一种多功能一体化床柜装置设计及关键部件的有限元分析*

曹嘉舜 ， 白金友 ， 刘春雨 ， 李鑫宇 ， 崔有正 ， 李 明

（齐齐哈尔大学机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

0 引言

目前，市场上充斥着各种各样的床柜，这些床柜性能良莠不齐，而且价格普遍虚高。通过大量的市场调研，课题组认为设计一个物美价廉的多功能一体化床柜是非常有必要的。该床柜在一定程度上采用了新型材料，对于节能方面也作出了很大的调整。基于对市场的调查，报告显示，大多数人趋向于选择简单易操作的家具，并且家具要保证整体不会过大而略显臃肿，才会更受消费者的喜爱。很多消费者会选择占用空间小且功能多的家具，这样保证了室内空间的视野，而且会让房间整体布局大气。现在城市里更多的户型是小户型，随着生活水平的提高，需要的生活工具也会越来越多，但整体的空间是有限的，这时一体化床柜的优势就显现出来了[1-2]。

选择了一体化床柜就会有更多的空间去安排其他的生活工具，不会因为占用空间过大导致房屋拥挤。且市场上其他床柜价格普遍偏高，性能却略显不足，这就更加地凸显了一体化床柜的优势，不但价格优惠，而且功能也更加多样。通过各种功能的有机结合，产生床柜的整体优势。且床柜构造简单、材料轻便，个人即可完成装卸，操作易懂。采用的新型材料具有环境友好、重量轻便、不会产生刺激性气味且外观优美等特点。整体的设计围绕节能环保、智能人性化、物美价廉进行。课题组运用solidworks软件对其重要的部件进行了有限元分析，通过有限元分析的结果，可以清楚地知道该床柜重要部件的各项性能指标，了解该床柜是否满足设计的要求。

1 多功能一体化床柜设计及工作过程分析

1.1 设计理念

该床柜的设计理念是基于传统床柜形式进行创新，融入了日常生活中的常用元素，使之占地面积更小，但可以实现的功能却比传统的床柜更多。在其他床柜只具有普通储物功能的基础上，该床柜增加了梳妆台、办公桌、床头桌等一系列工具，让消费者更加方便地利用空间，并且利用遥控便可以操控整体床柜，感受更加便捷的使用体验[3-4]。床柜整体采用新型材料，保护环境且材料轻便，个人能更加轻松地拆卸床柜，且组装简单易懂。耗能问题也得到了解决，不同于其他大功率机器，该床柜自动化，耗能低。床柜内部更是加入了照明、烘干等一系列的功能，使之更加具有智能感。该床柜最大的优点在于可以完美解决传统床柜占地面积过大的通病，这是其他床柜所不具备的。

1.2 工作过程分析

该床柜通电以后，内部的消毒烘干系统将进行工作，并且可以通过智能显示屏显示工作状态和工作参数。床柜配有一个照明灯，可以在室内无光条件下提供光源。床柜的下方带有配套的床和床头桌，可以进一步简化室内空间，在床柜侧面配备了一个梳妆台，可以增加床柜的使用空间。

1.3 设计结构图

设计结构图如图1所示。

图1 设计结构图

2 重要部件的有限元分析

随着计算机的发展，研究中可以运用一些软件对重要部分进行有限元分析，以此来验证产品的性能是否符合设计要求。

所谓有限元分析，主要是借助数学近似法，模拟几何图形以及荷载工况，并通过有限元单元对于真实系统展开分析，通过有限量探究未知量，甚至无限量。简单来讲，有限元分析的过程也是化繁为简的过程，使用大量简单函数替换复杂的函数模型。流程为先建模，之后将结构离散化，对单元以及整体展开分析。

本研究采用solidworks软件建立了单人床的床板几何模型，并运用solidworks软件针对单人床的床板进行了有限元分析，分别分析了床板能够承受的最大应力和床板受力以后发生的最大形变。

本研究以模拟100 kg的重量作用在床板上的情况作为研究对象，可以支撑大部分用户的重量，具有普遍性。

3 有限元分析结果

有限元分析结果如图2、图3所示。

图2 床板受应力的有限元分析

图3 床板受应力发生位移的有限元分析

由分析结果可知，床板可以承受的最大应力为7.1×103N/m2，小于屈服力2×107N/m2，床板会发生的最大形变为1.71×10-3mm，在设计允许范围内，符合设计标准。

4 多功能一体化床柜特点

1）该床柜拆卸简单，手动遥控控制，制作成本低。有效地解决了当代年轻人房屋面积小的问题，能满足大部分人的需求。

2）该床柜可以实现结合消毒、烘干等功能于一身，根据室内状态的不同，使用者的需求不同，使用者可以遥控装置的开关，以巧妙的多种设计解决生活带来的种种困扰。

3）该床柜适用的人群广，因采用的材料成本不高，使用方法简便，适用的人群年龄范围也更加广泛。根据使用者的需求不同，可以调配出各种功能用以解决生活问题。加上其节约能源的特性，可以让本产品走进更多人的生活。

4）该床柜在世界上仍处于研发阶段，有良好的发展方向，具有适用人群广、自动化等特性，并且其功能多样化也被很多的人所需求，经济效益开发潜力巨大。既可以用于工作化妆，又可以用于休闲娱乐，可以自主进行搭配。

5）通过有限元分析可以知道，该床柜配备的单人床可以满足较多人的要求，而且变形小，可以承受的应力大，解决了很大一部分空间问题。

6）该床柜经济效益高。因现有的床柜处于发展瓶颈，存在浪费空间、实用性低等各种问题，人们普遍都不会去选择。而多功能一体化床柜解决了这些问题，节约能源且美观实用，更加符合现代人对于家具的需要，可以创造更大的经济效益[5-6]。

7）该床柜功能多，不同于其他床柜只具有普通的储物功能，多功能一体化床柜具有梳妆、净化空气、除潮除湿等一系列功能。通过遥控即可简易操控。

5 结束语

该床柜的设计巧妙，集各种设施于一身，使其具有非常强大的功能，且该床柜客户针对性强，受环境影响较小，在大多数人处于小康的年代，该床柜会创造更大的经济效益。对于国内社会来说，该床柜可以满足绝大部分人的需要，对于住房面积小的住户更是十分友好。并且，通过有限元分析的结果可知：床板可以承受的最大应力为7.1×103N/m2，最大形变为1.71×10-3mm。由此可知，该床柜各项指标都符合设计的标准，满足设计的要求，质量良好。经过大量市场调研发现，该床柜具有广阔的市场应用前景。