分体落地式空调典型结构案例分析

丘晓宏 潘龙腾

（珠海格力电器股份有限公司家用空调技术部 广东珠海 519070）

分体落地式空调典型结构案例分析

丘晓宏 潘龙腾

（珠海格力电器股份有限公司家用空调技术部 广东珠海 519070）

成功的产品，首先要有一个成功的设计。好的设计需要有独特的设计构想，突显其产品的个性。本文以“H”系列分体落地式空调产品左右侧板结构设计为例，通过与“M”系列分体落地式空调产品左右侧板结构设计对比，经过理论分析、ANSYS分析模拟等过程，最终选择出最优方案。

对比法；理论分析；ANSYS分析

近年来，随着国家经济的快速发展，人们生活水平日益提高，对分体落地式空调的要求，也从传统的满足制冷、制热需要，向更加具有艺术性、美观、时尚、舒适转移。据互联网空调行业调查报告，分体落地式空调的关注度由09年的30.4%提高到12年的34%。尤其是近2年，对于外观更美观的落地式空调关注度更高，彰显出人们在追求更高生活质量上的一种转变。新外观设计的分体落地式空调产品，变化多在整体造型（从方形转变为圆型、曲线造型）上，尤其是面板、外观显示变化较多，这些比较显眼的地方，直接面对消费者，提供给消费者第一印象，会直接影响顾客的选购。

本文以市场上的“H”系列分体落地式空调典型结构设计为例，说明相关结构方面的优化，通过结构的优化最终实现时尚曲线外观。

1 初步结构设计方案及结果分析

针对左右侧板，作为落地式空调产品主要的支撑结构件，起到空调骨架的作用，同时又直接影响到运动部件的使用，因此涉及到间隙、强度方面，需重点考虑，最终设计为钣金结构件。初步结构方案通过采用比对方法进行ANSYS应力应变分析时，发现左右侧板的中部应力集中变形量太大（如图1、表1所示），需要进行结构调整。根据分析的结果，基于经验的设计方法显然无法精准解决料厚选型与结构布局优化的问题。

表1 “H”左右侧板与“M”变形对比分析

表2 对比分析

图1 ANSYS变形分析

图2 应力应变模型

图3 侧板模型及横截面

图4 截面质量属性分析结果

图5 侧板模型及横截面

图6 截面质量属性分析结果

2 对比法

对比法，也叫对比分析法或者比较分析法，是通过对同类事物进行对比，分析其异同，进而判断其优劣的研究方法。任何事物的质和量的确定都是以一定的参照物为基础的，只能通过比较才能对事物进行定性或定量的测定。在信息分析研究的过程中，对比法是研究一切事物的普遍逻辑方法，是进行分析、综合和推理等其他方法的基础。

采用对比法不是单纯地模仿，而是创造性地借鉴。通过深入的思考、研究，集众家之长，开展技术创新，实现产品性能的提升。为了更好地开展对比法，应当建立有关的数据库，并不断更新。对比法在美国已经有广泛的应用和明显的成效。

本文采用对比法，通过理论分析与ANSYS模拟分析进行对比，通过与已量产机型“M”系列分体落地式空调左右侧板的强度、变形对比分析，并通过最终实际生产验证，确定最优的“H”系列新开发左右侧板解决方案。

3 理论分析

通过施加外力来分析其受力变形量来分析该钣金件的结构，通过对其变形量（最大挠度）的比较来分析，最大变形量分析应力应变模型如图2所示。

受力F作用下（优化结构分析取值1000N），其最大变形量（挠度）发生在中间位置：

Wmax=-FL3/48EI

图7 侧板模型及横截面

图8 截面质量属性分析结果

其中F=1000N，L为钣金件长度值，E为材料的刚度值，左右侧板钣金件为热镀锌板，材料为普通碳素结构钢Q235，其值范围为196～216(GPa)，I为杆件横截面的X方向惯性矩。因此，在F、L、E不变的情况下，惯性矩I越大，变形量越小。用AUTOCAD软件的截面质量属性功能可以快速计算出惯性矩I。

（1）“M”系列分体落地式空调侧板

模型及横截面如图3所示（0.95mm厚），用CAD对截面质量属性进行分析，结果如图4所示。

（2）“H”系列分体落地式空调侧板

模型及横截面如图5所示（原方案0.95mm厚），用CAD对截面质量属性进行分析，结果如图6所示。

（3）“H”系列分体落地式空调侧板

模型及横截面如图7所示（优化方案0.95mm厚），用CAD对截面质量属性进行分析，结果如图8所示。

根据上述理论分析，三种截面的X方向惯性矩是：IB＜IA＜IC；三种截面的X方向惯性矩是：IB＜IA＜IC。

理论分析结论：（3）方案的变形量是最小的，可以满足产品设计要求。

4 ANSYS分析模拟

设计两种不同截面、不同料厚的四种优化方案进行ANSYS模拟变形分析，通过与成熟机型I柜机侧板的分析结果比对，确认最终定型方案。对比分析见表2所示。ANSYS分析见图9所示。

根据理论分析、ANSYS分析结果，“H”系列分体落地式空调侧板选择优化方案4的截面和料厚。根据实际开模生产出来的零件验证，“H”系列分体落地式空调侧板的强度和变形量是满足产品要求的。

图9 ANSYS分析(优化方案4)

5 结论

空调产品结构的设计是一个不断完善的过程，克服设计过程中遇到的问题就是设计的方向。因而在产品结构设计过程中，必须注意以下几点，才可以保证结构设计的准确和快捷：

（1）设计前期必须充分利用理论知识对结构进行初步的分析，确保设计方向的准确。例如，在空调产品结构设计中，结构强度是最主要的因素之一，因而在设计前期需从力学角度对零件进行多方面的分析，如断裂和屈服等失效形式，先确定设计的方向，然后再进行初步设计。

（2）完成初步设计后需要运用ANSYS等分析软件进行详细的仿真分析，对设计的零件提前判断是否满足要求，如分析出不满足要求则需及时调整结构。

只有通过这种理论分析和科学分析相结合的做法，才能更有效地避免设计走弯路，让设计开发工作真正做到精准、高效，从而设计出结构合理、具有创新的产品。

[1] 夏继梅，韩先征. 一种钣金件结构强度计算和优化[J]. CAD/CAM与制造业信息化. 2005年05期

[2] 张德恒，鹿晓阳. 结构拓扑优化设计的理论和方法[J]. 化学工程与装备. 2011年01期

[3] 刘文剑. 基于ANSYS Workbench的扫描仪结构分析[D]. 西安电子科技大学. 2009

[4] 陆冬. 机械结构试验模态分析系统的研究[D]. 重庆大学. 2007

[5] 郭新龙，林大钧，聂冬金，陈飞，刘亚菲. 基于AutoCAD的静力学图解方法[J]. 东华大学学报（自然科学版）. 2012年05期

[6] 黄一江. ANSYS结构优化设计在机械设计中的应用[J]. 科技传播. 2013年08期

[7] 马虉，刘慧. 基于ANSYS Workbench的轴承座应力分析[J]. 机械管理开发. 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