CN106283544B - 边板压筋分布优化方法、边板以及具有该边板的洗衣机 - Google Patents
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Abstract
本发明边板压筋分布优化方法、边板以及具有该边板的洗衣机涉及洗衣机领域，其目的是为了提供一种获取最优压筋布局的优化方法和固频特性提升、刚度高的边板以及工作时振动幅度小、噪声小的洗衣机。本发明边板压筋分布优化方法通过对边板原模型进行模态分析，再对边板进行加强筋布局的形貌优化，得到具有最优压筋分布的边板优化模型，再经过验证是否满足设计要求。通过此方法得到的边板应用到洗衣机中，解决了洗衣机边板静刚度、动刚度不足以及共振问题，同时使得洗衣机在产品运输、产品跌落过程中边板变形的问题得到很好的改善。
Description
技术领域
本发明涉及洗衣机领域，特别是涉及一种边板压筋分布优化方法、边板以及具有该边板的洗衣机。
背景技术
洗衣机工作时，尤其是脱水工作时，筒体高速旋转，容易造成边板振动位移过大，超过国标要求。当边板固频与最高脱水转速时洗衣机悬挂系统振动激励频率点接近时，即基本处于共振点区域，便会引起较大的振动。一般要求洗衣机边板固频在洗衣机悬挂系统振动激励频率点上+-5Hz左右，即边板固频至少低于振动激励频率点5Hz，或边板固频至少高于振动激励频率点5Hz，因此要求边板具有适合的固频以避免共振，并且需要足够的静刚度、动刚度以及良好的抵抗变形能力。
目前对洗衣机边板的外形上多采用加压加工形成压筋的方式以加强边板刚度，但是传统的边板压筋分布主要是依靠经验，一般情况下依靠经验得到的压筋分布有时不能符合设计要求，有时符合设计要求却并不是最优的压筋布局，边板刚度存在一定的加强空间。
发明内容
基于此，有必要针对洗衣机边板刚度不足、容易产生共振、压筋分布主要是依靠经验的问题，提供一种边板压筋分布优化方法，以及根据该边板压筋分布优化方法能够得到的具有最优压筋布局的刚度高的边板，以及使用此边板的洗衣机。
一种边板压筋分布优化方法，包括如下步骤：
(a)对边板原模型进行模态分析，得到边板原模型的第一阶固频f10和第二阶固频f20；
(b)对边板进行加强筋布局的形貌优化，得到压筋变形分布图以及形貌优化后的第一阶固频f11和第二阶固频f21；
(c)将压筋变形分布云图处理为几何图形，根据材料成型工艺要求进行二次处理，得到具有最优压筋分布的边板优化模型；
(d)对边板优化模型的效果进行验证，边板在箱体装配状态的约束下，对边板优化模型进行模态分析，获得边板优化模型的第一阶固频f12，与边板原模型在箱体装配状态约束下的第一阶固频f22相比较，满足设计要求则结束优化，不满足设计要求则返回步骤(b)。
在其中一个实施例中，步骤(a)中通过HyperMesh软件进行模态分析。
在其中一个实施例中，步骤(b)中通过OptiStruct软件进行形貌优化。
在其中一个实施例中，步骤(b)中划分边板原模型的设计区域和非设计区域，并设置加强筋的参数以及加筋方式，在单个边板约束下、以第一阶固频最大化为优化目标，对边板原模型进行加强筋布局。
在其中一个实施例中，非设计区域为边板折弯区及螺钉安装区。
一种边板，包括主面板和设置在主面板上的压筋，所述压筋的外形由上述任一所述的边板压筋分布优化方法获得。
在其中一个实施例中，所述压筋包括上部压筋、中部压筋和下部压筋；上部压筋包括关于主面板竖直中心线对称设置的两组上斜压筋，每组上斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组上斜压筋包括平行设置的若干条形上压筋；所述中部压筋包括对称图形压筋，所述对称图形压筋的对称线与主面板竖直中心线重合；所述下部压筋包括关于面板竖直中心线对称设置的两组下斜压筋，每组下斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组下斜压筋包括平行设置的若干条形下压筋。
在其中一个实施例中，每组下斜压筋包括四个条形下压筋，两组下斜压筋中的位于最上方的条形下压筋顶端之间以及位于最下方的条形下压筋顶端之间分别通过弧形下横压筋连接。
在其中一个实施例中，每组上斜压筋包括两个条形上压筋。
在其中一个实施例中，中部压筋的对称图形压筋为菱形压筋，所述菱形压筋下角处连接有两条同心的第一弧形中横压筋。
在其中一个实施例中，中部压筋的对称图形压筋为圆形压筋，所述圆形压筋上方和下方分别设置有两条与圆形压筋同心的第二弧形中横压筋。
在其中一个实施例中，中部压筋的对称图形压筋为圆形压筋，所述上部压筋的每组上斜压筋包括四个条形上压筋，两组上斜压筋中的位于最上方的条形上压筋顶端之间以及位于最下方的条形上压筋顶端之间分别通过弧形上横压筋连接，所述上部压筋与下部压筋关于主面板水平中心线对称设置。
一种洗衣机，包括上述任一所述的边板。
上述边板压筋分布优化方法，通过形貌优化技术对边板的压筋分布进行优化，打破了仅凭经验设计压筋分布的局限性，减少人为因素造成的判断误差，能够有效地得到边板的最优压筋布局，使得边板的刚度提升，同时符合偏离共振区的要求。
上述边板通过边板压筋分布优化方法获得了最优的压筋布局，在固频特性以及刚度上得到提升，解决了洗衣机边板静刚度、动刚度不足以及共振问题，减小了洗衣机边板的振动，同时洗衣机边板振动的改善带来了洗衣机噪音水平的改善，并且由于洗衣机边板静刚度、动刚度提升，使得洗衣机在产品运输、产品跌落过程中边板变形的问题得到很好的改善。
附图说明
图1为本发明边板原模型的结构示意图；
图2为本发明边板压筋分布优化方法中步骤(b)得到的压筋变形分布图；
图3为本发明边板中边板A结构示意图；
图4为本发明边板中边板B结构示意图；
图5为本发明边板中边板C结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，为设置有竖向加强筋的原边板模型。
本发明边板压筋分布优化方法，包括如下步骤：
(a)通过HyperMesh软件对边板原模型进行模态分析，得到边板原模型的第一阶固频f10和第二阶固频f20；
(b)划分边板原模型的设计区域和非设计区域，设计区域为面板主平面区域，非设计区为边板折弯边和螺钉安装区；并设置加强筋的参数以及加筋方式，具体结构参数为：肋高5mm，肋宽5mm～30mm，冲压角45°～60°，筋花纹分布为内凹筋对称分布；在单个边板约束下、以第一阶固频最大化为优化目标，通过OptiStruct软件对边板进行加强筋布局的形貌优化，得到如图2所示的压筋变形分布图以及形貌优化后的第一阶固频f11和第二阶固频f21；
(c)将压筋变形分布云图处理为几何图形，根据材料成型工艺要求进行图形二次处理，得到具有最优压筋分布的边板优化模型；
(d)对边板优化模型的效果进行验证，边板在箱体装配状态的约束下，对边板优化模型进行模态分析，获得边板优化模型的第一阶固频f12，与边板原模型在箱体装配状态约束下的第一阶固频f22相比较，满足设计要求则结束优化，不满足设计要求则返回步骤(b)。
在判断步骤(d)中是否满足设计要求时，需要将边板原模型的第一阶固频f10和第二阶固频f20分别与形貌优化后的第一阶固频f11和第二阶固频f21对应比较，以及在箱体装配状态的约束下，将边板优化模型的第一阶固频f12与边板原模型在箱体装配状态约束下的第一阶固频f13相比较，以判断边板形貌优化后的刚度是否提升。同时还需将边板优化模型在箱体装配状态的约束下的第一固频与洗衣机悬挂系统振动激励频率点相比较，以判断边板优化模型是否满足振动要求。形貌优化后的边板在单个边板约束下的第一固频f11和第二固频f21较大，以及边板优化模型在箱体装配状态的约束下第一固频f12较大，说明边板优化模型的刚度提升；边板优化模型在箱体装配状态的约束下的第一固频不在洗衣机系统振动的共振区域，则满足振动要求；只有在边板刚度和振动两方面都满足要求时，才满足设计要求。
上述边板压筋分布优化方法，通过形貌优化技术对边板的压筋分布进行优化，打破了仅凭经验设计压筋分布的局限性，减少人为因素造成的判断误差，能够有效地得到边板的最优压筋布局，使得边板的刚度提升，同时符合偏离共振区的要求。
一种边板，包括主面板和设置在主面板上的压筋，压筋的外形由上述边板压筋分布优化方法获得。
在其中一个实施例中，如图3所示为边板A的压筋外形示意图。边板A的压筋包括上部压筋、中部压筋和下部压筋；上部压筋包括关于主面板竖直中心线对称设置的两组上斜压筋，每组上斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组上斜压筋包括平行设置的两个条形上压筋110；中部压筋包括菱形压筋210，需要说明的是此处菱形压筋210为整块面状的压筋形式，菱形压筋210的对称线与主面板竖直中心线重合，菱形压筋210下角处连接有两条同心的第一弧形中横压筋220；下部压筋包括关于面板竖直中心线对称设置的两组下斜压筋，每组下斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组下斜压筋包括平行设置的四个条形下压筋310，两组下斜压筋中的位于最上方的条形下压筋顶端之间以及位于最下方的条形下压筋顶端之间分别通过弧形下横压筋320连接。
根据洗衣机一般最高脱水转速1400rpm/23.33Hz，即洗衣机悬挂系统振动激励频率点23.33Hz，一般要求洗衣机边板固频低于18.33Hz或高于28.33Hz。在单个边板约束下，边板原模型的第一阶固频f10为15.97Hz和第二阶固频f20为28.11Hz，而形貌优化后的第一阶固频f11上升至21.817Hz和第二阶固频f21上升至34.065Hz，形貌优化后的边板固频较边板原模型提高了近6Hz，边板刚度得到提高。边板在装配状态的约束下，边板原模型的第一阶固频f22为28.7Hz，而边板A的第一阶固频f12经模态分析后得出上升至32.5Hz，边板A刚度得到提高，且第一阶固频远高于洗衣机悬挂系统振动激励频率点23.33Hz。边板A的刚度提高，且远离悬挂系统的共振范围，满足洗衣机工作时对边板的设计要求。
当边板压筋分布优化方法中改变加筋方式时，将内凹筋对称分布替换为中央区域为辐射肋筋状+上下对称对称分布凹筋时，通过图形处理设计优化，制作得到图4所示的边板B和图5所示的边板C，边板C是在边板B的基础上根据成型工艺以及成本等因素进行的衍生优化布局。
如图4，边板B的上部压筋、下部压筋分别与边板优化模型A的上部压筋、下部压筋相同，上部压筋包括关于主面板竖直中心线对称设置的两组上斜压筋，每组上斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组上斜压筋包括平行设置的两个条形上压筋111；下部压筋包括关于面板竖直中心线对称设置的两组下斜压筋，每组下斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组下斜压筋包括平行设置的四个条形下压筋311，两组下斜压筋中的位于最上方的条形下压筋顶端之间以及位于最下方的条形下压筋顶端之间分别通过弧形下横压筋321连接。区别在于边板B的中部压筋包括圆形压筋211，需要说明的是此处圆形压筋211也为整块面状的压筋形式，圆形压筋211的对称线与主面板竖直中心线重合，圆形压筋211上方和下方分别设置有两条与圆形压筋同心的第二弧形中横压筋221。
如图5所示，边板C的中部压筋的对称图形压筋也为圆形压筋，上部压筋的每组上斜压筋包括四个条形上压筋112，两组上斜压筋中的位于最上方的条形上压筋顶端之间以及位于最下方的条形上压筋顶端之间分别通过弧形上横压筋122连接，下部压筋与边板A中的下部压筋相同，即下部压筋包括关于面板竖直中心线对称设置的两组下斜压筋，每组下斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组下斜压筋包括平行设置的四个条形下压筋312，两组下斜压筋中的位于最上方的条形下压筋顶端之间以及位于最下方的条形下压筋顶端之间分别通过弧形下横压筋322连接。边板C的上部压筋与下部压筋关于主面板水平中心线对称设置。
最后对边板进行验证分析，由于边板C是从边板B中衍生设计的，形状大体相似，因此可以以边板B为代表进行验证。
表1在箱体装配状态约束下不同边板的固频特性比较
如表1所示，在箱体装配状态约束下，对边板原模型、边板A和边板B进行模态分析，可以得出在不同模态振型时边板A和边板B的固频特性均比边板原模型高，边板A和边板B的固频特性得以提升。
本发明一种洗衣机，包括上述所述的边板A或边板B或边板C。
上述边板通过边板压筋分布优化方法获得了最优的压筋布局，在固频特性以及刚度上得到提升，解决了洗衣机边板静刚度、动刚度不足以及共振问题。使用此边板的洗衣机，不仅解决了洗衣机边板的振动问题，同时洗衣机边板振动的改善带来了洗衣机噪音水平的改善，并且由于洗衣机边板静刚度、动刚度提升，使得洗衣机在产品运输、产品跌落过程中边板变形的问题得到很好的改善。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种边板压筋分布优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)对边板原模型进行模态分析，得到边板原模型的第一阶固频f10和第二阶固频f20；
(b)对边板进行加强筋布局的形貌优化，得到压筋变形分布图以及形貌优化后的第一阶固频f11和第二阶固频f21；
(c)将压筋变形分布云图处理为几何图形，根据材料成型工艺要求进行二次处理，得到具有最优压筋分布的边板优化模型；
(d)对边板优化模型的效果进行验证，边板在箱体装配状态的约束下，对边板优化模型进行模态分析，获得边板优化模型的第一阶固频f12，与边板原模型在箱体装配状态约束下的第一阶固频f22相比较，满足设计要求则结束优化，不满足设计要求则返回步骤(b)；
所述步骤(d)的满足设计要求是指：形貌优化后的边板在单个边板约束下的第一固频f11和第二固频f21较大，以及边板优化模型在箱体装配状态的约束下第一固频f12较大；且边板优化模型在箱体装配状态的约束下的第一固频f12不在洗衣机系统振动的共振区域。
2.根据权利要求1所述的边板压筋分布优化方法，其特征在于，所述步骤(a)中通过HyperMesh软件进行模态分析。
3.根据权利要求2所述的边板压筋分布优化方法，其特征在于，所述步骤(b)中通过OptiStruct软件进行形貌优化。
4.根据权利要求3所述的边板压筋分布优化方法，其特征在于，所述步骤(b)中划分边板原模型的设计区域和非设计区域，并设置加强筋的参数以及加筋方式，在单个边板约束下、以第一阶固频最大化为优化目标，对边板原模型进行加强筋布局。
5.根据权利要求4所述的边板压筋分布优化方法，其特征在于，所述非设计区域为边板折弯区及螺钉安装区。
6.一种边板，包括主面板和设置在主面板上的压筋，其特征在于，所述压筋的外形由权利要求1-5任一所述的边板压筋分布优化方法获得。
7.根据权利要求6所述的边板，其特征在于，所述压筋包括上部压筋、中部压筋和下部压筋；上部压筋包括关于主面板竖直中心线对称设置的两组上斜压筋，每组上斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组上斜压筋包括平行设置的若干条形上压筋；所述中部压筋包括对称图形压筋，所述对称图形压筋的对称线与主面板竖直中心线重合；所述下部压筋包括关于面板竖直中心线对称设置的两组下斜压筋，每组下斜压筋沿主面板对角线方向倾斜设置，每组下斜压筋包括平行设置的若干条形下压筋。
8.根据权利要求7所述的边板，其特征在于，所述每组下斜压筋包括四个条形下压筋，两组下斜压筋中的位于最上方的条形下压筋顶端之间以及位于最下方的条形下压筋顶端之间分别通过弧形下横压筋连接。
9.根据权利要求8所述的边板，其特征在于，所述每组上斜压筋包括两个条形上压筋。
10.根据权利要求9所述的边板，其特征在于，所述中部压筋的对称图形压筋为菱形压筋，所述菱形压筋下角处连接有两条同心的第一弧形中横压筋。
11.根据权利要求9所述的边板，其特征在于，所述中部压筋的对称图形压筋为圆形压筋，所述圆形压筋上方和下方分别设置有两条与圆形压筋同心的第二弧形中横压筋。
12.根据权利要求8所述的边板，其特征在于，所述中部压筋的对称图形压筋为圆形压筋，所述上部压筋的每组上斜压筋包括四个条形上压筋，两组上斜压筋中的位于最上方的条形上压筋顶端之间以及位于最下方的条形上压筋顶端之间分别通过弧形上横压筋连接，所述上部压筋与下部压筋关于主面板水平中心线对称设置。
13.一种洗衣机，其特征在于，包括权利要求6-12任一所述的边板。
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