基于NX环境下洗衣机内筒的应力状态分析

张磊 赵凯 汪印湘

（惠而浦（中国）股份有限公司 安徽合肥 230088）

基于NX环境下洗衣机内筒的应力状态分析

张磊 赵凯 汪印湘

（惠而浦（中国）股份有限公司 安徽合肥 230088）

采用UG NX对洗衣机内筒进行三维建模，利用NX软件的高级仿真模块对洗衣机在高速脱水工况过程进行分析模拟，获得包括位移、应力、应变等分布的准确信息。直观地预测出产品在脱水过程中最大的位移变化及可能产生的应力集中现象。利用该软件可以节约大量的人力物力，减少资源的浪费，降低产品成本，缩短产品的开发周期，快速响应市场需求，提高企业的创新能力和竞争力。

NX软件；高级仿真模块；应力分析

1 引言

洗衣机是家用电器中最为普遍的一种电器，随着人民生活水平的提高，对于洗衣机的耐用性有更高的要求，这对企业提出了更高的挑战及机遇。应用高级仿真工具NX Advanced simulation对我们实际提出的方案进行比较或验证，结合实际工程经验，为最终方案的确定提供数据支持。

衣物在内筒内完成高速脱水过程，其组件由动力输入轴（法兰轴）、轴承、三角支架（法兰）和内筒等组成。在高速脱水过程中，第一，内筒由于衣物的不均匀分布产生偏心载荷，造成变形较大，不仅会加速组件损坏，影响使用寿命，而且会与其他部件造成干涉；第二，在动力轴轴套与法兰的连接处，由于材料不同及摩擦的作用会产生应力集中。因此，运用NX软件及Advanced Simulation模块在设计阶段进行仿真分析是非常重要的。根据分析结果得出危险部位及应力分布，从而为进一步改进提供参考依据。

2 仿真分析过程

2.1 建立分析模型

洗衣机内筒的CAD模型利用UG NX软件建立，然后直接进入到NX Advanced Simulation模块中进行模拟分析。进入后首先要进行模型清理，本次案例主要关注内筒动力轴及传动三脚架。因此：第一，对内筒筒身小孔进行删除操作；

第二，内筒与三脚架的连接采用的是螺栓连接，在本案例中，将其理想化为面与面粘合接触。图形见图1。

2.2 单元网格及材料属性

由于本例结构较为复杂，故各零件均采用四面体网格处理模型。各零件的材料属性如表1。

2.3 定义边界条件

内筒结构实际上为一悬臂梁结构，动力轴与固定端轴承相联结。本案例不考虑轴承的变形，约束两个轴承接触圆柱面的X、Y、Z三个方向的平动自由度。边界约束如图2所示。

2.4 施加载荷

洗衣机在高速脱水过程中受到2个力的作用，一个是来自洗涤衣物的离心力F1,另一个是来自偏心衣物在内筒旋转过程中产生的偏心力F2。

式中：m1为洗涤衣物（含水）的质量；r1为内筒内径；ω为内筒旋转角速度。

式中：m2为偏心衣物（含水）的质量；r2偏心衣物相对于滚筒中心的偏心半径；ω为内筒旋转角速度。

本机型为三洋某型号8.5Kg容量洗衣机，根据实际测试结果，m1最大值取17Kg，m2最大值取1.2Kg。内筒转速ω为1400r/min。载荷分布见图3。

3 结构仿真结果分析

计算完成后可得到：

（1）位移变形量最大值在筒身顶部（红色区域），也是偏心所在处及其对称位置，最大变形量为5.850mm，位移变形见图4。

（2）最大应力为法兰轴轴颈处及法兰与筒身连接处，法兰轴材料为45#钢，其屈服强度为不小于355MPa，由图可知，法兰应力没有达到屈服强度，且有较大余量，其应力分布约为236～266MPa（黄色部分），可判定结构可靠。应力分布见图5。

（3）法兰材料为硅铝合金材料，其屈服强度为170MPa，由图6可知，法兰应力没有达到屈服强度，其应力分布约为113～127MPa（黄色部分），远小于屈服强度，结构可靠。

图1 结构模型

图3 载荷分布

图2 边界约束

图4 位移变形量

图5 应力分布图（1）

表1 零件材料属性

4 结束语

通过运用 NX建立内筒三维实体模型，使用其Advanced Simulation模块计算了系统在稳态惯性力作用下的静力分析，确定了零件及系统的可靠性，对进一步提高产品性能，降低成本有一定的指导意义。同时，我们需要明确的是，由于我们进行了一部分模型简化处理，特别是筒身与前后盖之间的接触，内筒与三脚架之间的铆接，但这不影响我们对动力输入轴及三脚架的评估结果。后续我们将继续做一系列研究工作。

[1] 李晓川，左言言. 洗衣机滚筒的有限元动态分析[J].噪声与振动控制，2009（5）:27-29

[2] 施兴来.工业水洗机转笼结构设计的有限元分析[J].轻工机械2010,28(1):87-93

[3] 刘宝顺. 产品结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005

[4] 张亚辉，林家浩. 结构动力学基础.大连：大连理工大学出版社，2007.5

[5] 沈春根，王贵成，王树林. UG NX7.0有限元分析入门与实例精讲.北京：机械工业出版社

Stress analysis of inner bareel in washing machine based on the NX software

ZHANG Lei ZHAO Kai WANG Yinxiang
(whirlpool-China Electric Co., Ltd. Hefei 230088)

Adopting UG NX to conduct 3D modeling for the inner barrell of washing machine, using NX Nastran(Advanced Simulation) module proceed simulation analyzing, including the process of high speed water-extraction. to achieve the accurate information of deformation, stress, and strain and directly forecast the defects in the process of high speed water-extraction possibly. Combing the practical engineering experience, improve and optimize the structure parameter. By using this software can save a good deal of manpower and material resources, reduce the waste of resource, lower the cost of production, shorten the development period of production, quickly response the demands of market, improve the innovation ability and competitiveness of the enterprise.

NX software; Advanced Simulation module; Stress analysis