基于Solidworks软件的太阳能炒酸奶机箱体结构设计

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[摘要]本文针对一种牧区用太阳能炒酸奶机，设计了其主要箱体结构，并采用Solidworks软件对结构进行了力学分析，求得变形分布和应力场，为该设备的加工生产、工艺制定提供了一定参考和理论依据。

[关键词]太阳能;炒酸奶机;箱体结构设计;Solidworks软件

中图分类号：TH132.46

又献标识码：A

DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20181225

随着我国经济的飞速发展，人民生活水平不断提高，针对边远地区的消费产品日新月异。本文在全面脱贫提高生活质量的大背景下，开发了一种牧区用太阳能炒酸奶机，本产品针对甘肃省威武市天祝县牧区特有的酸奶产业开展研究，通过新的设计产品，带动传统产业的升级，提高其经济性，降低成本，推进扶贫工作的开展，使藏区牧民群众早日脱贫致富。

1 机体主结构箱体分析

该太阳能炒酸奶机主结构为立式箱体结构，主要由钢骨架和围护板构成，其操作侧视图见图1，受光照侧视图见图2。该箱体承载受力共有3个来源：一是箱体顶面承载两个酸奶托盘，在使用过程中，操作人员要在托盘上进行搅拌操作;二是太阳能光伏板需要挂载在箱体前侧面上，箱体前侧面受到光伏板的重力，约15kg;三是箱体内横隔板上需要放置蓄电池组及温控转换装置等，约lOkg。其中，由于酸奶托盘自身重量小，在操作中对箱体顶面的应力基本可以忽略不计，因此，在本文中只考虑箱体前侧板受力及箱体内部横隔板受力[1]。

2 箱体结构建模

该酸奶机主要用于牧区商用，结合人体工程学基本要求，将此箱体总体尺寸定为长×宽×高=1200×600×800mm。钢骨架采用15×15×2mm方钢构建，上方放置盛料筒的置物架部分，不作为受力结构，不采用支撑钢骨架l2l。 按照GB/T20978-2（X）7、GB16798-1997等标准要求，结合GB/T3280-2015选型，在OC19Ni19、OCr18Ni12M02Ti、1Cr18Ni9Ti等几种材料中进行选择，综合考虑经济性原则，最终选用OCr19Ni9不锈钢（ANSI304）作为该箱体主要材料[3]。由于该材料具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能，表面美观、清洁光亮、长久耐用、无刮痕，不锈钢金属元素锰、铬等的析出量较低，无异味、无铅，对人体健康无害，因此广泛适合食品机械[4]。

在本箱体中，箱体各侧板和箱体内横隔板均采用2mm厚度的304钢板焊接，经简化结构，在Solifworks软件中建模见图3。

对该构件进行静力分析，计算出应力和应变，构件应力分析结果见图4，构件应变分析结果见图5。

根据分析结果整理，该箱体最大承受应力为8.075×106N/m2，而304不锈钢自身屈服极限为2.068×108N/m2，满足材料要求;该箱体最大形变为0.96mm，主要变形位置为箱体内横隔板，考虑精度要求并不高，变形量处于允许范围内。

作为钣金件，由于箱体板壁厚度与其他尺寸相差较大，因此将主要受力的板件专门进行了分析。

3 板件静力分析

3.1 箱体内横隔板

对箱体内横隔板进行应力和应变分析，横隔板应力分析结果见图6，横隔板应变分析结果见图7。

根据分析结果整理，该板件最大承受应力为1.985×106N/m2，满足材料要求;该板件最大形变为0.078mm，变形量较小。

3.2 箱体前侧板

对箱体前侧板进行应力和应变分析，前侧板应力分析结果见图8，前侧板应变分析结果见图9。

根据分析结果整理，该板件最大承受应力为7.108×106N/m2，满足材料要求;该板件最大形变为0.413mm，变形量较小[5]。

4 结论

本文通过对一种牧区用太阳能炒酸奶机的箱体结构进行静力学分析，得到了按照工作实际载荷下设备的应力和应变，基本确定了该设备的主要结构，为该设备的加工制造提供了一定理论基础。但由于所選取的有限元模型比较简单、工况单一，与实际情况相比可能存在一定偏差，下一步将根据设备使用情况，进一步提高分析精度，结合设备加工工艺继续改进结构，提高人机功效，使该设备真正发挥其自身价值。

参考文献

[1]戴为良.脉冲袋式除尘器中箱体结构设计[A].中国电子学会电子机械工程分会.2011年机械电子学学术会议论文集[c].北京：中国电子学会电子机械工程分会，2011：6.

[2]游颖，陈迪，王君，等.基于轻量化的生活垃圾压缩箱体结构优化设计[J].现代制造工程，2018（6）：44-48+100.

[3]王银雪.不锈钢箱体的设计与制造[J].金属加工（热加工），2012（2）：46-47.

[4]许义月，赵腾.食品机械设计理念及技术发展趋势探析[J]食品安全导刊，2017 （36）：117.

[5]梁丽芬，王宗彦，吴淑芳，等.基于SolidWorks配置技术的减速机箱体结构参数化设计[J]机械传动，2015（6）：80-83.