冰箱结构设计与CAD.pdf

制冷 R e f ri g er a i o n No 119 95 V ol 50 199 5年第l期 总50 期 冰箱结构设计 与 CAD R e f tig erato r Str ueture D esign an dCA D 陈东蔡惠平 西北 工业大学 天津商学院 一 引 言 进入九十年代以来 世界电子信息技术的发展突飞猛进 如何抓住这一千载难逢的机会 充分利用当代电子技术的成就来改造原有的产业 是我国冷冻空调冰箱行业缩短和世界先进 水平差距 提高在世界市场的竞争能力 迎接重新加入关贸总协定的最好途径 当今 计算机技术已渗透到各个领域 冰箱制造业也不例外 冰箱属于通用机械产品 箱 体结构件绝大部分为饭金冲压成形件 从产品设计来说主要的工作量还是工程制图 因此采 用计算机辅助绘 图将大大缩短产品开发的工作周期 而且设计文件的管理水平 质量也将得 到很大提高 在完成计算机绘 图系统的同时 再用计算机对制冷系统进行模拟 优化 使系 统各部件动态参数达到最佳匹配 为结构设计提供理论依据 冰箱造型设计师利用三维动态 计算机辅助造型系统对产品的结构 表面外观进行设计 评估 使冰箱更加美观 大方 符 合现代产品的装饰性要求 二 冰箱结构设计的内容及其现状 当今冰箱性能的优劣不仅取决于制冷系统的设计 往往在很大程度上与组装形式和结构 等有着密切的关系 即与冰箱的结构有着密切的关系 我国目前这方面的工作还比较落后 冰 箱箱体设计 冰箱的结构设计 保温设计 控制器件的防潮 密封设计等 目前绝大部分采 用传统落后的设计方法 极少使用计算机辅助设计 这就使我们的产品有时会出现这样的矛 盾 制冷系统设计是先进的 但机械结构和性能较差 导致整台冰箱质量下降 因而丧失了 竞争能力 冰箱结构设计的任务是以冰箱整体设计的合理性来保证和提高冰箱的综合性能和技术指 标 它不是单纯的机械设计或制冷设计 而是以机械结构设计为主体 涉及到电子学 制冷 工程热力学 物理学 化学 工艺学 材料学 美学等多学科的综合设计技术 作为一位制 冷工程师当然应具备上述多学科的知识 才能作出好的设计 但实际上 这样的 全才 是 不多见的 然而 借助计算机却可以弥补设计者知识的不足 提高设计质量 虽然冰箱设计涉及的范围很广 设计者要考虑的问题很多 但最终还是反映在冰箱结构 设计上 所以我们下面的论述主要是围绕结构设计的 三 冰箱 c AD 能完成的设计工作 如上所述 冰箱设计的内容很多 范围很广 cAD 系统是否一下子把这些工作都能承担 陈东蔡 t 平 冰箱结构设计与CA D 起来呢 事情没那么容易 也不太可能完全取代设计人员的工作 因为计算机不是万能的 但 在目前的冰箱设计中 大量的工作确实是可以由c AD 系统来完成的 下面从以下几方面加以 说明 1 结构方案设计 根据已经设计好的制冷功能部件确定箱体的外形 尺寸 部件安装 方式 保温方式 门如何开 选用什么样的型材做柜架 冰箱外表要什么样的颜色 乃至室 内环境与冰箱的颜色如何协调等 这许多问题都要在方案设计阶段由设计者画出多种立体方 案图 由行家审议确定其中的一种 可以看出这样做既费时又不一定能选出最优方案 因为 人工画方案图太慢 不可能画很多种 人们凭经验和直觉进行审议 缺乏必要的定量分 析 而使用 cAD 系统则可以在短时间内在屏幕上显示或由绘图机绘出多种方案图供设计者 比较和优选 并给出某些重要的数据作为优选方案的依据 2 结构布局 方案确定后 首先要考虑具体的结构布局问题 只有合理的布局才能保 证整机性能符合要求 结构布局包括两方面内容 冰箱内部布局 各种功能部件和元器件 在冰箱内的位置如何安排最合理 这是要考虑很多因素的 例如 保温 防潮 元器件的装 拆和维修是否方便等都必须在结构布局时予以考虑 冰箱外部布局 例如要考虑使用方便 美观 醒目等 以上这些布局设计都可以通过 cA D 系统迅速而直观地给出各种布局方案 供设计人员 综合判断和选择 3 分析计算 对重要的结构件进行必要的计算分析 对冰箱进行工程热力学计算 4 自动绘图 冰箱结构设计大约有7 0 左右的时间和精力用在绘图上 既浪费时间又 浪费人力 c AD 系统可以帮助设计人员既快又准确地绘制各种图纸 大大提高设计工作效率 5 模拟分析 c A D 系统可以完成制冷系统的模拟分析工作 因此可以大大提高冰箱设 计质量 而且可以在某种程度上取代模型和试验 从而大大节约研制费用 缩短研制周期 四 冰箱设计 cAD 系统的功能和组成 1 系统应提供的功能 能够在图形显示器上产生二维和三维图形 并可用交互办法进行修改 提供设计计算和分析功能 包括确定物理特性 力学性能 热力学分析 结构分析以 及优化设计等 能提供图纸资料 包括零件图 部件图 装配图 透视图 轴测图等 还要提供零件 明细表 材料清单等 提供标准部件的各种参数和图形数据 包括制冷功能部件和元器件 2 系统的组成特点 冰箱c A D 系统比单纯的机械c AD 系统或单纯造型 c川 系统都要复杂些 基本硬件和 软件以机械 c A D 为主 但需配备一定的电子 cAD 软件和制冷c A D 系统软件 所以兼顾各方 面的设计要求形成了冰箱cA D系统的组成特点 对硬件的要求 主机至少是28 6 以上机型 要配置高分辨率彩 电图形显示器 自动绘图 机和数字化仪 对软件的要求 除了通用的基本软件 支撑软件外 要有丰富的机械 制冷 电子和外 制冷 R ef r 心e ra ti o n N o 119 95 V o l 50 199 5 年第 l期 总5 0期 观设计软件才能完成实际的冰箱结构设计 这就要求建立设计数据库和图形库 为了完成各 种设计计算和分析任务 系统还要有相应的标准程序库 五 冰箱结构设计 c AD 过程说明 冰箱结构设计c A D 过程大致如下 1 根据有关标准选取箱体各部分的主要尺寸 2 根据要求进行总体布局设计 可建立箱体的立体轮廓图 进行三维布局设计 布局设计完成之后 将布局图由绘图机绘出 或将其存入系统 3 制冷系统设计 它包括对制冷系统进行模拟 优化 使系统各部件动态参数达到最 佳匹配 4 冰箱门 隔板设计等 这些部件看似简单 但也有很多结构形式和安装方式 设计 者可以用交互办法在图形工作站进行灵活多样的设计和选择 5 连接件的设计与选择 利用库中原有的标准图形文件 如需修改库 中的零件 一定 要重新命名 形成新的文件 对于许多不同规格的螺钉 螺栓 螺母等 这只要检索标准零 件库即可 6 机械物理性能设计 由冰箱c A D 系统提供的专用程序对结构件进行强度和刚度计 算 必要时还要进行有限元分析和振动分析 以上所有计算和分析都是由计算机自动进行的 设计者只要根据程序的提示输入一些初始条件即可 因此可以改变初始条件进行多组方案的 计算分析 选择满意的一组结果 把反映这组计算结构的结构参数存储起来 7 冰箱外表设计 利用三维动态计算机辅助造型系纷叹寸冰箱的结构 表面外观进行设 计 评估 使冰箱更美观 大方 符合现代产品的装饰性要求 这在彩电图形终端上进行是 很方便的 可以迅速改变冰箱夕 陆各部分的颜色 随便在任何位置安装装饰件 并可显示立 体的冰箱外观 利用图形软件的旋转功能 可使设计者从不同角度观看 自己构思的冰箱 给 人以直观 真实的感觉 犹如看到了实物一般 8 设计图纸和设计文件的输出 经过以上各阶段反复交叉地设计 把最后确定的零件 部件 标准件的图形数据提取出来送给绘图机绘制零件图 部件图 在屏幕上进行总装图设 计 设计好后输给绘图机绘出 另外 利用数据管理程序可提取所有零件信息 输出零件明 细表和材料清单等 六 冰箱 c AD 与标准化 计算机是通过程序来完成各种工作的 如果设计对象很复杂又不规范 那么要完成这样 设计任务的程序也必定是复杂的 而且交互设计过程也比较慢和麻烦 这就影响冰箱cA D 的 效率 而计算机做重复的工作则是最容易的事 例如把画过的图形再画一遍 只要刚刚画过 的图形数据存储在 c A D 系统中 随时可以再画 可是我们不能在 cA D 系统 中存储无限多的 图形数据 只能把一部分常用的标准的零部件存储在 cAD 系统中供设计者检索和调用 因此 冰箱设计应尽量模型化 规范化 这里所说的模型化 规范化有三方面的含义 一是箱体尺寸系列的标准化 例如采用统 一的标准 二是结构零件和部件的尺寸系列及结构形状标准化 三是制冷系统的标准化 对 陈东蔡 t 平 冰箱结 构设计与CAD 87 冰箱 cAD 系统来说 这第二方面更重要些 因为标准零部件数据库和标准图形库 为众多用 户共享 大家不必都从每一个零件开始设计 只要所设计的冰箱尽可能采用标准化构件 使 用冰箱cA D 系统进行组合和变换 将很方便而迅速地得到设计结果 所以 可以说标准化工 作是进行冰箱结构设计 CA D 的重要前提之一 同时冰箱c A D技术的应用也会大大加速冰箱 标准化工作的进展 二者是相辅相成 互相促进的 制冷行业应用 cAD 技术 是一个重要发展方向 目前 由于计算机特别是小型机 微机 和以它们为基础的c A D 系统的推广应用 已给冰箱c AD工作的全面开展创造了良好的条 件 但由于这一领域的设计工作涉及的专业和学科比较多 冰箱 c AD 软件也必然是复杂的 它不仅需要功能强的支撑软件 同时要有丰富的制冷专业应用软件 所以冰箱c A D 系统还有 很多工作要做 逐渐形成完整实用的功能较强的冰箱 cAD 系统 从而使我国的制冷行业设计 水平进入一个全新的阶段 参考文献 l 孙家广等计算机图形学清华大学出版社 198 6 幻 张福炎等家具结构计算机辅助设计系统一Fc A D 计算机学报 1 3 2 1990 3 张健民机电一体化原理及应用国防工业出版社 199 2 上 海电讯 上海市制冷学会举行 1994 年度年会上 海市制冷学 会从 1994 年1 2月中旬至 199 5 年 l 月中旬 按不同专业 由各专业委员会举行 19 94 年度学术报告会 第二专业委员会还将学术论文 汇集成册 有的专业委员会还举行了专题报告 这 些学术论文的发表 展示了上海市制冷界同仁在 新的一年里科研和生产实践中取得的新成果 上海成立冷冻食品协会近年来 上海冷 冻食品发展很快 目前 已拥有三百余家冷冻食 品 冷饮品制造厂 全市冷饮品产量已经达 6万 吨 为了适应冷冻食品迅速发展的形势 于 1994 年1 2月1 2 日成立了上海市冷冻食品协会 上海颁发冷冻饮品产品储存企业准产证 为了保证人民身体健康 上海市经济委员会 上海 市技术监督局对冷冻饮品储存型企业的质量体系 进行了评审 上海吴圣冷藏公司 上海杨浦冷冻 厂 上海果品公司龙华冷库等 11 0 家冷冻饮品产 品储存型企业获得首批准产证 有4 7家企业因质 量体系不合格未发准产证 根据该证试行办法规 定 各生产冷饮品的企业不得向无证的储存企业 销售冷饮品 上海发布空调器安装使用管理办法 19 94 年夏季上海最繁华的黄浦区主要商业街上的商 店 商场等纷纷安装空调器 由于各自安装 参差 不一 因此有的影响人行交通 有的造成邻里纠 纷 为此上海市黄浦区发布了 空调器安装使用管 理办法 于 199刁