一款超薄滾筒洗衣機(jī)的振動(dòng)控制方法

黃 浣 陳園園 吳云貴

（長(zhǎng)虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

在各種現(xiàn)代科技產(chǎn)品在改善人類(lèi)生活質(zhì)量方面做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，人們對(duì)產(chǎn)品的使用性能也提出了更高的要求。如今，滾筒洗衣機(jī)改善了我們的洗滌環(huán)境，逐漸成為家用洗衣機(jī)的主流[1]。超薄的滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)成為洗衣機(jī)行業(yè)的新趨勢(shì)。本文主要使用偏心負(fù)載模擬滾筒洗衣機(jī)在脫水過(guò)程中衣物產(chǎn)生的偏心量，利用加速度傳感器測(cè)得外桶在不同振動(dòng)因子情況下的振動(dòng)幅值，來(lái)確定外桶與箱體的最小間隙以及振動(dòng)因子的選型。

1 脫水過(guò)程振動(dòng)分析

基于多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)滾筒洗衣機(jī)懸掛系統(tǒng)進(jìn)行虛擬樣機(jī)建模[2]，洗衣機(jī)振動(dòng)模型如圖1。

系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程如下：

解方程得：

圖1 洗衣機(jī)振動(dòng)模型

式中：

m—吊裝系統(tǒng)的總質(zhì)量；

c —粘性系數(shù)；

ζ—阻尼系數(shù)；

k—表示吊簧總剛度；

m0—表示隨機(jī)產(chǎn)生的偏心質(zhì)量；

r—表示偏向質(zhì)量產(chǎn)生位置所反映的偏向半徑（最大內(nèi)桶半徑）；

ω—表示系統(tǒng)受迫振動(dòng)的圓頻率。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與理論計(jì)算

滾筒洗衣機(jī)從洗滌到脫水整個(gè)洗滌過(guò)程都是自動(dòng)進(jìn)行的，由于內(nèi)筒中衣物不均勻而產(chǎn)生偏心，在離心慣性力的作用下引起洗衣機(jī)受迫振動(dòng)，其振動(dòng)量級(jí)與衣物的偏心（即不平衡量） 大小有關(guān)，也與整個(gè)吊裝組件的質(zhì)量 M、彈簧常數(shù) k 和相對(duì)阻尼系數(shù)ζ有關(guān)[3]，我們?cè)诜治鰸L筒洗衣機(jī)的振動(dòng)時(shí)不考慮箱體的剛度和底角的影響。

現(xiàn)滾筒洗衣機(jī)外桶組件的重量為40 kg，基礎(chǔ)負(fù)載為8 kg，脫水過(guò)程產(chǎn)生偏心負(fù)載為1 kg。偏心產(chǎn)生的徑向距離為265 mm（內(nèi)桶直徑530 mm），默認(rèn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速為400 rpm，吊簧剛度系數(shù)選用9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm，安裝角度為6.8 °。阻尼減振器的阻尼力選用60 N、80 N、120 N三種，其等效阻尼系數(shù)分別為230 N*m/s、300 N*m/s、450 N*m/s；安裝角度為 12.8 °。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

從表1以及圖2～圖4的統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比得出：

1）相同的吊簧剛度情況下，減振器選用80/80/120時(shí)外桶的振幅最小。

2）在相同減振器配比的情況下，吊簧剛度選用9 N/mm時(shí)外桶的振幅最小。

表1 matlab理論計(jì)算結(jié)果

圖2 減振器配比60/60/120的外桶振幅

圖3 減振器配比80/80/80的外桶振幅

2.2 實(shí)驗(yàn)認(rèn)證

如圖5，在現(xiàn)有的洗衣機(jī)吊裝系統(tǒng)上，在配重塊正上方布有加速度傳感器，用于測(cè)量外桶的振動(dòng)幅值。首先準(zhǔn)備上述阻尼力為60N、80 N、120 N的減振器數(shù)根；剛度系數(shù)為9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm的吊簧數(shù)根。其次，準(zhǔn)備單片重量為0.47 kg的磁力橡膠塊(共17塊)代替均布負(fù)載，1 kg磁力橡膠塊代替偏心負(fù)載。然后設(shè)置脫水過(guò)程轉(zhuǎn)速在0～900 rpm，分別記錄脫水過(guò)程中外桶的振動(dòng)幅值。最后利用軟件分析得出數(shù)據(jù)。根據(jù)上述理論分析，設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1）減振器配比為80/80/120，吊簧剛度系數(shù)選用9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm（如圖6）。

2）吊簧剛度系數(shù)選用9 N/mm，阻尼減振器的阻尼力選用60/60/120 N、80/80/80 N、80/80/120 N三種（如圖7）。

2.3 分析

1）從2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：當(dāng)阻尼減振器選擇80 N、80 N、120 N的配比，吊簧的剛度系數(shù)選擇9 N/mm時(shí)，外桶的振動(dòng)幅值最小。與2.1理論計(jì)算的結(jié)果相符合。

2）我們?cè)诜治鲞^(guò)程中考慮到影響振動(dòng)的主要因子減振器和吊簧，將其它因素設(shè)為定量，不作為分析對(duì)象。

3）我們選用的減振器的阻尼力，吊簧的剛度系數(shù)等均為行業(yè)常用選擇。

圖4 減振器配比80/80/120的外桶振幅

4）阻尼器的阻尼系數(shù)受溫度的升高而減小，故實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比理論值稍大。

圖5 傳感器放置位置

圖6 減振器80/80/120不同吊簧剛度的外桶振幅

圖7 吊簧剛度9 N/mm不同減振器配比的外桶振幅

3 結(jié)論

通過(guò)理論計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)認(rèn)證結(jié)果來(lái)看，以上述滾筒洗衣機(jī)為為例，當(dāng)阻尼減振器選擇80 N、80 N、120 N的配比，吊簧的剛度系數(shù)選擇9 N/mm時(shí)，外桶的振動(dòng)幅值最小且不大于8 mm。安全系數(shù)選為2，故我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中外桶與箱體的最小間隙為16 mm。

由外桶與箱體的最小間隙，結(jié)合所述外桶現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，推算出最小箱體尺寸，即超薄的滾筒洗衣機(jī)。