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                            五金連接件的有限元法改善家具的力學性能

                            2015-07-30 09:58:19   來源:家具源   評論:0 點擊:收藏
                            摘要:將有限元法引入家具設計中有助于進步家具力學性能、進步設計效率。已有家具有限元剖析是對家具的整體進行建模、核算。實踐家具在遭到外力時,五金銜接件起著至關首要的承載效果,有必要對五金銜接件進行專門的有限元剖析,確保其強度符合家具運用要求,并為五金銜接件構造改善供給首要參考。這篇文章選擇了幾種有代表性的五金銜接件進行剖析,可供家具設計者參考。 
                              1 有限元法及其在家具設計中的運用 
                              有限元法是以現代力學、運用數學為基礎,以核算機及其技能為工具,以求解現代工程和科學技能中的力學問題為目的的數值仿真辦法。有限元辦法伴隨核算機的呈現而鼓起和開展,現已在機械工程、動力工程、建筑工程等各工程范疇得到了廣泛運用。有限元法的最大優點是通用性強,可對雜亂形狀的物體進行建模和力學求解,核算的精度可以滿足工程要求,可代替很多的實驗和測試。近年來,國內家具行業也引入了有限元剖析技能[1],運用有限元來實現家具商品開發,這可以在很大程度上進步商品的質量,在開發的過程中可實現雜亂環境的再現,縮短商品的開發周期,降低成本,并且可以完成構造雜亂商品的操作和運用訓練,仿真技能具有實物試驗所無法比擬的優勢,這些都為其在家具設計中的運用展現了光亮的前景[2]。 
                              已有的家具有限元剖析根本都是針對家具的整體而建立有限元模型[3,4],進行整體的應力、位移場求解。這雖能在宏觀上給出家具受必定外載荷時的應力和變形情況,但未思考在家具中銜接件的效果。事實上,五金銜接件是家具中的首要的承載構件,也是家具中比較簡單在外載荷效果下發生變形和失效的有些,因而有必要專門對五金銜接件進行有限元剖析。 
                              2 五金銜接件及其有限元剖析 
                              五金銜接件是家具最常用的銜接件,它構造結實可靠,可以重復安裝、拆卸,松動時可以直接調緊,且安裝效率高。五金銜接件有不同的銜接方式,例如板件之間的垂直接合、板件之間的平行接合、構造的拼裝等。當銜接方式不同時,銜接件的承載形式也有所不同,有的銜接件以接受拉應力為主,有的以接受剪切應力為主,有的首要接受彎曲或改變應力,也有的銜接件需要同時接受多種應力下的組合變形。下面選擇三種銜接件加以說明。 
                              2.1 角碼 
                              角碼常用于臺面與下框的銜接,也可以用于柜類家具的頂板、底板與側旁等不行見的直角位銜接,它是比較經濟的銜接件,不行屢次拆裝。因其不易拆裝,故在設計時應保證其強度,避免在運用中發生失效。 
                              角碼在正常作業時首要接受彎曲應力,圖1是角碼在300牛頓載荷工況下的應力剖析成果。本算例的角碼的尺度參數為:長邊26mm*18mm,短邊18mm*18mm,中孔半徑2.5mm,邊半徑9mm,厚度2mm。 
                              從剖析成果可知,角碼在角落處簡單產生應力會集。經過剖析,當載荷為1000牛登時,角碼角落處的上述最大應力將達到102 MPa,將挨近材料的許用應力值。 
                              若在建模時對角碼的幾何構造進行微小的改善,改善后的角碼如圖2所示,即在角落處增加一個小的三角構造,經過有限元剖析,在同樣1000牛頓的載荷下角碼上最大應力就會降低到82 MPa,可以較為顯著的改善構件的強度。 
                              2.2 銜接鐵片 
                              銜接鐵片首要用于箱柜類的上座與下座銜接,組合柜體銜接,也可以用在不行見的銜接部位,起到加固的效果,并且它拆裝方便,是一種較實惠的銜接件。銜接鐵片的首要型號有T型、L型、矩形等。最常用的是矩形鐵片,本算例中的銜接片尺度參數為:長50mm寬32mm,厚度2mm。四小螺絲孔直徑3mm,中大圓孔直徑12mm、小圓孔直徑6mm。假設銜接鐵片在拉應力工況下進行作業,當接受的拉應力為1000牛登時,有限元應力剖析成果表明最大mises應力為70.3 MPa,如圖3所示。 
                              由剖析成果可以看出,若只是接受拉應力,則銜接鐵片中的應力不大,雖然在各個孔周圍也有應力會集表象,但在通常的作業載荷下其應力仍遠小于材料的許用應力,故這種銜接構件在通常的工況下不易被破壞。 
                              2.3 合頁 
                              合頁也稱鉸鏈、轉軸等,是一種用于銜接或滾動的裝置,使門、蓋或其他擺動部件可借以滾動,通常由銷釘銜接的一對金屬葉片構成,是家具生產中不行短少的構成有些,起著銜接、支撐和旋轉效果。合頁通常由軸芯和葉片兩有些構成,在作業狀況下是一種同時受拉和受彎的組合變形狀況,但只需在有限元軟件中正確施加載荷,也不難得到正確的剖析成果。圖4中的剖析成果表明合頁應力類似于角碼,也是在角落處應力最大。因而,也可以思考如圖2那樣對角落進行加固的辦法來加固合頁,以進步合頁接受彎曲載荷的才能。 
                              3 結束語 
                              將有限元法引入的家具設計中,有助于解決設計中遇到的力學難題,特別是對五金銜接件進行有限元剖析,有助于改善家具的力學性能。

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