基于超薄滾筒箱體的柔性底座的研究

史俊杰 凌志東 吳云貴

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

滾筒洗衣機主要包括箱體和懸掛系統兩大部分，是一個典型的震動系統，其中具體可分化為箱殼和吊簧、減震器、桶裝部件等組成[1]。對于滾筒洗衣機震動及噪音是不可或缺的性能，尤其是超薄滾筒洗衣機。在懸掛系統與箱體之間存在吊簧和減震器，因此懸掛系統構成了一個因偏心質量回轉引起的簡諧受迫震動系統而箱體的震幅是由桶裝部件在旋轉時通過吊簧及減震器等連接部件傳遞的[2]，如何降低箱體震幅及降低整機噪音，可以改變連接部件減震器。業內經常會調試減震器的角度及減震器的阻尼力從而選取出最優解，在對減震器的進行深入研究時，發現可以調試減震器的隔震能力，通過更改減震器連接箱體的方式。傳統的滾筒洗衣機減震器大都為剛性連接，本文通過更改減震器的連接底座，將剛性底座改為柔性底座。在連接處增加減震橡膠，現如今減震橡膠大量引用于各種行業的牽引、減震和支承作用[3]，通過減震橡膠的吸震達到降低震幅及整機噪音的目的。

1 滾筒洗衣機震動的力學模型及數學模型

單自由度系統分析的特點是將箱體假設為剛體，不考慮底角和鈑金件的剛度，系統的運動微分方程為：

式中：

m—吊裝系統總質量；

c—黏性阻尼系數；

k—吊簧總剛度；

m0—隨機產生的偏心質量；

r—偏心質量產生位置所反映的偏心半徑（以內桶半徑為上限）；

ω—系統受迫震動圓頻率。

解微分方程得到：

式中前半部分為由初始條件反映的瞬態解，后半部分為穩態解。X0與 0φ是由震動初始條件決定的：

式中其他符號算法如下：

式中：

ξ—阻尼比；

ωn—固有頻率；

ωd—阻尼振動頻率；

λ—頻率比。

分析外桶的震幅用（4）式計算，分析外桶震幅共震點用（6）式。在震動的穩態階段，經過吊簧和阻尼減震器傳遞到箱體上的力為:

此力的大小為：

如果需要考慮箱體等效剛度和底腳硬度對箱體震動的影響，合理設計外桶與箱體側板、頂連扳、底板等部件間的間距，則需要在單自由度受迫震動系統分析的基礎上，引入二自由度受迫震動分析模型。

2 震動對比分析

對于滾筒洗衣機的減震系統的三大影響因素分別為：吊簧、減震器、配重塊。引起滾筒洗衣機振動的因子有很多種，其中帶水衣物產生的偏心力矩是造成滾筒洗衣機振動的主要原因[4-5]。對于抗偏心力矩懸掛系統中的減震器又為重中之中，減震器包含了阻尼減震器及與底連板相連的底座，柔性底座的引用及調整減震器的角度可能會有利于箱體的震動及整機的震動。

2.1 工裝模型

考慮到試驗時需要不間斷的更換減震器底座，故利用工裝代替整機以此簡化試驗。工裝示意圖如圖1和圖2所示，白圈處為加速度響應傳感器。

圖1 工裝模型示意圖

圖2 測點布置示意圖

將整個懸掛系統改裝置工裝中，在布置相應傳感器進行試驗。本次試驗分別采用丁基柔性底座、丁腈柔性底座及剛性底座在低速和高速兩種工況下分別進行測試及采集數據，對于外桶震動中外桶左右震幅及外桶扭震是值得關注的地方，所以本文采用外桶前置左右方向、外桶中置左右方向、外桶左后前后方向位移進行對比分析。

2.2 試驗方法

震動試驗方法如下：第一步通過傳感器采集外桶加速度響應信號，第二步通過二次積分獲得震動信號，第三步進行對比分析柔性底座的可靠性。使用東華測試設備對外桶的加速度響應信號進行采集，本次的采樣頻率選取值定為1 000 Hz，采樣間隔為△t=1/1 000 s，采樣時長為230 s。加速度響應信號及二次積分位移圖如圖3、圖4所示。

圖3 加速度響應信號圖

圖4 二次積分圖

2.3 低速震動試驗

低速試驗結果如圖5所示。

從圖5可以看出在低速運動中三種底座互有優劣，柔性底座較剛性底座對于震幅減小貢獻更大，對于底座的材質任需要進行更多試驗已選出最優解。圖中底板移動距離代指減震器角度，底板移動距離越小減震器角度越小。

圖5 低速震動數據分析圖

2.4 高速震動試驗

高速試驗結果如圖6所示。

從圖6可以看出三種底座在高速下震動相當。

圖6 高速震動數據分析圖

3 噪音對比分析

噪音測試分別在工裝及整機上進行對比測試分析，用手持式噪音儀測試工裝噪音，用噪音房測試整機噪音。

3.1 工裝噪音對比分析

保持同一工況下，利用手持式噪音儀測量對工裝進行噪音測試。三種底座在不同的減震器角度下的噪音情況如圖7所示。

從圖7可知，在同工況下柔性底座在工裝上的噪音值要低于剛性底座，柔性底座在工裝上可以起到降噪的作用。

圖7 工裝噪音數據分析圖

3.2 整機噪音對比分析

經過對工裝的噪音測試，可以明顯看出柔性底座的優勢，但對于產品上如何應用還需要落實于整機，并在噪音房中按照標準進行測試分析。整機噪音測試分析結果如圖8。

圖8 整機噪音數據分析圖

圖8中UB 表示對應的桶內偏心，轉速為實際轉速。在830 的轉速下，三者之間的噪音水準相當。當運行至高速1 120 rpm 及1 320 rpm 時，丁基柔性底座較優于丁腈柔性底座優于剛性底座。柔性底座在高速下可以降噪2 dB(A)左右。由此可見柔性底座的引用不僅有利于滾筒洗衣機的性能研發，同時為后續的研發思路提供一定的參考價值。

4 結束語

本文以超薄滾筒洗衣機柔性底座為研究對象，首先通過力學分析認為柔性底座可以代替傳統的剛性底座，其次從震動角度分析柔性底座對于超薄滾筒洗衣機的貢獻，然后對比剛性底座，最后從噪音角度對比柔性底座及剛性底座的優劣。從試驗結果分析證明了柔性底座運用于超薄滾筒洗衣機對比剛性底座具有一定的優勢，噪音試驗參照國標測試，試驗數據可靠。為后續超薄滾筒洗衣機的改善提供有效參考，當然提高整機性能在滾筒洗衣機產品開發中的應用還有許多工作要做，合理的性能研發提升可以使滾筒洗衣機的產品結構設計變得更加的便捷、高效。