張魁倉 張衛(wèi)衛(wèi) 鮑 敏

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

折疊擱架是一種通過推拉折疊、翻轉(zhuǎn)進行調(diào)節(jié)上下擱架間距的玻璃擱架，可以方便的存放不同高度的物品，是冰箱重要的內(nèi)飾件。折疊擱架在推拉折疊過程中的順暢度、操作便利性、可靠性、承載能力將直接影響用戶使用體驗。在現(xiàn)有的冰箱產(chǎn)品中，由于折疊擱架的設(shè)計與制造缺陷，造成的市場投訴問題占有一定比例。

目前折疊擱架主要有推拉過程阻力大、卡死、承載能力差等問題。本文通過有限元分析方法，對一款冰箱折疊擱架結(jié)構(gòu)強度及運動軌跡進行仿真、優(yōu)化設(shè)計，以減小折疊擱架推拉阻力、提升折疊擱架承載能力。

1 模型概述與簡化

折疊擱架模型主要包括前擱架、后擱架、箱膽筋條，折疊擱架材料包括鋼化玻璃、ABS塑料，箱膽材料為HIPS塑料。折疊擱架導(dǎo)軌設(shè)置在后擱架及箱膽筋條上，通過對前擱架推、拉實現(xiàn)前后擱架間的折疊與展開。如圖1所示為優(yōu)化前折疊擱架展開模型。

折疊擱架仿真分析包括后擱架結(jié)構(gòu)分析、前擱架運動分析。對不同仿真模型分別進行模型簡化提高網(wǎng)格質(zhì)量，在滿足模型計算精度的條件下，盡降低運算時間。圖2、圖3為簡化后模型，表1為本文采用的材料參數(shù)。

圖1 優(yōu)化前折疊擱架模型

圖2 后擱架靜力分析簡化模型

2 模型仿真分析

2.1 后擱架強度分析

實際使用中，在進行折疊擱架推拉時，后擱架承載重物導(dǎo)致后擱架變形，將會直接影響前擱架推拉阻力，變形過大甚至?xí)购髷R架與前擱架相碰撞。通過有限元仿真靜力分析可以得到后擱架最大變形量。依照 GB/T 8059-2016第11.2.3節(jié)的要求試驗方法，使用重量為1 kg、直徑為 80 mm的負(fù)荷。后擱架尺寸為570 mm×170 mm，經(jīng)測算后擱架要求承載重量為14 kg，靜力分析中設(shè)置140 N均布載荷。從圖4后擱架承重位移云圖得出，后擱架載重14 kg豎直方向最大變形量為6.06 mm。

2.2 前擱架運動分析

前擱架推拉時的阻力大小是折疊擱架用戶體驗好壞的關(guān)鍵因素。運動分析可以模擬前擱架推拉過程，獲得推拉時的應(yīng)力云圖及阻力變化曲線。從圖5前擱架運動過程應(yīng)力云圖得出，前擱架運動過程中除受到與導(dǎo)軌摩擦力之外還受到后擱架后端擠壓力，從圖6前擱架運動過程阻力曲線得出，最大阻力在12.1 N。后擱架負(fù)載時，阻力將會更大。

3 模型優(yōu)化設(shè)計

3.1 后擱架優(yōu)化設(shè)計

如圖7所示，后擱架優(yōu)化前使用3.2 mm厚度的玻璃，結(jié)合3.1后擱架靜力分析，分別對后擱架包邊塑料件及玻璃厚度進行優(yōu)化。優(yōu)化方案一：①塑料包邊由原來三邊包邊，改為四邊包邊，采用整體注塑方式增強后擱架整體強度；②后擱架塑料前包邊增加筋條；③增加塑料包邊寬度；④玻璃采用原3.2 mm厚度。優(yōu)化方案二：在優(yōu)化方案一基礎(chǔ)上將玻璃厚度改為4 mm。

圖3 運動仿真簡化模型

表1 材料參數(shù)

圖4 后擱架承重位移云圖

圖5 前擱架運動過程應(yīng)力云圖

圖6 前擱架運動過程阻力曲線

3.2 前擱架與導(dǎo)軌優(yōu)化設(shè)計

如圖8所示，在原擱架基礎(chǔ)上，優(yōu)化后的前擱架采用四邊塑料包邊，與導(dǎo)軌接觸的包邊前中后段分別增加滑塊，以減小前擱架運動時與導(dǎo)軌的接觸面積。導(dǎo)軌設(shè)計大圓弧及短斜面，增強前擱架運動過程順暢度。結(jié)合3.2前擱架運動分析，設(shè)計時改變前擱架限位結(jié)構(gòu)及前后擱架間隙，避免前擱架運動過程中碰撞后擱架。

4 優(yōu)化后仿真分析

4.1 優(yōu)化后的后擱架強度分析

設(shè)定條件同3.1后擱架靜力分析，從圖9優(yōu)化方案一后擱架承重位移云圖（其中玻璃厚度為3.2 mm）得出，后擱架最大變形為4.48 mm。從圖10優(yōu)化方案二后擱架承重位移云圖（其中玻璃厚度為4 mm）得出，后擱架最大變形為3.48 mm。

4.2 優(yōu)化后的前擱架運動分析

從圖11優(yōu)化后前擱架運動過程應(yīng)力云圖得出，前擱架運動過程中是通過滑塊與導(dǎo)軌接觸，且只有前擱架與導(dǎo)軌之間的阻力。從圖12優(yōu)化后前擱架運動過程阻力曲線得出，最大阻力為6.71 N。

5 總結(jié)

圖7 后擱架優(yōu)化模型

圖8 前擱架與導(dǎo)軌優(yōu)化模型

圖9 優(yōu)化方案一后擱架承重位移云圖

圖10 優(yōu)化方案二后擱架承重位移云圖

圖11 優(yōu)化后前擱架運動過程應(yīng)力云圖

圖12 優(yōu)化后前擱架運動過程阻力曲線

表2 優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比

從表2中可以得出：相較于原折疊擱架，優(yōu)化后的后擱架負(fù)載14 kg最大變形量降低42.6 %，阻力降低44.5 %，與實際試驗基本一致。折疊擱架在設(shè)計時應(yīng)盡量減小運動副接觸面積，后擱架設(shè)計時要保證結(jié)構(gòu)強度要求，負(fù)載時的變形量應(yīng)不超過前擱架上表面與后擱架下表面之間的間隙，以及避免推拉時前后擱架接觸增大阻力。根據(jù)研究表明，利用有限元仿真方法對折疊擱架進行優(yōu)化，極大地減小了推拉阻力，有效減少了冰箱折疊擱架存在的設(shè)計問題。