摘 要:应用ANSYS Workbench软件对空调面板的螺钉装配进行强度分析，直接生成计算结果云图，直观显示其最大应力，通过比较不同结构螺钉柱受力优劣，检验其设计的合理性。该方法对产品结构强度优化设计，提高产品质量有重要指导意义。
关键词: 螺钉柱；应力分析；ANSYS；结构强度
引言
空调产品在长途运输以及搬运过程中不可避免出现颠簸和随机振动，常发现出风面板螺钉柱断裂现象，经常有客户反馈出风面板与侧板间隙大螺钉失效，拆机发现螺钉柱有断裂，出风面板没拉紧侧板 导致间隙增大，引发质量问题。本文应用ANSYS软件对空调面板螺钉柱装配进行强度分析，比较不同的结构受力性能，选择一种结构性能良好的螺钉柱装配结构指导产品设计。
1 螺钉柱结构建模
对比现有空调面板螺钉柱装配结构可以发现：结构螺钉柱内外直径及高度相同，方案1、是螺钉柱的外圈加2条强筋条，用来加强螺钉柱根部强度，方案2螺钉柱的受力方向上将加强筋延伸扩大受力面，方案3螺钉柱的受力方向上左右将加强筋延伸扩大受力面。此次我们采用ANSYS软件对三种不同结构螺钉柱装配结构强度进行对比分析,同时参考企标《注塑件设计规范》对螺钉柱结构的设计要求，为尽量避免螺钉柱在注塑过程中出现缩水熔接痕问题，在周圈加强筋结构设计时，控制筋条宽度，同时掏空筋中间多余的胶料，螺钉柱结构设计料厚需满足模具设计要求。这里对表1几种结构形态进行有限元分析比较其优劣。
2 空调面板螺钉柱的ANSYS分析
2.1 空调面板螺钉柱三维模型建立
1)利用ANSYS的DesignModeler模块包含的建模工具导入模型。该建模方式与Moldflow建模类似，不建议在该软件中建3D模。
2)这里先在Creo2.0中建立螺钉柱三维模型，再转化为常用三维模型零件格式STP；为了提高在ANSYS中的求解速度, 复杂模型在导入前应删除倒角、圆角等特征. 因为在ANSYS划分网格时,对于细小特征消耗的计算时间多,这里只建模螺钉柱装配以及螺钉柱加强筋条模型的局部模型图。
2.2 有限元分析前处理
根据空调面板螺钉柱在实际装配过程中受力开裂的分析结果，我们分别按照分析的两种受力状态进行对比，并且为了保证分析的可对比性，在分析过程中对模型的网格划分、约束与载荷条件设置都相同，然后对比三种方案的响应应力分布状况，根据应力分析结构指导产品设计。
2.2.1 X方向载荷分析
根据对出风面板螺钉柱的受力情况分析模拟螺钉孔受到侧板的拉力，此力通过螺钉传递到螺钉柱上，设置为500N进行静力学分析：设确定载荷与约束条件后，采用ANSYS软件对3种螺钉柱形态进行对比分析，通过分析我们得出以下分析结果,详见表2。
从最大应力值上看，方案2在加强筋根部的最大应力值在204MPa左右的改善量只有2.3%，难以解决螺钉柱断裂问题，方案3在加强筋根部的最大应力值在151MPa左右，改善量接近27.7%，改善效果显著。所以从侧向载荷受力的分析结果来看，方案3能有效减小应力集中问题，在防止螺钉柱断裂上效果明显。
2.2.2 Y方向力载荷分析
空调面板生产常用材料为ABS和HIPS，在底部超高跌落试验瞬间受力会传递到出风面板上时，出风面板受Y方向力后扩张变形，而螺钉柱装配结构由于侧板装配螺钉的限制作用下发生传递受力，根据接触受力状态，我们对螺钉柱装配结构设置边界约束，并统一设置为500N进行静力学分析。
确定载荷与约束条件后，我们采用ANSYS软件对3种螺钉柱装配结构进行对比分析，通过分析我们得出如下表3分析结果。
根据以上分析结果：从最大应力云图分布上来看，三个方案的最大应力都在加强筋根部；从最大应力值来看，方案2在应力值上的改善量为26.3%，而方案3的改善量达到了63.2%。从竖向载荷受力分析来看，方案2在减小最大应力值上有一定的效果，但是相对而言方案3效果更明显更占优势。
3 总结
通过采用ANSYS软件对比分析空调面板螺钉柱装配3种方案，从以上分析结果我们总结了以下3个结论：
1）螺钉柱结构的最大应力都集中于加强筋根部，这与产品开发过程中螺钉柱断裂位置相符，所以在后续产品结构设计和三维审查中，应该重点关注螺钉柱加强筋结构；
2）螺钉柱的加筋方式中，“十”字筋和“米”形筋对于螺钉柱受侧向力作用，改善螺钉柱断裂现象改善空间有限不是最优方案，这种方式主要运用于螺钉柱不受侧向力下使用；
3）根据螺钉柱受力方向和类型，在与受力垂直的方向上增加方形筋，并在螺钉柱与加强筋根部以一定角度过渡能有效减小最大应力值，改善效果明显。
综上所述：依据对比分析结果，当螺钉柱在受侧向力时候，螺钉柱周圈增加围筋的强度明显好于增加多调单加强筋方式。
参考文献：
[1]李威龙.以ANSYS为分析器的结构优化软件研制[D].广西大学.2003.
[2]陈燕，李世国，宋娥.基于ANSYS的塑料螺钉柱装配力学分析方法[J].江南大学学报，2007(2).
论文作者:陈荣华1 赵美华2 李伟2 孙小洪1 李颖颖2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/19
标签：螺钉论文; 应力论文; 结构论文; 受力论文; 面板论文; 方案论文; 载荷论文; 《防护工程》2017年第16期论文;