洗碗機(jī)內(nèi)膽一般通過(guò)鉚接或焊接方式固定在洗碗機(jī)立柱總成上，洗碗機(jī)立柱總成對(duì)洗碗機(jī)內(nèi)膽起框架支撐作用，同時(shí)立柱總成要有足夠的強(qiáng)度來(lái)保持洗碗機(jī)的剛性。用手推動(dòng)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的洗碗機(jī)臺(tái)面角部，發(fā)現(xiàn)洗碗機(jī)箱體左右晃動(dòng)較大。拆開(kāi)側(cè)板觀察立柱總成的變形位置，立柱總成的鉸鏈板從內(nèi)膽底部以上結(jié)構(gòu)變形較大，鉸鏈板在內(nèi)膽底部以下結(jié)構(gòu)基本無(wú)變形。對(duì)立柱總成進(jìn)行有限元分析，并根據(jù)有限元分析結(jié)果對(duì)洗碗機(jī)立柱支 撐強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)了鉸鏈板，使鉸 鏈板強(qiáng)度提升了50%左右。根據(jù)鉸鏈固定板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，做樣件對(duì)洗碗機(jī)進(jìn)行推動(dòng)實(shí)驗(yàn)，洗碗機(jī)變形量降低了50%左右，證明了鉸鏈固定板優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
1 洗碗機(jī)箱體強(qiáng)度弱分析
1.1 洗碗機(jī)箱體強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
在洗碗機(jī)臺(tái)面前部?jī)蓚?cè)分別用100N的力推動(dòng)洗碗機(jī)并保持洗碗機(jī)底部不移動(dòng)，在洗碗機(jī)臺(tái)面另一側(cè)位置測(cè)量洗碗機(jī)箱體橫向變形量，左右兩側(cè)的變形量分別為12MM，洗碗機(jī)箱體變形量較大。拆除洗碗機(jī)側(cè)板，推動(dòng)洗碗機(jī)立柱上角部觀察立柱總成的變形情況。洗碗機(jī)立柱總成由立柱、鉸鏈板和立柱橫梁組成。推動(dòng)過(guò)程中，立柱整體橫向變形，鉸鏈板從內(nèi)膽底部以上位置開(kāi)始變形，內(nèi)膽底部以下的位置基本無(wú)變形。洗碗機(jī)內(nèi)膽和立柱總成結(jié)構(gòu)圖
1.2 洗碗機(jī)箱體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析
洗碗機(jī)立柱總成支撐內(nèi)膽且厚度大于內(nèi)膽板材厚度，變形情況主要取決于立柱的強(qiáng)度。對(duì)立柱總成進(jìn)行力學(xué)有限元分析，
鉸鏈板材質(zhì)選用SPCC，立柱和立柱橫梁選用DC51，密度均為7800kg/m3,楊氏模量均為206GPa，泊松比為0.3，屈服強(qiáng)度為240MPa。
洗碗機(jī)立柱總成有限元網(wǎng)格模型
對(duì)立柱總成建立有限元模型，如圖2所示。洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)含有前后兩個(gè)橫梁連接立柱，為了更準(zhǔn)確分析立柱位移和應(yīng)力情況，按照帶有橫梁結(jié)構(gòu)建模。各部件均采用CQUAD4單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，單元大小為5mm，螺栓連接 采用CBEAM和RBE2描述，TOX連接采用中節(jié)點(diǎn)RBE2描述。邊界條件：立柱總成4個(gè)底腳為固定約束，在立柱總成左側(cè)施加100N的力F，方向向右。立柱總成的位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖如圖3和圖4所示。
通過(guò)對(duì)立柱總成進(jìn)行力學(xué)有限元分析，從左側(cè)推動(dòng)立柱角部時(shí)，立柱總成的較大變形量為14mm，與實(shí)際推動(dòng)洗碗機(jī)的變形量12 mm—致。立柱總成力學(xué)有限元分析只是單獨(dú)分析了立柱總成，若再加上側(cè)板等部件，有限元分析的變形量會(huì)更接近實(shí)際變形量。立柱總成的較大應(yīng)力分布在立柱折U的角部和鉸鏈板中間部位。
2 立柱總成優(yōu)化設(shè)計(jì)和驗(yàn)證
2.1 立柱總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)立柱總成結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果，立柱總成較大應(yīng)力分布在鉸鏈板中間部位和立柱折U的角部。立柱變形也從鉸鏈板中間位置開(kāi)始向上呈傾斜變形，因此需要對(duì)鉸鏈板和立柱折U角部加強(qiáng)。在立柱角部可以增加一個(gè)加強(qiáng)板把立柱和側(cè)板固定起來(lái)，立柱跟側(cè)板就成為一體，這樣可以減小立柱的變形。原鉸鏈板設(shè)計(jì)只有簡(jiǎn)單的一個(gè)壓型，前端折彎結(jié)構(gòu)還有斷開(kāi)缺口，鉸鏈板抗彎截面模較小。因此從側(cè)面推動(dòng)量洗碗機(jī)時(shí)，洗碗機(jī)容易變形。重點(diǎn)對(duì)鉸鏈板進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，在鉸鏈板大面上 增加壓型，使其剖面結(jié)構(gòu)為瓦楞狀，在折彎結(jié)構(gòu)上補(bǔ)全缺口。鉸鏈板結(jié)構(gòu)如圖5所示。
洗碗機(jī)鉸鏈板
2.2 鉸鏈板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元對(duì)比分析
對(duì)比改進(jìn)的鉸鏈板與現(xiàn)有鉸鏈板鉸，進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析。鉸鏈板材質(zhì)選用SPCC，密度為7800kg/m3, 楊氏模量均為206 GPa，泊松比為0.3，屈服強(qiáng)度為240MPa。鉸鏈板采用CQUAD4單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，單元大小為5mm。鉸鏈板有限元模型如圖6所示。
洗碗機(jī)鉸鏈板有限元模型
邊界條件：鉸鏈板底部及橫梁連接孔為固定約束，在鉸鏈板上部施加100N的力，方向向右。按照此施力分析的原因?yàn)椋号c從立柱總成折U角部比，只是把里的作 用點(diǎn)進(jìn)行了降低，鉸鏈板與立柱總成的變形及應(yīng)變情況 應(yīng)是一致的，可以通過(guò)分析鉸鏈板的位移及應(yīng)力情況推斷出立柱總成位移和應(yīng)力。新舊鉸鏈板位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖。
通過(guò)鉸鏈板結(jié)構(gòu)有限元分析，可以看出在鉸鏈板上端施加100 N的力，鉸鏈板位移量為7.9 mm，較大應(yīng)力為240MPa，已經(jīng)達(dá)到屈服強(qiáng)度極限。改進(jìn)設(shè)計(jì)的鉸鏈板施 加100N的力，位移量為4.45mm，位移量減少了50%， 同時(shí)應(yīng)力也大大地降低為100 MPa左右，因此改進(jìn)設(shè)計(jì)后的鉸鏈板強(qiáng)度增加明顯。
2.3 洗碗機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)
根據(jù)鉸鏈板優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)做樣件，并組裝一臺(tái)洗碗機(jī)。在臺(tái)面左右兩側(cè)推動(dòng)洗碗機(jī)實(shí)驗(yàn)，左右兩側(cè)的變形量分別為6mm和5 mm，右側(cè)變形量小跟內(nèi)膽與側(cè)板間左右結(jié)構(gòu)不同引起。洗碗機(jī)左側(cè)增加了其他部件，從左側(cè)推動(dòng)洗碗機(jī)時(shí)，變形量稍小。
3 結(jié)論
本文利用有限元方法分析了洗碗機(jī)立柱總成的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)了鉸鏈板，通過(guò)對(duì)鉸鏈板的有限元分析和洗碗機(jī)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：
1)從洗碗機(jī)側(cè)面推動(dòng)洗碗機(jī)變形大的主要原因在于鉸鏈板設(shè)計(jì)問(wèn)題。鉸鏈板抗彎截面模量小，推動(dòng)時(shí)導(dǎo)致變形大。
2)優(yōu)化設(shè)計(jì)鉸鏈板，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析，并根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的鉸鏈板組裝洗碗機(jī)進(jìn)行推動(dòng)實(shí)驗(yàn)。兩種方法的結(jié)果保持一致，驗(yàn)證了有限元分析的可靠性，在洗碗機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析具有重要的參考意義。