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[摘 要]电热水壶控制开关中需要设计一款悬臂弹簧，当水壶在烧水过程中意外从底座上被拿走时，控制开关可以自动复位到断开状态。因为弹簧不完全为悬臂弹簧，所以设计中要运用有限元分析计算，使结果更精确。
[关键词]弹簧 有限元 控制开关 电热水壶
中图分类号：TV625 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0285-01
1.引言
电热水壶加热迅速，使用方便，清洁卫生，受到广泛的家庭使用。温控器在电热水壶中属于重要零部件，其中以360度可旋转的无绳水壶最受欢迎。在较高档的电热水壶中，控制开关带有一个复位弹簧，当水壶在烧水过程中意外从底座上被拿走时，控制开关可以自动复位到断开状态。这样确保水壶再次被放到底座上时，开关是断电状态，确保使用者的安全。
2.彈簧的设计
假设复位弹簧需要的位移为S，在此位移处的弹力是F，悬臂长度L，弹线截面是直径为D的圆截面。根据扰度理论公式[1]
将圆截面的惯性矩[1]带入上式，得到弹力一定的情况下，扰度为：
=5.68mm
因为此弹簧尾部有一圆弧，竖直部分为固定处，与普通的悬臂弹簧模型有一些差别，所以理论计算会有误差。下面，用SOLIDWORKS中的有限元分析模块对弹簧进行模拟分析。
3.弹簧的有限元分析
弹簧的3D模型在SOLIDWORKS中建立，转入Simulation模块。与其他有限元分析软件类似，需要设定计算类型、指定材料、设定约束、加载、划分网格、计算、分析结果。本弹簧模型的计算为静态大位移，按照图1所示进行约束和加载，计算位移。在模型的处理中，遇到要精确定位的某些点，可以利用模型中的“插如>曲线>分割”来分割得到。[2]网格划分时该处就会有节点。网格划分和约束加载如图2所示。
分析结果如图3所示，弹簧受力点位移为8.11mm。
4.弹簧样品测试
因为弹簧的理论计算和有限元分析的结果相差较大，所以测试了一批样品，弹簧受力点位移为均值7.9mm，与有限元分析的结果接近。
5.结论
在弹簧的该弹簧的设计中，因理论计算模型为简化的悬臂梁，所以与有限元分析结果和样品测试结果相差较大。我们在设计和改进此弹簧的过程中，应以有限元分析作为指导，以弹簧样品测试结果为准。
参考文献
[1] 工程力学，沈韶华，经济科学出版社.
[2] SolidWorks2014快速入门、进阶与精通，湛迪强，电子工业出版社.
[关键词]弹簧 有限元 控制开关 电热水壶
中图分类号：TV625 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0285-01
1.引言
电热水壶加热迅速，使用方便，清洁卫生，受到广泛的家庭使用。温控器在电热水壶中属于重要零部件，其中以360度可旋转的无绳水壶最受欢迎。在较高档的电热水壶中，控制开关带有一个复位弹簧，当水壶在烧水过程中意外从底座上被拿走时，控制开关可以自动复位到断开状态。这样确保水壶再次被放到底座上时，开关是断电状态，确保使用者的安全。
2.彈簧的设计
假设复位弹簧需要的位移为S，在此位移处的弹力是F，悬臂长度L，弹线截面是直径为D的圆截面。根据扰度理论公式[1]
将圆截面的惯性矩[1]带入上式，得到弹力一定的情况下，扰度为：
=5.68mm
因为此弹簧尾部有一圆弧，竖直部分为固定处，与普通的悬臂弹簧模型有一些差别，所以理论计算会有误差。下面，用SOLIDWORKS中的有限元分析模块对弹簧进行模拟分析。
3.弹簧的有限元分析
弹簧的3D模型在SOLIDWORKS中建立，转入Simulation模块。与其他有限元分析软件类似，需要设定计算类型、指定材料、设定约束、加载、划分网格、计算、分析结果。本弹簧模型的计算为静态大位移，按照图1所示进行约束和加载，计算位移。在模型的处理中，遇到要精确定位的某些点，可以利用模型中的“插如>曲线>分割”来分割得到。[2]网格划分时该处就会有节点。网格划分和约束加载如图2所示。
分析结果如图3所示，弹簧受力点位移为8.11mm。
4.弹簧样品测试
因为弹簧的理论计算和有限元分析的结果相差较大，所以测试了一批样品，弹簧受力点位移为均值7.9mm，与有限元分析的结果接近。
5.结论
在弹簧的该弹簧的设计中，因理论计算模型为简化的悬臂梁，所以与有限元分析结果和样品测试结果相差较大。我们在设计和改进此弹簧的过程中，应以有限元分析作为指导，以弹簧样品测试结果为准。
参考文献
[1] 工程力学，沈韶华，经济科学出版社.
[2] SolidWorks2014快速入门、进阶与精通，湛迪强，电子工业出版社.