滾筒洗衣機(jī)內(nèi)桶鉚接強(qiáng)度設(shè)計(jì)改善研究

陳桂平 胡偉 王永軍

（無錫小天鵝股份有限公司 江蘇無錫 214028）

1 引言

滾筒洗衣機(jī)在高速脫水時(shí)由于負(fù)載受離心力作用，導(dǎo)致洗衣機(jī)內(nèi)桶嚴(yán)重變形及振動(dòng)增大，嚴(yán)重影響了洗衣機(jī)正常工作，根據(jù)壽命實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的一例內(nèi)桶爆裂事故（轉(zhuǎn)速由原1200RPM提高到1400RPM），這種爆裂造成的失效可以通過改進(jìn)內(nèi)桶鉚接壓筋結(jié)構(gòu)或增加內(nèi)桶壁厚來加以改善，但后一種方法需要增加成本，經(jīng)濟(jì)性較差。本文主要是通過內(nèi)桶扣和壓筋及鉚接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和理論計(jì)算，并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使得內(nèi)筒的咬接強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而解決內(nèi)桶高速爆裂的問題。

2 問題描述及原因分析

2.1 內(nèi)桶高速脫水實(shí)驗(yàn)

針對新開發(fā)的1400轉(zhuǎn)高轉(zhuǎn)速滾筒洗衣機(jī)破壞性實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，通過拆機(jī)查找原因和專家分析，造成內(nèi)桶爆裂原因可能有：其一，前蓋與桶體鉚接強(qiáng)度不夠；其二，后蓋與桶體鉚接強(qiáng)度不夠；其三，桶體之間鉚接強(qiáng)度不夠。根據(jù)實(shí)際情況分析原因：因?yàn)檎麄€(gè)內(nèi)桶已經(jīng)從鉚接處撕開，可以判定桶體鉚接處完全撕裂，說明桶體鉚接強(qiáng)度出現(xiàn)問題；前后蓋處3/4處已經(jīng)脫離，雖然沒有全部脫開，說明強(qiáng)度還是有改善的空間。根據(jù)發(fā)生故障的實(shí)物分析（見圖1），準(zhǔn)備重點(diǎn)改進(jìn)內(nèi)桶桶體之間的鉚接強(qiáng)度，新增加模具徹底改善；前后蓋鉚接通過調(diào)整設(shè)備上的滾輪等小改動(dòng)，以保證設(shè)備盡量少更改、少投入。

2.2 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)受力分析，滾筒在高速脫水時(shí)切向離心力應(yīng)達(dá)到表1的理論計(jì)算要求。按照公式：

滾筒洗衣機(jī)1400轉(zhuǎn)內(nèi)桶桶體間鉚接強(qiáng)度理論值：F=308.76kgf/50mm。

前后蓋鉚接強(qiáng)度理論值：

容量、轉(zhuǎn)速一定的情況下必須保證達(dá)到理論咬合力，才能保證內(nèi)桶在高速脫水時(shí)不爆裂。

2.3 有限元計(jì)算分析

根據(jù)內(nèi)桶受力和高速脫水時(shí)發(fā)生爆裂的情況,為了保證咬合強(qiáng)度,量產(chǎn)中通過破壞性的撕裂實(shí)驗(yàn)來檢測,可以通過計(jì)算機(jī)仿真分析在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行計(jì)算,從而保證方案的可靠性。

改善前和改善后的內(nèi)桶的咬合方案和應(yīng)力分析結(jié)果如圖2所示。

CAE分析結(jié)果如表2所示。CAE分析結(jié)果顯示改善效果較為明顯,需進(jìn)一步制作樣板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

表1 理論咬合力數(shù)值

表2 CAE分析結(jié)果

表3 小批樣件測試數(shù)據(jù)

圖1 發(fā)生故障的實(shí)物

圖2 改善前和改善后的對比

圖3 設(shè)計(jì)改善前后尺寸

3 設(shè)計(jì)完善和制作樣件

通過優(yōu)化桶體之間鉚接尺寸和壓筋、調(diào)整內(nèi)桶前/后蓋與桶體之間重疊區(qū)域等來提高咬合強(qiáng)度。

3.1 桶體之間鉚接尺寸和壓筋的優(yōu)化

（1）壓筋深度由2.4mm增加到2.8mm，壓筋的寬度由10mm減小到8mm。設(shè)計(jì)改善前后尺寸見圖3。

（2）壓筋凸凹模具重新制作，凸模筋增加0.4mm，凹模槽深度增加0.4mm。改善前后的凸凹模具見圖4。

（3）新模具完成后，制作實(shí)驗(yàn)樣品。改善前后的樣件見圖5。

3.2 前后蓋與桶體鉚接處的優(yōu)化

調(diào)整滾輪尺寸，使鉚接出來的產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)要求，已保證生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性；前后蓋增加導(dǎo)向折邊利于鉚接到位，提高產(chǎn)品的合格率。

圖6a為內(nèi)桶前后蓋與桶體在改善前抽取的樣件，圖6b為前后蓋與桶體在改善中抽取的樣件，圖6c為完善設(shè)計(jì)后前后蓋與桶體抽取的樣件，也是最符合設(shè)計(jì)最理想的狀態(tài)。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)圖紙，制作簡易模具，生產(chǎn)小批樣件，從中隨機(jī)抽取進(jìn)行咬合力測試。測試數(shù)據(jù)如表3。

通過拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求（內(nèi)桶桶體之間>308.76kgf；前后蓋與桶體>154.38kgf），因此得出改善和設(shè)計(jì)結(jié)果是正確可靠的。

5 結(jié)論

本文上面的分析結(jié)果表明：通過完善設(shè)計(jì)，制作簡易模具，實(shí)際小批生產(chǎn)，通過破壞性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，強(qiáng)度大大改善。同時(shí)，符合理論計(jì)算的所需要的力，即理論計(jì)算桶體之間鉚接需要308.76kgf；內(nèi)桶前后蓋與桶體之間鉚接需要154.38kgf。實(shí)際改善后的力為：桶體之間鉚接力為334.1 kgf；內(nèi)桶前后蓋與桶體之間鉚接需要175.7 kgf。以上數(shù)據(jù)對比說明改善前后是有變化，通過對原有結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，有效地提高了內(nèi)桶鉚接的強(qiáng)度，達(dá)到了防止內(nèi)桶爆裂的目的。

圖4 改善前后的凸凹模具

圖5 改善前后的樣件

圖6 內(nèi)桶前后蓋與桶體改善前后樣件