基于ANSYS Workbench的出风面板卡扣结构强度分析及应用

基于ANSYS Workbench的出风面板卡扣结构强度分析及应用

发表时间：2017-10-19T15:50:41.847Z 来源：《防护工程》2017年第16期作者：陈珠秀王振勇陈诚陈荣华

[导读] 对比公司现有空调面板卡扣装配结构可以发现：结构除了在尺寸上各有所区别之外。

珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070

摘要:应用ANSYS Workbench软件对空调面板的卡扣装配进行强度分析，直接生成计算结果云图，直观显示其最大应力，通过比较不同结构卡扣受力优劣，检验其设计的合理性。避免在包装跌落实验中因为卡扣强度不足，导致卡扣断裂，零件失效。该方法对产品结构强度优化设计，提高产品质量有一定指导意义。

关键词: 卡扣；应力分析；ANSYS Workbench结构强度

引言

空调柜机在长途运输以及搬运过程中不可避免出现颠簸和磕碰，常发现出风面板卡扣断裂现象，经常有客户反馈出风面板与后板间隙大，拆机发现卡扣有断裂，出风面板没拉紧后板导致间隙增大，导致质量问题。为避免该类问题，柜内机空调产品量产前进行一系列包装跌落等实验验证，在跌落和跳跃踩踏实验中，发现出风面板卡扣有断裂；由于出风面板的卡扣是产品关键性结构，卡扣的断裂不仅影响产品装配外观，还影响产品结构强度甚至产品性能；当柜内机产品进行顶部超高跌落，出风面板受冲击向下进行滑移运动，而侧板、后板、蒸发器等组件因为重力的惯性将向上进行滑移，在这种相对滑移的过程中，侧板的槽对卡扣的反冲击作用力，结果导致卡扣受力断裂[1]。在出风面板卡扣断裂情况中，主要是由此类跌落问题造成，此次也将以此类受力结果作为主要分析依据；本文应用ANSYSWorkbench软件对空调面板卡扣装配进行强度分析，指导产品设计。

1 出风面板卡扣建模

对比公司现有空调面板卡扣装配结构可以发现：结构除了在尺寸上各有所区别之外，卡扣开口模具滑块的出模也有所不同，分别是前端出模、内侧出模和后侧出模，模具斜顶出模各异，所以卡扣的结构强度在理论上有所区别，此次我们采用ANSYSWorkbench软件对三种不同出模方向卡扣装配结构强度进行对比分析,同时参考企标《注塑件设计规范》对加强筋结构的设计要求，同时为尽量避免卡扣装配结构在注塑过程中出现缩水问题，在加强筋结构设计时，出模料孔深度与卡扣侧向高度相同，确保卡扣外壁厚度相同，从而在注塑过程中避免严重缩水的情况出现，卡扣结构设计料厚需满足模具设计要求[2]。这里对表1几种结构形态进行有限元分析比较其优劣。

2 空调面板卡扣的ANSYS Workbench分析

2.1 空调面板卡扣三维模型建立

1) 利用ANSYS Workbench的DesignModeler模块包含的建模工具手动建立模型。该建模方式与AutoCAD建模类似，对处理一些简单的模型还是比较方便，复杂的模型处理比较费时间，但不建议在该软件中建模[3]。

2) 这里先在Creo2.0中建立卡扣三维模型，再转化为常用三维模型零件格式STP；为了提高在ANSYS中的求解速度, 复杂模型在导入前应删除对分析结果影响可忽略的特征, 如倒角、圆角等特征. 因为在ANSYS划分网格时,对于细小特征消耗的时间最多, 分析中对于不需关心的局部也会耗时过多，这里只建模卡扣装配以及卡扣附件模型的局小部分[4]。

2.2 施加载荷

为模拟产品在顶部在超高跌落中侧板与出风面板卡扣的受力状态，我们提取公司3种卡扣装配结构进行对比分析：这里设置固定卡扣的边界位移不变，设定一定相同的载荷大小和方向[5]。确定载荷与约束条件后，采用ANSYS软件对3种卡扣形态进行对比分析，通过分析我们得出以下分析结果,详见表2。

对比分析在相同载荷作用下3种方案发现：内侧出模的卡扣装配结构的最大应力值明显要比前端和后侧出模卡扣装配结构的最大应力值要小，即内侧出模时卡扣装配结构强度要比前端以及后侧出模的卡扣装配结构强度要强；故通过评估卡扣侧向受力响应应力结果尽量避免设计为前端出模和后侧出模。

总结两种受力过程结果，综合评估发现：出风面板卡扣模具滑块采用内侧出模时的整体结构强度要明显优于其他方向出模的结构强度。

3 总结

通过采用ANSYS软件对比分析空调面板卡扣装配3种方案，从以上分析结果我们总结了以下3个结论：1) 卡扣装配模具滑块采用内侧出模时的卡扣装配结构强度明显比其他方向出模时的卡扣装配结构强度要强，即在卡扣结构设计中应避免前端和后端出模；

2) 卡扣拐角过渡设计时，应该采用加筋结构设计，增强根部的整体强度，从而改善扣整体结构强度；在设计时应优先设计为加筋结构；

3) 综合3种卡扣装配结构在应力分析，设计卡扣装配时应避免采用后端出模，优先选用内侧出模，当内侧方向无法出模时可采用前侧出模；

综上所述：依据对比分析结果，当卡扣滑块采用内侧出模时比采用后侧出模和前端出模的卡扣最大应力都要小；加上对比内侧出模的两种拐角过渡结构对结构的影响，使用内侧出模时的整体结构方案强度较好，可以有效提高空调面板卡扣整体结构强度。参考文献：

[1]保罗R博登伯，冯连勋，译.塑料卡扣连接技术[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[2]郝伟,张洪,郝永福.有限元法在接触问题中的应用[J].机械管理开发, 2005(2).

[3]凌桂龙.ANSYS Workbench[M].北京:清华大学出版社.

[4]刘国庆,杨庆东.ANSYS工程应用教程[M].北京:中国铁道出版.

[5]任重.ANSYS实用分析教程[M].北京：北京大学出版社，2003.