重庆三峡职业学院农业机械与车辆工程系 蔡 彧

重庆三峡职业学院农林科技系 谭雪梅

重庆恒达金属材料有限公司 黄 熙

重庆长征重工有限公司 李沛海

卡扣是简单、快速和经济的连接技术，主要通过装配中的弹性变形和到位后的复原变形实现部件的连接，可以完成部件的多次分离和连接而不对产品结构产生影响。由于塑料材料的柔韧性和注塑可行性，大多数卡扣采用塑料材料制造，其中悬臂类挂钩是卡扣设计的典型方式。

Ansys软件是仿真平台，同时具有可以与其他的CAD系统如UG、Pro/E等进行双向数模交换。Ansys使得CAE分析快捷、高效。本文介绍基于Ansys的悬臂类挂钩装配分析。

由于悬臂类挂钩连接方式的简单、快捷和经济的优点，所以许多的产品中采用，主要通过装配中的弹性变形和复位变形实现零件之间的连接。但在实践的过程中我们发现：装配过程中挂钩容易发生断裂，最终造成连接失败。

例如车辆在行驶过程发生异响造成顾客投诉，维修人员的检查车辆的时候发现汽车仪表的透明体挂钩在使用过程中发生断裂，然后造成装配不牢。为提高产品强度，工程技术人员利用Ansys软件分析挂钩结构，希望寻找出合理方案提高挂钩强度。

一、实物分析

1.塑料件分析

卡扣为仪表可视面零件（透明体）与载体零件（下壳）之间的连接结构，出现故障的零件为透明体零件的一部分。由于零件为外观件，所以采用的材料为POM。零件的外观部分由圆弧面与二维斜面组合而成（具体可见图1）

2.故障现象

图1为产品实例。透明体和下壳采用挂钩方式连接（透明体材料为，下壳为PP）。

为保证装配要求将挂钩重新设计，结合悬臂梁等理论完善产品。结合材料特性和相关理论将挂钩尺寸进行改进。

二、ANSYS软件分析

为保证挂钩同时达到挂接作用和结构完整、疲劳降低等要求。同时结合悬臂梁的经典理论设计出如下挂钩。为验证设计的合理性，在ANSYS上验证设计方案。

验证改进方案如下：

1.计算理论

我们按照现有的挂钩形状（见图2）可给出如下尺寸：挂钩宽带（B）1Omm，长度（L）12.4mm，厚度（H）1.5mm，透明体挂钩材料为POM，材料弹性模量(E)36OOMPa，摩擦系数O.3。

根据理论公式，挂钩在装配过程中的最大应变在离挂钩中心轴最远和离挂钩臂最大偏斜点最远的表面，所以计算如下：

挂钩根部最大装配应变：

图1

图2

图3

图4

图5

2.建立模型

在ANSYS上建立模型一般有两种方法，第一种在ANSYS上直接建模，第二种在UG中建立3D模型后再将其导入ANSYS中。但是ANSYS的建模能力不强，所以本次采用了第二种方法建模。利用ANSYS的直接导入命令将3D图导入软件中。

3.材料属性的设置和相关的网格划分

在实体单元选择方面才用的一般原则：①对曲面形状较复杂的模型，最好采用有中节点的SOLID95(六面体)单元，因为其单元对于曲面的拟合性更好，但同时多了12个中节点，使单元的求解量大大增加；②对于一些对曲面本身不是特别关注的分析，采用没有中节点的SOLID45单元就可以满足要求；③Tet9是角锥体单元，适用于形状较为简单的零件该类型的单元对自由网格划分的支持最好，但是由于角锥体单元较小，往往会产生大量的网格数，计算量很大，而且自由网格划分本身的计算精度也不是很高。

根据以上的原则同时结合ANSYS软件的相关命令进行设置，其中材料弹性模量为2E11，泊松比为O.2。同时设置好刚度特性和分析类型。完成以上步骤后再进行网格划分。

完成的网格划分如图3。

4.约束条件和载荷加载后

约束条件和载荷加载后完成图4。

5.求解得出结果

从图5中可以看出设计的新挂钩形式可以达到应用要求。