 次( 模拟搬运到六楼f j 高度) 3 ) 测试速率：1 5 次分( 模拟搬运时的行止速率) 背负面为样机后背m 1 测试过程中样机包装外观币常，钡试后样机状态见跌落项。 2 2 4 冲击试验 冲击速度：21m s ，试驰样品进 r4 次冲击 每个试验样乩分别按j ! 如r i 卿t 进行冲击：2 面、4 皿、5 面、6 面共州一t 打4 砍。 儿中，沈农机包装件色币 6 8 k g 时，对2 面、4 面、5 面、6 面个冲击1 次。 测试完毕，检测样机是否有外观、性能、安全等方面的损坏。 对样机的四个侧面进行斜面冲击测试，冲击速度：2 1 m s ，测试后样机状态见跌落 项。 2 2 5 踩踏实验 将样品放置在试验台上，调整踩踏设备，对样机顶面中央位置以及四条底棱可能经 受踩踏的位置进行测试，每个位置两次。 踩踏设备重1 3 5 k g ，踩落速度为8 m m i n 。 允许外包装有轻微变形，不允许有严重破损或变形，产品的任何部件或部位不得有 任何损坏，否则视为不合格； 对样机顶面中央位置以及四条顶棱可能经受踩踏的位置进行测试，测试过程中样机 包装外观正常，测试后样机状态见跌落项。 2 2 6 堆码实验 a 堆码载荷的计算方法 1 ) 对于单一产品，堆码载荷的标准值根据下式计算 l = m x g x ( 聆一1 ) f 式中： 三一最小试验载荷，； m 二运输包装件质量( 毛重) ，k g ； g 一重力加速度，9 8 m s 2 ； 刀一允许堆码的最大层数； f 一劣变系数。 在本试验中，包装件q 8 6 滚筒洗衣机的重量为6 3 k g ，重力加速度为9 8 r n e ，允许 堆码的最大层数位为3 层，劣变系数根据表2 1 有f = 2 0 ， 所以：l = 6 3 9 8 x 2 x 2 = 2 4 6 9 6 n 2 1 对于混装产品，堆码载荷的标准值根据下式计算： l = m f x g x ( 1 x wx h ) x nx f 式中：三一最小试验载荷，； 的乙混装货物密度，k m 3 ( 通常取值为1 6 0 k g m 3 ) ； g 重力加速度，9 8 r r d s 2 ； 三，w ，| l z 一运输包装件的长，宽，高，m ； 玎一允许堆码的最大层数； ，一劣变系数 陕西科技大学硕+ 学位论文 b 堆码层数计算 堆码层数根据下式计算： n = h h 式中： n 一堆码层数； h 一堆码高度，m ( 女l l 仓库堆码时间在2 4 h 之内，堆码高度以3 m 计；超过2 4 h ，以6 9 m 计) ； h 一运输包装件的外高2 m 注；对于已有堆码层数限值的产品，按原规定进行试验，送检时需同时提报堆码层数 限值。 c 劣变系数的选取 劣变系数如上表2 1 所示。运输包装件外高的变形量不应超过1 9 m m 表2 1 劣变系数表i n l t h b 2 1d e t e r i o r a t i o nc o e 衔c i e n tt a b l e u l 2 2 7 夹持试验 将包装产品按正常运输状态放置，用央持设备对样品的前后、左右两个方向进行静 态夹持，每个方向夹持两次，共央持4 次，夹持具体位置见图8 所示( 产品包装有夹持 标志的，按照夹持标志所示方向进行央持实验，在允许方向上进行图8 所示的4 个位置 的实验) ，每次施加的夹持力应不小于8 k n ，至少施加1 5 s ，但不超过1 m i n 。实验结束后， 检查内部缓冲包装和产品，包装箱应无破损，缓冲材料无严重变形，产品无异常。对样 机左右两侧面进行静态夹持测试，测试过程中样机包装外观正常，测试后样机状态见跌 落项。 2 2 8 潮态试验 将产品放置在4 0 。c ，9 0 相对湿度的环境处理箱，放置至少4 8 小时，然后进行后 续其它测试。在此试验当中，整体外观不得出现塌箱、凹陷等不良。 2 3 试验结果 经过以上试验，开箱查看，滚筒洗衣机壳体与定位螺栓的接触面变形，壳体四个角 附近出现鼓包，壳体侧面出现鼓包微小变形。然而，壳体与定位螺栓的接触面的变形显 得尤为严重。滚筒洗衣机壳体变形如图2 4 所示，侧面鼓包变形照片如图2 5 所示： 基于a n s y s 对滚筒洗农机先体在运输环境f 的受力分析 图2 - 4 壳体与包装螺拴接触面变形图 f i 醇4 t h ed e w t a l o n m t h ep a c k a g i n g b o l tc o n t a c t 2 4 试验结果分析 固2 - 5 样机1 蔓i 面微小变彤 f j 9 2 4p r o t o 孵m i c r c - l a t e o ld c f o r m a t i o n 根据以上试验得出的结果，除包装不当外，分析卧壳体的设计不当引起壳体本身变 形的原因。 首先，滚筒洗衣机内部结构与壳体通过三个包装螺栓，两个挂簧连接。壳体与包装 螺栓的接触面如图2 6 所示： 图2 m 原壳体与包装螺辁接触面 f i 9 2 石t h eb o l ta n ds h e e t m e t a lb o xc o f l t a c t 矗c e 内部结构的重景占糕个洗衣机的百分之九十五以上，所以包装蝶栓与挂簧的强度非 陕州科技人学硕七学何论文 常重要，而从试验结果可以看出，挂簧位置处的壳体没有变形。而壳体与定位螺栓的接 触面却变形严重。为了牲运输过程中减少振动时滚筒洗衣机内部结构的损坏，设计人员 在滚筒洗衣机壳体后背处增加了三个包装螺柱。( 海尔滚筒洗衣机事业部把这样一个除连 接体与壳体之外的连接件统称为包装蝶栓，包装螺栓只是在运输过程中起固定的作用。 防止内部结构振动，以及滚简洗衣机的跌落等，由此遗成沈衣机的破损，而当滚筒洗农 机到达客户家里时，安装工在安装洗衣机时必须把包装螺栓卸下爿能保证滚筒洗衣机的 正常运行) 。三个包装螺栓在运输与装卸的过程中的确起到了保护内部结构的作用，但是 在受力的主要部位壳体( 仅o 8 m m ) 却承受丁过大的压力。显然，根据实验结果壳体与 包装螺栓接触面来看，包装蝶拴的蛰块面积太小。所以在三个包装螺栓与壳体的接触面 进行改进是很有实际意义的。原包装螺栓如图2 7 所示： a 1 螺栓 nb o l t 稍 、j b 1 螺母 b 1 n u t ， j 0 垫块d ) 内垫 c ) c u s h i o nd ) i n t e r i o r g a s k e t e ) 原包装螺拴三堆装配圈o 原包装螺检弈体蓑配母 e ) t h e g s s e m b l a g e p r o e m o d e l0 t h e a s s e m b l a g er e a l m o d e l 圈2 - 7 原包蓑螺拴示意囤 f i 9 2 - 7p a c k a g j n gb o l t s c h e m a t i c 在倒e 中的两个长方块，绿色表示壳体，扶色表示内部结构的连接体，挚块的作用 是增加壳体的受力而积。经过测罱，馥批块的直径为r ，则面积为口，d l 应力公式 口= ，a 可知其应力为口= f s r r 2 ，设其州 应力为p 】则：q ，。 【口】，经过做实 验，壳体变形，即。矗2 p 】，往所受载掎4 ：变的情况f ，为了使壳休所受应力减小t 只 有增大其受力而积。 三善 基t - a n s y s 对滚筒洗衣机壳体在运输环境下的受力分析 常用材料的力学性能如下表2 2 所示： 表2 - 2 常用材料的力学性能1 2 l t a b 2 2t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fg e n e r a lm a t e r i a l s 2 其次，从实验结果来看，壳体局部鼓包微小变形，那么，一方面，包装件的优劣直 接影响到洗衣机壳体变形，第二方面，由于原滚筒洗衣机壳体侧面的设计是单一的一块 “板”所以在其承受压力时显现出其脆性。滚筒洗衣机壳体的侧面光滑，没有做任何的 改善措施。从表面上来看，滚筒洗衣机侧面没有与内部结构相连接，认为在运输，装卸 的过程中不会对侧面有任何影响；但实际上，与国外滚筒洗衣机相比，国内滚筒洗衣机 壳体的厚度相当薄，仅0 8 m m ，而国外的滚筒洗衣机的厚度为l m m 。而且在国外的运输 条件要优于国内。为了增大壳体侧面的刚度，减少壳体在运输过程中的损坏。所以在本 研究中，为了增强壳体侧面的抗压能力，对其侧面也进行了改进。对壳体侧面的两种情 况进行了分析，一种是原壳体侧面底部受力，另一种是假设把壳体侧面向内凹的一种方 式，以增大其受力面积。具体的示意如图2 8 所示： 隈州科技人学硕1 学位论文 弋歹 二二) f 二二二二二二 二二二二二二 _ f 图2 - 8 壳体侧面受力图 f i 醇- 8 t h e f o r c e f i g u r e o f o n es i d e 山材料力学“计算应力公式口= f ，a 有：在所加载荷一定的情况下它的受力 面积越大。其应力越小，即越不容易变形。设壳体的许用应力为【口】。最大应力为 p 吣】在一般情况下r 当【口k 】! 【口】时，壳体不会发生形变。但在本实验中，壳 体侧而微小鼓包变彤，则税明【口嘣】【口】 2 5 针对实验及分析对滚筒洗衣机壳体提出改进方案 经过以上分析，滚筒洗衣机壳伴的改进主要针对三个方面进行改进： 1 1 壳体两侧面设计的改进； 2 ) 壳体后背设计的改进； 3 ) 壳体定位螺拎接触面设计的改进。 2 5 1 壳体两侧面设计的改进 从上面实验结果中可以看出壳体侧面局部鼓包微小变形，而从图2 - 6 的分析可以 看出侧面凹折可以增大受力耐积，所受应力比先前的壳体侧面要好。具体改进如图2 - 9 b ， 改进后凹折块的尺寸如图2 - 9 c 所示。 & 粼孵 舢改进前壳体侧面 前t h es i d e o f t h es e l i ( o r i g i n a lm o d e l ) 坼改进后壳体侧面 ( i m p r o v e dm o d e l ) c ) 改进后壳体侧面尺寸 c ) t i l e d i m e n s i o n o f t h e m o d e t 囤2 - 9 壳体侧面改进前后对比 f i 醇9 t h ee o n l r a s ! o f t h e o r i g i n a la n d i m p r o v e d m o d e l t o t h es i d e 基丁a n s y s 对滚筒洗在机壳体往运输环境f 的受力分析 2 5 2 壳体后背设计的改进 i 自于原壳体后背都是平行于主壳体的平面，为了使其剐性增强。壳体的后部都改进 为斜面，具体的改进如图2 一1 0 所示： a ) 改进前壳体后背b ) 改进扁壳体后背 a ) t b eb a c ko f l b es e l l 如r i g i n a l m o d e l )b ) t h eb a c k o f t b es e l l ( i m p r o v e d m o d e l ) 围 l o 改进前后壳体后背 f i 9 2 】0 t h ec o f l r d s to f t h eo r i g i n a la n d i m p r o v e d m o d e 1 0 t h eb a c k 2 5 3 壳体定位螺栓接触面设计的改进 首先，在壳体包装螺拴处的改进不限于壳体的改进，为了增大壳体的抗雎性能，包 装螺栓上的垫片也采取了增大面秘的方法。 a 包装螺栓 根据壳体自身的特点原包装螺栓挚片为阚形，簦增大其受力丽积，则必须增大圆 a ) 改进前螺拴垫块b 1 改进后螺桂垫块 a ) t oo r i g i n a lb o l tp a db ) t h e i m p r o v e db o l t p a d 图2 】l 改进前后螺拴垫块 f l 西- 1 1t o i m p r o v e t h ep a db e f o r ea n da f t e r t h e b o l t s l 供州科技人学硕士学位论文 形的半径但是半径越大，挚片的部分裸露在外，没有起到增大受力面积的作用，所 以原螺栓攮片必须改变其形状根据洗衣机壳体自身的特点本文把挚片形状改进为 长方彤，具体的模型如图2 一l l 所示。 经测量改进前挚片的半径为2 5 r n m ，厚度为1 0 m m ，改进厉颦片的宽度5 0 r a m ，长 度变为8 4 r a m ，厚度不变，即：8 4 x 5 0 1 0 ( m m ) b 壳体与包装螺栓的接触面 和壳体侧面的改进方法相似。在包装螺栓处采用内凹的方法可以增强其刚度。而内 凹的尺寸和挚块的尺寸相近，这种模型只针对壳体左右两个包装螺栓，具体的改进如图 2 1 2 所示。山于壳体后背的顶上与包装螺栓连接的孔上所承受的力比其他两个地方的力 人，所以在包装蝶栓处的位置增加一个加强箭，使其刚性增强。具体的加强筋如图2 - 1 3 所示。 图2 - 1 2 改进后壳体与包装螺桂接魁面示意图 f i 9 2 1 2 t h e i m p r o v e ds h e l lp a c k a g i n g b o l l s 基于a n s y s 对滚筒洗农机壳体在运输环境f 的受力分析 3 基于滚筒洗衣机壳体的理论模型的建立 3 1 有限元法的基本思想 有限元法最初是在结构工程中发展起来的，而后被广泛应用于各个领域中。有限单 元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个，并按一定方式相互联系在一起 的单元组合体。有限单元法作为数值分析方法的一个重要特点是在每一个单元内利用假 设的近似函数来分片地表示全部求解域上待求的未知场函数，如位移场、应力场等。单 元内的近似函数通常由未知场函数或其导数在单元的各个节点数值的插值函数来表示。 这样，在一个问题的有限元分析中，未知场函数或其导数在各个节点上的数值就成为新 的未知量( 或称为自由度) 。一旦求解出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单 元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。显然，随着单元数目的增加， 即单元尺寸的缩小，或者随着单元自由度的增加及插值函数精度的提高，解答的近似程 度将不断改进。如果单元是满足收敛要求的，近似解最后将收敛于精确解【3 】。 有限元法的基本思想虽然早在4 0 年代就提出来了，但却是6 0 年代以后，随着电子 计算机的广泛应用和发展，有限单元法的发展速度才显著加快。随着现代计算力学，计 算数学和计