丘曉宏 潘龍騰

（珠海格力電器股份有限公司家用空調(diào)技術(shù)部 廣東珠海 519070）

分體落地式空調(diào)典型結(jié)構(gòu)案例分析

丘曉宏 潘龍騰

（珠海格力電器股份有限公司家用空調(diào)技術(shù)部 廣東珠海 519070）

成功的產(chǎn)品，首先要有一個(gè)成功的設(shè)計(jì)。好的設(shè)計(jì)需要有獨(dú)特的設(shè)計(jì)構(gòu)想，突顯其產(chǎn)品的個(gè)性。本文以“H”系列分體落地式空調(diào)產(chǎn)品左右側(cè)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，通過與“M”系列分體落地式空調(diào)產(chǎn)品左右側(cè)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比，經(jīng)過理論分析、ANSYS分析模擬等過程，最終選擇出最優(yōu)方案。

對(duì)比法；理論分析；ANSYS分析

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平日益提高，對(duì)分體落地式空調(diào)的要求，也從傳統(tǒng)的滿足制冷、制熱需要，向更加具有藝術(shù)性、美觀、時(shí)尚、舒適轉(zhuǎn)移。據(jù)互聯(lián)網(wǎng)空調(diào)行業(yè)調(diào)查報(bào)告，分體落地式空調(diào)的關(guān)注度由09年的30.4%提高到12年的34%。尤其是近2年，對(duì)于外觀更美觀的落地式空調(diào)關(guān)注度更高，彰顯出人們?cè)谧非蟾呱钯|(zhì)量上的一種轉(zhuǎn)變。新外觀設(shè)計(jì)的分體落地式空調(diào)產(chǎn)品，變化多在整體造型（從方形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A型、曲線造型）上，尤其是面板、外觀顯示變化較多，這些比較顯眼的地方，直接面對(duì)消費(fèi)者，提供給消費(fèi)者第一印象，會(huì)直接影響顧客的選購(gòu)。

本文以市場(chǎng)上的“H”系列分體落地式空調(diào)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明相關(guān)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化，通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化最終實(shí)現(xiàn)時(shí)尚曲線外觀。

1 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果分析

針對(duì)左右側(cè)板，作為落地式空調(diào)產(chǎn)品主要的支撐結(jié)構(gòu)件，起到空調(diào)骨架的作用，同時(shí)又直接影響到運(yùn)動(dòng)部件的使用，因此涉及到間隙、強(qiáng)度方面，需重點(diǎn)考慮，最終設(shè)計(jì)為鈑金結(jié)構(gòu)件。初步結(jié)構(gòu)方案通過采用比對(duì)方法進(jìn)行ANSYS應(yīng)力應(yīng)變分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)左右側(cè)板的中部應(yīng)力集中變形量太大（如圖1、表1所示），需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。根據(jù)分析的結(jié)果，基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法顯然無(wú)法精準(zhǔn)解決料厚選型與結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化的問題。

表1 “H”左右側(cè)板與“M”變形對(duì)比分析

表2 對(duì)比分析

圖1 ANSYS變形分析

圖2 應(yīng)力應(yīng)變模型

圖3 側(cè)板模型及橫截面

圖4 截面質(zhì)量屬性分析結(jié)果

圖5 側(cè)板模型及橫截面

圖6 截面質(zhì)量屬性分析結(jié)果

2 對(duì)比法

對(duì)比法，也叫對(duì)比分析法或者比較分析法，是通過對(duì)同類事物進(jìn)行對(duì)比，分析其異同，進(jìn)而判斷其優(yōu)劣的研究方法。任何事物的質(zhì)和量的確定都是以一定的參照物為基礎(chǔ)的，只能通過比較才能對(duì)事物進(jìn)行定性或定量的測(cè)定。在信息分析研究的過程中，對(duì)比法是研究一切事物的普遍邏輯方法，是進(jìn)行分析、綜合和推理等其他方法的基礎(chǔ)。

采用對(duì)比法不是單純地模仿，而是創(chuàng)造性地借鑒。通過深入的思考、研究，集眾家之長(zhǎng)，開展技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的提升。為了更好地開展對(duì)比法，應(yīng)當(dāng)建立有關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并不斷更新。對(duì)比法在美國(guó)已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用和明顯的成效。

本文采用對(duì)比法，通過理論分析與ANSYS模擬分析進(jìn)行對(duì)比，通過與已量產(chǎn)機(jī)型“M”系列分體落地式空調(diào)左右側(cè)板的強(qiáng)度、變形對(duì)比分析，并通過最終實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，確定最優(yōu)的“H”系列新開發(fā)左右側(cè)板解決方案。

3 理論分析

通過施加外力來(lái)分析其受力變形量來(lái)分析該鈑金件的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)其變形量（最大撓度）的比較來(lái)分析，最大變形量分析應(yīng)力應(yīng)變模型如圖2所示。

受力F作用下（優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析取值1000N），其最大變形量（撓度）發(fā)生在中間位置：

Wmax=-FL3/48EI

圖7 側(cè)板模型及橫截面

圖8 截面質(zhì)量屬性分析結(jié)果

其中F=1000N，L為鈑金件長(zhǎng)度值，E為材料的剛度值，左右側(cè)板鈑金件為熱鍍鋅板，材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，其值范圍為196～216(GPa)，I為桿件橫截面的X方向慣性矩。因此，在F、L、E不變的情況下，慣性矩I越大，變形量越小。用AUTOCAD軟件的截面質(zhì)量屬性功能可以快速計(jì)算出慣性矩I。

（1）“M”系列分體落地式空調(diào)側(cè)板

模型及橫截面如圖3所示（0.95mm厚），用CAD對(duì)截面質(zhì)量屬性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。

（2）“H”系列分體落地式空調(diào)側(cè)板

模型及橫截面如圖5所示（原方案0.95mm厚），用CAD對(duì)截面質(zhì)量屬性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。

（3）“H”系列分體落地式空調(diào)側(cè)板

模型及橫截面如圖7所示（優(yōu)化方案0.95mm厚），用CAD對(duì)截面質(zhì)量屬性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖8所示。

根據(jù)上述理論分析，三種截面的X方向慣性矩是：IB＜IA＜IC；三種截面的X方向慣性矩是：IB＜IA＜IC。

理論分析結(jié)論：（3）方案的變形量是最小的，可以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

4 ANSYS分析模擬

設(shè)計(jì)兩種不同截面、不同料厚的四種優(yōu)化方案進(jìn)行ANSYS模擬變形分析，通過與成熟機(jī)型I柜機(jī)側(cè)板的分析結(jié)果比對(duì)，確認(rèn)最終定型方案。對(duì)比分析見表2所示。ANSYS分析見圖9所示。

根據(jù)理論分析、ANSYS分析結(jié)果，“H”系列分體落地式空調(diào)側(cè)板選擇優(yōu)化方案4的截面和料厚。根據(jù)實(shí)際開模生產(chǎn)出來(lái)的零件驗(yàn)證，“H”系列分體落地式空調(diào)側(cè)板的強(qiáng)度和變形量是滿足產(chǎn)品要求的。

圖9 ANSYS分析(優(yōu)化方案4)

5 結(jié)論

空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷完善的過程，克服設(shè)計(jì)過程中遇到的問題就是設(shè)計(jì)的方向。因而在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須注意以下幾點(diǎn)，才可以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確和快捷：

（1）設(shè)計(jì)前期必須充分利用理論知識(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的分析，確保設(shè)計(jì)方向的準(zhǔn)確。例如，在空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是最主要的因素之一，因而在設(shè)計(jì)前期需從力學(xué)角度對(duì)零件進(jìn)行多方面的分析，如斷裂和屈服等失效形式，先確定設(shè)計(jì)的方向，然后再進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。

（2）完成初步設(shè)計(jì)后需要運(yùn)用ANSYS等分析軟件進(jìn)行詳細(xì)的仿真分析，對(duì)設(shè)計(jì)的零件提前判斷是否滿足要求，如分析出不滿足要求則需及時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)。

只有通過這種理論分析和科學(xué)分析相結(jié)合的做法，才能更有效地避免設(shè)計(jì)走彎路，讓設(shè)計(jì)開發(fā)工作真正做到精準(zhǔn)、高效，從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、具有創(chuàng)新的產(chǎn)品。

[1] 夏繼梅，韓先征. 一種鈑金件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算和優(yōu)化[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化. 2005年05期

[2] 張德恒，鹿曉陽(yáng). 結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法[J]. 化學(xué)工程與裝備. 2011年01期

[3] 劉文劍. 基于ANSYS Workbench的掃描儀結(jié)構(gòu)分析[D]. 西安電子科技大學(xué). 2009

[4] 陸冬. 機(jī)械結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析系統(tǒng)的研究[D]. 重慶大學(xué). 2007

[5] 郭新龍，林大鈞，聶冬金，陳飛，劉亞菲. 基于AutoCAD的靜力學(xué)圖解方法[J]. 東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2012年05期

[6] 黃一江. ANSYS結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 科技傳播. 2013年08期

[7] 馬虉，劉慧. 基于ANSYS Workbench的軸承座應(yīng)力分析[J]. 機(jī)械管理開發(fā). 2010年04期

Typical case analysis of structure of floor-standing air conditioner

QIU Xiaohong PAN Longteng
(GREE Electric Appliances, Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

It must be needed a good design for every successful product. A prefect design has special idea to show the character of product. Structure design of right and left side panel of I-Crown will be as a example in this article. Using methods of theory analysis and ANSYS simulation to compare with I Poem. Finally, getting a best, precise and high effective design from different cases.

Comparison; Theory analysis; ANSYS simulation