丘曉宏 潘龍騰

（珠海格力電器股份有限公司家用空調技術部 廣東珠海 519070）

分體落地式空調典型結構案例分析

丘曉宏 潘龍騰

（珠海格力電器股份有限公司家用空調技術部 廣東珠海 519070）

成功的產品，首先要有一個成功的設計。好的設計需要有獨特的設計構想，突顯其產品的個性。本文以“H”系列分體落地式空調產品左右側板結構設計為例，通過與“M”系列分體落地式空調產品左右側板結構設計對比，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。

對比法；理論分析；ANSYS分析

近年來，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平日益提高，對分體落地式空調的要求，也從傳統(tǒng)的滿足制冷、制熱需要，向更加具有藝術性、美觀、時尚、舒適轉移。據(jù)互聯(lián)網(wǎng)空調行業(yè)調查報告，分體落地式空調的關注度由09年的30.4%提高到12年的34%。尤其是近2年，對于外觀更美觀的落地式空調關注度更高，彰顯出人們在追求更高生活質量上的一種轉變。新外觀設計的分體落地式空調產品，變化多在整體造型（從方形轉變?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，直接面對消費者，提供給消費者第一印象，會直接影響顧客的選購。

本文以市場上的“H”系列分體落地式空調典型結構設計為例，說明相關結構方面的優(yōu)化，通過結構的優(yōu)化最終實現(xiàn)時尚曲線外觀。

1 初步結構設計方案及結果分析

針對左右側板，作為落地式空調產品主要的支撐結構件，起到空調骨架的作用，同時又直接影響到運動部件的使用，因此涉及到間隙、強度方面，需重點考慮，最終設計為鈑金結構件。初步結構方案通過采用比對方法進行ANSYS應力應變分析時，發(fā)現(xiàn)左右側板的中部應力集中變形量太大（如圖1、表1所示），需要進行結構調整。根據(jù)分析的結果，基于經(jīng)驗的設計方法顯然無法精準解決料厚選型與結構布局優(yōu)化的問題。

表1 “H”左右側板與“M”變形對比分析

表2 對比分析

圖1 ANSYS變形分析

圖2 應力應變模型

圖3 側板模型及橫截面

圖4 截面質量屬性分析結果

圖5 側板模型及橫截面

圖6 截面質量屬性分析結果

2 對比法

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

采用對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，開展技術創(chuàng)新，實現(xiàn)產品性能的提升。為了更好地開展對比法，應當建立有關的數(shù)據(jù)庫，并不斷更新。對比法在美國已經(jīng)有廣泛的應用和明顯的成效。

本文采用對比法，通過理論分析與ANSYS模擬分析進行對比，通過與已量產機型“M”系列分體落地式空調左右側板的強度、變形對比分析，并通過最終實際生產驗證，確定最優(yōu)的“H”系列新開發(fā)左右側板解決方案。

3 理論分析

通過施加外力來分析其受力變形量來分析該鈑金件的結構，通過對其變形量（最大撓度）的比較來分析，最大變形量分析應力應變模型如圖2所示。

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

Wmax=-FL3/48EI

圖7 側板模型及橫截面

圖8 截面質量屬性分析結果

其中F=1000N，L為鈑金件長度值，E為材料的剛度值，左右側板鈑金件為熱鍍鋅板，材料為普通碳素結構鋼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軟件的截面質量屬性功能可以快速計算出慣性矩I。

（1）“M”系列分體落地式空調側板

模型及橫截面如圖3所示（0.95mm厚），用CAD對截面質量屬性進行分析，結果如圖4所示。

（2）“H”系列分體落地式空調側板

模型及橫截面如圖5所示（原方案0.95mm厚），用CAD對截面質量屬性進行分析，結果如圖6所示。

（3）“H”系列分體落地式空調側板

模型及橫截面如圖7所示（優(yōu)化方案0.95mm厚），用CAD對截面質量屬性進行分析，結果如圖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。

理論分析結論：（3）方案的變形量是最小的，可以滿足產品設計要求。

4 ANSYS分析模擬

設計兩種不同截面、不同料厚的四種優(yōu)化方案進行ANSYS模擬變形分析，通過與成熟機型I柜機側板的分析結果比對，確認最終定型方案。對比分析見表2所示。ANSYS分析見圖9所示。

根據(jù)理論分析、ANSYS分析結果，“H”系列分體落地式空調側板選擇優(yōu)化方案4的截面和料厚。根據(jù)實際開模生產出來的零件驗證，“H”系列分體落地式空調側板的強度和變形量是滿足產品要求的。

圖9 ANSYS分析(優(yōu)化方案4)

5 結論

空調產品結構的設計是一個不斷完善的過程，克服設計過程中遇到的問題就是設計的方向。因而在產品結構設計過程中，必須注意以下幾點，才可以保證結構設計的準確和快捷：

（1）設計前期必須充分利用理論知識對結構進行初步的分析，確保設計方向的準確。例如，在空調產品結構設計中，結構強度是最主要的因素之一，因而在設計前期需從力學角度對零件進行多方面的分析，如斷裂和屈服等失效形式，先確定設計的方向，然后再進行初步設計。

（2）完成初步設計后需要運用ANSYS等分析軟件進行詳細的仿真分析，對設計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調整結構。

只有通過這種理論分析和科學分析相結合的做法，才能更有效地避免設計走彎路，讓設計開發(fā)工作真正做到精準、高效，從而設計出結構合理、具有創(chuàng)新的產品。

[1] 夏繼梅，韓先征. 一種鈑金件結構強度計算和優(yōu)化[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化. 2005年05期

[2] 張德恒，鹿曉陽. 結構拓撲優(yōu)化設計的理論和方法[J]. 化學工程與裝備. 2011年01期

[3] 劉文劍. 基于ANSYS Workbench的掃描儀結構分析[D]. 西安電子科技大學. 2009

[4] 陸冬. 機械結構試驗模態(tài)分析系統(tǒng)的研究[D]. 重慶大學. 2007

[5] 郭新龍，林大鈞，聶冬金，陳飛，劉亞菲. 基于AutoCAD的靜力學圖解方法[J]. 東華大學學報（自然科學版）. 2012年05期

[6] 黃一江. ANSYS結構優(yōu)化設計在機械設計中的應用[J]. 科技傳播. 2013年08期

[7] 馬虉，劉慧. 基于ANSYS Workbench的軸承座應力分析[J]. 機械管理開發(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