論文宣講課件

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1、（個人觀點 僅供參考）1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用2.2.插座防脫技術(shù)研究與應(yīng)用插座防脫技術(shù)研究與應(yīng)用3.3.移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究4.插頭插頭插座標(biāo)準若干問題探討插座標(biāo)準若干問題探討1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用1.1 背景背景 插座中最重要的零件是插套，所以這里主要通過插套的計算和優(yōu)化來介紹有限元分析的作用。現(xiàn)象：設(shè)計、打樣、測試、開模、再測試需反復(fù)多次。理論計算：插套作用：1）夾持、2）電氣連接計算考慮問題：1）最小插銷插入時拔出力不小于3N， 2）最大插銷插入時插套材料不能屈服， 3

2、）形變和接觸面積。1.2 有限元分析有限元分析 將真實物理系統(tǒng)離散成有限個簡單單元（如桁架中的二力桿、平面問題中的三角形或任意四邊形），通過單元間的相互關(guān)系（如變形協(xié)調(diào)）集合在一起，再通過邊界條件（如位移、載荷、溫度），得到問題的解。應(yīng)用：強度、熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。軟件：Solidworks中的Simulation插件1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用1.3 材料失效理論材料失效理論第4強度理論，構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力達到材料屈服強度時發(fā)生屈服變形而失效。強度條件：式中s 為材料屈服應(yīng)力，n為安全系數(shù)， 為材料的許用應(yīng)力。安全系數(shù)：工程按彈性理論設(shè)計n1；民

3、用產(chǎn)品按彈塑性理論設(shè)計n1。圖 1圖 21.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用1.4 材料基本特性材料基本特性1）彈性模量E材料的固有特性，表示材料抵抗變形的能力，E越大，則越不易變形。手冊：磷青銅1.13 105Mpa、黃銅0.95 105Mpa。實測：磷青銅1.1 105Mpa，黃銅0.9 105MPa。1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用2）材料失效強度塑性材料：有明顯的屈服點，如Q235結(jié)構(gòu)鋼（s =235MPa、 b =370500MPa）。失效強度為s 彈性材料：沒有明顯的屈服點，如65Mn彈簧鋼（ 0.2=430MPa、 b

4、=735MPa）。失效強度為0.2 ， 極限強度為0.2 實測：磷青銅的失效強度約為440MPa。注：磷青銅的失效強度根據(jù)熱處理不同而不同。1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用3）摩擦系數(shù)在拔出力計算中關(guān)系重大。手冊：鋼-鋼：0.15鋼-黃銅：0.19青銅-黃銅：0.16黃銅-黃銅：0.17實測結(jié)果：黃銅和黃銅之間的摩擦系數(shù)最大，黃銅和鋼之間的摩擦系數(shù)最小，范圍約為0.180.23。4）數(shù)據(jù)庫：測試多種材料，建立數(shù)據(jù)庫。1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用1.5 簡單插套的分析簡單插套的分析用經(jīng)典力學(xué)方法、實際測試和有限元分析三種方法對一

5、個簡單插套進行計算比較，從中 得出經(jīng)驗為以后的計算分析提供依據(jù)。1）經(jīng)典力學(xué)方法已知條件：a=0.5，b=8.8，H=10.25，L=1.6，E=1.1 105Mpa 。代入上式可以算出變形、受力和最大應(yīng)力之間的關(guān)系。圖6 圖7fHLHEIP3233PIHrIMrmax1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用2）有限元分析本文使用Solidworks premium 2012軟件按圖6建模，用Simulation插件進行有限元計算。在插頭插入處施加一對力P，通過計算得到變形f和應(yīng)力見圖8、圖9。 約束施加一對力P圖8圖91.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插

6、座設(shè)計中的應(yīng)用3) 樣品實際測試用磷青銅按照圖6打樣，按圖10方法測量，在力P作用下測量插套開口尺寸t的變化。圖101.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用4）分析有限元和經(jīng)典力學(xué)方法相比，位移非常接近，但應(yīng)力偏大，圖11是P=10N時有限元計算的應(yīng)力大于278.5MPa的分布區(qū)域，可以看出 區(qū)域很小，集中在轉(zhuǎn)角處，這就是所謂的“應(yīng)力集中”。經(jīng)驗表明，應(yīng)力集中只要控制在小區(qū)域內(nèi)不會引起插套失效。有限元和測試結(jié)果相比，相同作用力下實測位移偏小，這是由于銅材冷作硬化的緣故。橫向力P=10N橫向力P=15N方法位移f(mm)最大應(yīng)力max (MPa)位移f(mm)最大應(yīng)力ma

7、x (MPa)經(jīng)典力學(xué)0.52278.50.78417.7有限元0.53351.00.79528.0實際測試0.43278.50.61417.8圖11結(jié)論：a)夾緊力：有限元計算結(jié)果比實際偏小約20%； b)最大應(yīng)力：有限元計算結(jié)果比實際偏大約25%。1.6 實例應(yīng)用實例應(yīng)用1）典型插套優(yōu)化設(shè)計典型插套優(yōu)化設(shè)計原設(shè)計見圖原設(shè)計見圖12當(dāng)插銷插入插套時開口變大，產(chǎn)生夾緊力，同時在插套內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。工況一：工況一：開口最大，插銷最小，拔出力應(yīng)大于設(shè)計要求。計算結(jié)果：接觸力FX=4.11N。插拔力：2Fx=2X0.2X4.11=1.643N工況二：工況二：開口最小，插銷最大，插套內(nèi)應(yīng)力應(yīng)小于材料的許

8、用應(yīng)力。計算結(jié)果：接觸力FX=8.17N，最大合應(yīng)力為374.5MPa3N工況二：工況二：開口最小，插銷最大，插套內(nèi)應(yīng)力應(yīng)小于材料的許用應(yīng)力。計算結(jié)果：最大合應(yīng)力為470.3MPa 440MPa 。接觸力圖13考慮到有限元計算結(jié)果偏大，實際應(yīng)力=470.3X0.75 =352MPa3N 。工況三：4.8mm插銷插入大開口插套，驗證最小插拔力此工況下插套在插銷插合處的單側(cè)位移為1.03mm，計算后單側(cè)合力FX=21.9N，則拔出力為2FX=2X0.2X21.9=8.764N 。實際樣品的測試結(jié)果和上述計算值有一些差別，但設(shè)計時已考慮了余量，所以最后成品都滿足要求。1.1.有限元分析在插座設(shè)計中的

9、應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用3)塑料搭扣塑料搭扣圖17是一種搭扣的典型結(jié)構(gòu)圖，圖18、19、20是三種設(shè)計的應(yīng)力圖。圖17圖18圖19圖20設(shè)計1設(shè)計2設(shè)計3FX（N)16.241.826.2max (Mpa)66.2167.163.51.1.有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析在插座設(shè)計中的應(yīng)用2.1 前言 設(shè)計起因：用膠帶或繩子把插頭與插座扎緊，防止插頭拔出。 功能要求：鎖定狀態(tài)下插頭可方便插入不易拔出或不能拔出，解鎖狀態(tài)下和普通插座一樣。 設(shè)計目標(biāo)：鎖定狀態(tài)下拔出力120N，解鎖操作力j=85 MPa。說明：PC材料斜面的接觸應(yīng)力已大于其強度極限，將產(chǎn)生塑性變形。工況工況2：圓柱體

10、(45#鋼)和斜面(45#鋼)的接觸應(yīng)力： j=821 Mpa j= 1000 MPa。說明：側(cè)向1.5mm處夾緊時，插銷接觸應(yīng)力已大于其強度極限，將產(chǎn)生塑性變形。工況工況4：圓柱體(45#鋼)和插銷橫向(H62銅) 的接觸應(yīng)力： j=644 Mpa120N，最大拔出力150N，2）正常操作壽命（插入、負載、卸載、解鎖、拔出）5000次，3）解鎖操作力510N。4）解鎖狀態(tài)下的各種測試內(nèi)容符合普通插座標(biāo)準要求。2.2.插座防脫技術(shù)研究與應(yīng)用插座防脫技術(shù)研究與應(yīng)用2.7 經(jīng)驗和教訓(xùn)經(jīng)驗和教訓(xùn)1）應(yīng)全面考慮各種方案，不能想到一種就匆忙進入技術(shù)設(shè)計，浪費時間；2）設(shè)計應(yīng)以理論為依據(jù)，可以增加成功率。

11、2.2.插座防脫技術(shù)研究與應(yīng)用插座防脫技術(shù)研究與應(yīng)用3.1 前言前言開關(guān)是移動式插座（轉(zhuǎn)換器）中最主要的部件。九十年代以前，主要采用翹板式開關(guān)。慈溪公牛電器有限公司成立初期原創(chuàng)設(shè)計和研發(fā)了一種按鈕開關(guān)，因其結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量可靠而被廣泛模仿和應(yīng)用，現(xiàn)已成為行業(yè)的通用件。本文從成本、裝配和可靠性方面進行了優(yōu)化設(shè)計。 3.3.移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究3.2原設(shè)計結(jié)構(gòu)原設(shè)計結(jié)構(gòu)3.3.移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究圖一 結(jié)構(gòu)示意圖3.3優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)3.3.移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究移動插座按扭開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究圖二 結(jié)構(gòu)示意圖3.1前

12、言前言三項標(biāo)準：GB2099.1規(guī)定了技術(shù)要求和試驗方法，GB1002規(guī)定了型式、參數(shù)和尺寸，GB2099.3規(guī)定了轉(zhuǎn)換器的特殊要求。實際工作的疑惑，借此機會和同行專家一起探討。4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討3.2什么叫轉(zhuǎn)換器？什么叫轉(zhuǎn)換器？什么叫轉(zhuǎn)換器？什么叫移動式插座？很多人會碰到這樣的問題。通過標(biāo)準的研究反而有更多的謎思！4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討1）第3章定義中注5：“轉(zhuǎn)換器”一詞作為通用詞，包括所有類型的轉(zhuǎn)換器，具體提到的特殊類型者除外。 2）定義3.101轉(zhuǎn)換器：由一個插頭部分和一個或多個插座部分兩者作為一個整體單元所構(gòu)成的電

13、器附件。 3）定義3.105型式轉(zhuǎn)換器 ：能把一種或多種型式的插頭連接到不是為接受這些插頭而設(shè)計的一個插座上的一種轉(zhuǎn)換器。4）中間轉(zhuǎn)換器，“通過調(diào)光開關(guān)、定時開關(guān)、光電開關(guān)等控制裝置，允許把一種或多種型式的插頭連接到插座上的一種轉(zhuǎn)換器”。3.2什么叫轉(zhuǎn)換器？什么叫轉(zhuǎn)換器？我的理解：1）轉(zhuǎn)換器，顧名思義是對輸入輸出起到一定轉(zhuǎn)換作用的器具，如英轉(zhuǎn)中，中轉(zhuǎn)美等型式轉(zhuǎn)換器型式轉(zhuǎn)換器；10A插頭轉(zhuǎn)16A插座等規(guī)格轉(zhuǎn)換規(guī)格轉(zhuǎn)換，強調(diào)整體式整體式；2）中間轉(zhuǎn)換器，具有某種控制裝置的轉(zhuǎn)換器，可以是整體式中間轉(zhuǎn)換器，也可以是用軟纜連接起來的轉(zhuǎn)換器，強調(diào)控制裝置控制裝置。3）移動式插座，根據(jù)GB2099.1定義和

14、圖1，是帶線或可以接線但沒有插頭的插座，如果加上插頭后則成為電線加長組件。那么，目前在市場上大量存在的，用軟線連接起來的有“小五孔”或國外標(biāo)準孔卻不帶控制裝置的“拖線板”叫什么呢？這在IEC標(biāo)準中可以理解，因為沒有這樣的產(chǎn)品，而我國不同，一是國標(biāo)二極和三極不配套，需要轉(zhuǎn)換，二是在老標(biāo)準中存在“萬用孔”，而在新標(biāo)準中存在“小五孔”。為此，筆者建議在標(biāo)準修訂時增加這類產(chǎn)品的定義，歸入電線加長組件或移動插座。4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討3.3 轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（10A插頭轉(zhuǎn)插頭轉(zhuǎn)16A插座）是否符合標(biāo)準？插座）是否符合標(biāo)準？默認思維：默認思維：用戶或經(jīng)銷商經(jīng)常要我們開發(fā)這樣

15、的產(chǎn)品，我脫口而出“不符合標(biāo)準”，但依據(jù)呢？轉(zhuǎn)變思想：轉(zhuǎn)變思想：通過學(xué)習(xí)、交流、爭論，在事實面前 終于改變了上述想法。爭論和共識：爭論和共識：曾與幾位標(biāo)委會委員進行過交流和爭論，最后也得到了認可。為什么提出這一問題？為什么提出這一問題？因為可以解決生活實際問題，有需求！4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討探討：探討：1）標(biāo)準意義：）標(biāo)準意義：標(biāo)準1002規(guī)定了10A和16A兩種型式尺寸，是互換性要求。英國標(biāo)準只有13A一種插頭插座型式。其實一種產(chǎn)品的額定電流是由制造商根據(jù)電器功率大小規(guī)定的。2）標(biāo)準條款標(biāo)準條款：轉(zhuǎn)換器的定義沒有規(guī)定插頭和插座的型式(不同國家的插頭插座)和規(guī)

16、格（一個國家內(nèi)的插頭插座 6A， 10A， 16A，等等），GB2099.3額定值的定義是“轉(zhuǎn)換器的額定電流取以下二者的低者：轉(zhuǎn)換器插頭部分的額定電流，插到轉(zhuǎn)換器上的所有插頭的額定電流之和”。因此生產(chǎn)商必須按照這一要求在轉(zhuǎn)換器上標(biāo)明最大電流或功率。3）同類產(chǎn)品比較同類產(chǎn)品比較：10A插頭轉(zhuǎn)幾位甚至是十幾位10A插座在標(biāo)準中是被允許的，為什么10A插頭轉(zhuǎn)16A插座轉(zhuǎn)換器不可以呢？如果這樣，國標(biāo)10A插頭轉(zhuǎn)英標(biāo)13A插座怎么辦？難道用國標(biāo)16A插頭轉(zhuǎn)13A插頭，這不僅不方便用戶，也和標(biāo)準中轉(zhuǎn)換器的意義相背。4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討4）國際產(chǎn)品：）國際產(chǎn)品：我公司出口

17、到歐洲市場的幾款轉(zhuǎn)換器（6A德標(biāo)轉(zhuǎn)15A美標(biāo)、6A德標(biāo)轉(zhuǎn)16A德標(biāo)、13A英標(biāo)轉(zhuǎn)16A法標(biāo)等）均已通過測試，取得了NF認證，說明這樣的轉(zhuǎn)換器在歐洲是允許的。而我國標(biāo)準修改采用了IEC標(biāo)準，技術(shù)要求和試驗方法幾乎和NF一樣，對標(biāo)準的理解理應(yīng)一致。4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討綜上所述，這種綜上所述，這種“小小”轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)“大大”的轉(zhuǎn)換器完全符合標(biāo)準的轉(zhuǎn)換器完全符合標(biāo)準意義，也是安全的，只要額定值的標(biāo)定符合相關(guān)規(guī)意義，也是安全的，只要額定值的標(biāo)定符合相關(guān)規(guī)定。而這種觀點的轉(zhuǎn)變將給用戶帶來很大方便，具定。而這種觀點的轉(zhuǎn)變將給用戶帶來很大方便，具有巨大的實用意義！有巨大的實用意義！

18、3.4新國標(biāo)轉(zhuǎn)換器新國標(biāo)轉(zhuǎn)換器3C認證的可行性和必要性認證的可行性和必要性移動式轉(zhuǎn)換器是家家戶戶必需的電氣附件，是安全用電的重要一環(huán)。據(jù)去年中消協(xié)發(fā)布的中國家庭用電環(huán)境調(diào)查報告顯示：中國76%以上城市家庭用電環(huán)境存在安全隱患。其中，由插座引發(fā)的火災(zāi)等安全事故占到家庭用電事故率的四成以上，插座安全已成家庭用電中最主要、卻又最易被忽略的“軟肋”之一。因此，插座的質(zhì)量監(jiān)管應(yīng)引起國家質(zhì)量監(jiān)督部門的重視。4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討3.5關(guān)于我國插頭插座標(biāo)準的幾點建議關(guān)于我國插頭插座標(biāo)準的幾點建議目前“萬用孔”不安全已成為人們的共識，但為什么這種“萬用孔”在我國存在十幾年，而

19、且讓它退市那么困難？值得同行專家學(xué)者深思?！叭f用孔”轉(zhuǎn)換器，特征是多種國家標(biāo)準的插座孔重疊在一個位置，適用于多種插頭，在日常生活中為人們用電提供了很大的方便，因此受到廣大消費者的歡迎。但國內(nèi)電器插頭基本上是國標(biāo)插頭的情況下為什么還有這種需求呢，這得從我國插頭插座標(biāo)準說起。4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討3.6結(jié)束語結(jié)束語我國的插頭插座標(biāo)準修改采用了IEC相關(guān)標(biāo)準，而型式尺寸采用了扁插銷系統(tǒng)，這對某些條款理解和測試帶來一些困惑。建議在以后的標(biāo)準修訂時參考一些其它國家的相關(guān)標(biāo)準，使我國插頭插座產(chǎn)品更安全、更實用。如國外的固定式插座一般是一個面板一個插孔，而我國則有多個插孔，所以固定式插座（包括開關(guān)）在面板上標(biāo)注額定值也很有必要；美國標(biāo)準規(guī)定大于3孔的轉(zhuǎn)換器或墻壁插座必須增加過載保護，這對安全很有好處；美國標(biāo)準規(guī)定了最大插入力，我認為也值得討論。4.4.插頭插座標(biāo)準若干問題探討插頭插座標(biāo)準若干問題探討