你有没有想过，你手里那台“嗷嗷叫”的吸尘器，或者那台“笨拙但坚持”的扫地机，在成为成品之前，都经历过怎样“惨绝人寰”的虐待？在过去，工程师们得造出几百个原型机，把它们摔烂、拆解、甚至放在噪音房里听到耳鸣。而现在，有一种“赛博算命”技术——Ansys结构仿真——让这些机器在电脑里就过完了“一生”。今天，我们不聊玄学，聊聊力学。看看仿真技术如何逼着扫地机去“参军”，实现轻量化、低噪音、高可靠与长寿命。

仿真赋能智能清洁电器极致性能专题线下研讨会

会议介绍

随着智能清洁电器向大吸力、长续航、智能化、高可靠性方向快速迭代，扫地机、洗地机、吸尘器等产品在风道效率、滚刷清洁性能、电池热管理、结构强度、电机性能、电磁兼容(EMC)及注塑工艺等方面面临严峻研发挑战，甚至在加工过程中的公差分析环节也存在诸多难题。本次研讨会聚焦智能清洁电器，深度分享力-热-流-电-磁及加工工艺端全流程仿真方案，助力企业缩短研发周期、降低测试成本、提升产品竞争力。

上午场：Ansys多物理场仿真驱动智能清洁电器高能效与低噪设计

-9:00-9:40

智能清洁电器可靠性设计挑战与多物理场仿真方案

-9:40-10:20

强吸力风道设计与电机动力系统性能优化

-10:20-11:00

智能清洁电器结构力学性能、NVH振动噪声优化与耐久可靠性设计

-11:20-12:00

电磁兼容(EMC)仿真与干扰抑制:深度解剖强干扰综合体解决扫地机上市准入痛点

下午场：模流与尺寸可靠性仿真防错于未然提质降本

-13:30-14:10

注塑成型缺陷的根源追查:Moldflow助力家电塑胶件量产升级

-14:10-14:40

产品结构设计的成型性仿真优化:Moldflow仿直赋能产品设计。降低开发与制造成本

-14:40-15:20

精密制造公差分析与装配可靠性设计实战

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1）结构强度与跌落仿真

扫地机器人在出厂之前要经过跌落检测，以评估产品在运行和运输过程中是否由于跌落冲击造成产品损坏，传统的试验需要制作样机，一次一次跌落加无数次的设计迭代，才可以完成产品的跌落测试。但在Ansys结构仿真的虚拟世界里，这是一场结构强度的极限挑战。

工程师搭建起虚拟的“试验台”——将扫地机的3D模型导入，设定跌落高度、撞击角度、地面刚度与摩擦系数。同时为了抗击冲击测试，在包装中会加入泡沫等缓冲材料，而lsdyna涵盖了泡沫、泡棉、纸壳等多种材料类型，可以考虑材料的非线性及累计损伤。此外，大家都知道lsdyna对于网格要求很高，其网格划分占据了跌落分析50%以上的时间，在Spaceclaim中集成了meshing功能，可以实现自动化的的切割划分，快速生成六面体网格。跌落的设置中需要考虑地面的高度及机器人的角度调整，在workbench中有跌落插件，可以快速生成地面及地面和物体的接触设置，实现快速建模

在扛住冲击同时也要考虑产品的重量，既轻又强的产品才会在市场上有一席之地。工程师可以借助拓扑优化，在内部生成了几条“肋骨”般的筋板——不增一克冗余重量，却能将冲击力分散至整个壳体。卡扣也不再脆弱：通过显式动力学分析，撞击瞬间的剪切与弯矩被合理释放，避免了脆断。

以往需要20次物理跌落测试来“试错”，现在仅需2次用来“验证”，而且Ansys Lsdyna可以考虑多次跌落的累计损伤分析。研发成本降低，机器更耐摔——这正是长寿命结构的基石。

图1 带角度的复杂包装跌落分析

2）多体动力学与运动仿真

如果说结构仿真练的是“肌肉”，那么多体动力学（MBD）练的就是“小脑”。扫地机最怕什么？卡在门槛条上像翻不过身的乌龟；被地毯边缘的流苏缠住滚刷；从台阶上倒着开下去——直接悬空。这种运动轨迹的模拟通过Ansys Motion分析是最合适的。

在Motion中提供了多种连接副，可以实现扫地机器人的真实连接。仿真中不仅可以考虑轮子的转动，还可以考虑不同接触表面的摩擦系数，如轮胎-地毯、轮胎-瓷砖等。

通过Ansys Motion的多体动力学分析，发现只要悬架行程再多2 mm，轮子在越过门槛的瞬间就能保持接地法向力，避免空转打滑。面对线缆缠绕，工程师设计了一种“抖动”脱困策略——反转→急停→正向微动，利用惯性将线缆甩开。这种动作模式在仿真中跑了上千次“卡住-挣脱”循环，才收敛到最优的参数组合。

同时，Ansys Motion+twinbuilder（原Simploer）可以赋予扫地机器人大脑，通过系统集成仿真，实现优化算法的即时反馈。这套基于MBD的极限姿态预判，让机器无需真正摔落就能学会避险。

图2 刚体动力学仿真及系统级联合仿真

图3 刚体动力学及系统级仿真要点提炼：

3）噪音与振动控制

低噪音是衡量扫地机品质的关键。通常扫地机的噪音要求小于75dB。对于扫地机器人，噪音的主要来源有风机，电机，风道的气动噪音，滚刷的高速转动等。过去，工程师要造出几十台样机，关在隔音室里听到耳鸣才能找到噪音源。现在，借助Ansys结构仿真的声学模块，他们可以在电脑里直接“听”到风机旋转、壳体共振产生的每一丝噪音。

对于电机，Ansys可以通过电磁-结构-噪声的耦合仿真，分析其电磁力引起的噪音，同时，Ansys的Mechanical模块可以通过谐响应分析，整体分析设计不合理引起的结构共振。

对于风机，这也是扫地机器人产生强大吸力的重要部件，但是大的吸力会引起高噪音，所以风机的装配会影响其整体的噪音，通常风机要求密封性好，且安装系统有减震性。Ansys可以通过结构接触分析，振动分析评估其风机的装配密封性和减震性。这正是Ansys结构仿真赋予工程师的“顺风耳”。

电机噪音的电磁-结构-噪音耦合分析

密封分析

总之，如果没有仿真，清洁家电的研发就像一场“盲人骑瞎马”的冒险。而现在，工程师通过虚拟仿真，就能轻松地宣判一个设计的“死刑”或者“通过”，同时可以借助Ai+，为CAE赋予新的智能大脑，实现快速产品结构设计优化。这种“未卜先知”的能力，不仅是为了省钱，更是为了让你拿起扫地机的那一刻，感受到恰到好处的平衡——轻量化让它不再笨重，低噪音让它不再吵闹，高可靠和长寿命让它陪你走过多年时光。

下一次当你看到扫地机灵巧地绕过地上的数据线时，请记住：那不只是传感器的功劳，更是成千上万次虚拟摔打——借助Ansys结构仿真——换来的“人生经验”。以仿真筑品质，让扫地机更轻、更静、更耐用。