根据现有技术中的牙刷分析得出, 没有防污功能, 而且设计不符合一定的人机工程, 本文通过人机工程的理念, 主要对牙刷进行进一步设计研究, 并通过ANSYS WORKBENCH有限元分析软件的分析可对生产前进行相应分析评估, 为后续生产工作减少损失, 降低成本的效果。
通过CATIA V5三维建模软件对可折叠便携式牙刷模型进行简单设计, 并进行调整以及对其生产管理的分析研究。
利用三维建模软件对牙刷进行设计, 并通过相应的辅助调整对现有技术进行改进设计, 从而设计一款具有折叠功能的更具便携性的牙刷, 为用户带来便利性[1]。可折叠便携式牙刷分由牙刷部分和刷头防护罩部分组成, 后续为了得到分析结果只针对牙刷部分的柄部进行有限元分析。
通过已经设计好的牙刷模型, 生产中应针对牙刷的材料选取进一步分析, 假设采用材质较硬的塑料, 同时防护罩的材料应是防水功能, 便于清洗。
可折叠便携式牙刷的生产管理中应注意以下内容:
企业应该建立内部安全小组, 坚持记录每天的安全状况, 统计数据, 对企业安全情况进行评估, 反馈给高层后, 提出整改意见, 然后再继续进行。此方法是一旦规定下达, 必须坚持。企业应建立有针对性的规章制度, 加以规范员工的不良习惯。制度建立, 立即落实执行。
由于WORKBENCH是有限元分析常用分析工具, 本文利用WORKBENCH 14.5版本的有限元分析软件, 此CAE分析软件是由ANSYS公司开发。WORKBENCH里具有建模功能Design Modeler、分析功能Design Simulation等, 还提供了不同环境之间相互切换操作的方法, 同时也能够很便利的切换为ANSYS的经典版进行操作[2], 故使用此方法进行相应的有限元分析研究。
分析软件不仅能够与CATIA、UG等三维软件无缝连接, 同时还可以通过转换格式, 如IGS、IGES等, 将其与NX等CAE软件实现数据的互换功能, 是一款相当便携且多功能的有限元分析软件。本文设计的辅助设备均是在CATIA的三维软件中建立三维模型, 并导入到有限元软件中进行有限元分析[3]。
首先选择结构静力学仿真分析, 然后通过CATIA三维软件将三维模型转换格式, 转成IGS格式后导入至有限元软件中。为了确保分析结果的准确性以及节省计算时间提高工作效率, 故对可折叠便携式牙刷进行相应简化处理, 省去可刷头部位等。
结构静力学仿真分析包括以下几个步骤:
(1) 3D模型的建立并导入分析软件;
(2) 定义材料的属性;
(3) 划分网格;
(4) 定义边界的条件及载荷的施加
(5) 后处理及结果的分析
可折叠便携式牙刷柄部选用Q235B, 弹性模量210GPa, 泊松比0.27, 因为结构钢的硬度较大, 在工业设备中作为优先选择对象。同时利用有限元软件中的“boned”接触的单元类型, 并给予丙部一端向上的力F=1000N, 从而来模拟仿真有限元模型的所有接触面。
为了简化模型, 主要分析牙刷柄[4,5], 网格划分的方法采用自动网格划分, 单元数为2276, 节点数为4812。
从有限元分析可得出, 中间的连接点最大应力为1325MPa, 符合设计要求, 底端的最大形变为0.107mm, 可通过加厚尾部的厚度达到减少位移的效果。
本文通过有限元分析对已授权的专利, 可折叠便携式牙刷进行有限元分析, 同时对可折叠便携式牙刷在企业生产管理中的研究, 分析结果符合设计要求。主要得出以下结论:
从有限元分析可看出, 中间的连接点最大应力为1325MPa, 符合材料的设计要求, 底端的最大位移为0.107mm, 可通过加厚尾部的厚度达到减少位移, 得出进一步优化设计的效果。
本课题虽然对已授权的专利进行相应的有限元分析研究, 但是由于本人的学术能力和时间的限制, 本文还有一些不足, 提出以下建议:
本文仅针对已设计的可折叠便携式牙刷的柄部进行有限元分析, 而未对整个部分进行分析, 结果与现实会有一定差距。在以后的研究中, 应对其他部件进行详细分析并给出较全的分析数据, 提高整体环节研究分析的完整性。
摘要：本文结合设计一款可折叠便携式牙刷并对其进行有限元分析, 得出结果最大应力及最大位移均符合设计要求, 同时研究牙刷在企业生产中的管理方法。最后是对便携式牙刷的研究与生产管理未来的展望。
关键词：折叠,便携式,牙刷,有限元,管理
[1] 李志鹏, 夏轶群, 曹伟光.可折叠便携式牙刷[P].中国专利:CN105029888B, 2016-09-14.
[2] 李德雨.基于ANSYS Workbench的多层波纹管自振频率计算[J].矿山机械, 2005, (6) :83-84.
[3] 黄志新, 刘成柱.ANSYS Workbench 14.5超级学习手册[M].北京:人民邮电出版社, 2013.
[4] 韩江, 孟超, 姚银鸽, 等.大型数控落地镗铣床主轴箱的有限元分析[J].组合机床与自动化加工技术, 2009, (10) :82-84.
[5] 丛明, 房波, 周资亮.车-车拉数控机床拖板有限元分析及优化设计[J].中国机械工程, 2008, (2) :208-213.
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