微型商用POS机的结构设计及跌落仿真研究

作     者：章全科 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王静;王耀庭

授予年度：2022年

学科分类：02[经济学] 0202[经济学-应用经济学] 020204[经济学-金融学（含∶保险学）] 

主      题：商用POS机 微型 结构设计 有限元 跌落冲击 

摘      要：近年来,在各种客观因素的影响下,社会经济发展遇到了极大的挑战,我国线上经济活动逐渐增加。疫情未出现之前,商家为了提高零售店铺档次以及消费者对于购物的体验感往往会购买外观高端漂亮、屏幕尺寸较大的POS机。这样的POS机价格高昂,再加上电子秤、打印机、扫码箱等配套附件,占据了收银台很大的空间。基于此时特殊的经济形势,目前市场上的收银机已不满足中小型零售企业的需求。此外在传统的产品结构设计中更多的是依赖于结构工程师的设计经验和跌落冲击试验,这样做不仅浪费了大量的材料,增多了生产工序,还延长了产品研发周期。随着有限元技术的发展,越来越多的工程师开始注重仿真分析,通过仿真分析对产品进行结构改进,不仅提高了结构性能,也缩短了研发时间。以下是论文的主要内容和结论:(1)针对不同消费场景下的收银设备对收银机进行分类,以奶茶店为例分析了收银机的工作原理。其次从外观、结构、显示屏等多个角度出发对市场现有优势产品进行调研,结合产品造型材料、结构、色彩、环境等相关要素得出结论。针对中小型零售企业,目前市场上的收银机已不满足当前特殊的经济形势,明确提出我们需要设计一款新型收银机以及收银机要具备的功能。(2)对POS机内部结构部件进行分析,从壳体材料、结构刚度、强度以及安装拆卸等多个角度出发提出壳体设计要求,详细分析了壳体壁厚、卡扣连接方式、加强筋特征、圆角特征等结构设计注意要点。借助Solid Works三维建模软件对产品分模块开发,建立了三维实体模型,完成了该款产品的设计。(3)研究有限元方法的基本理论和求解步骤,根据有限元分析流程对模型进行前处理。根据简化原则对模型中复杂的零部件进行简化,将简化好的模型导入Workbench仿真分析软件中,确定模型中各零部件的结构性能参数。根据网格划分相关理论,使用四面体网格和六面体网格对整机模型进行划分。最后对模型中各零部件的连接方式进行分析,设置接触面和目标面以及相应的接触类型,完成了整机有限元模型的前处理。(4)研究跌落冲击理论,将模型从762mm高度,以面跌落、角跌落、棱跌落三种典型跌落姿态进行跌落仿真,获得了不同跌落情况下每一个输出时间节点的应力、变形云图。对模型主要零部件进行分析,揭示结构易损部位,提出相应的改进方案。验证说明整体抗跌落性能得到有效提高,为同一类型产品结构方面的研究提供了参考。