基于超薄滚筒箱体的柔性底座的研究

史俊杰 凌志东 吴云贵

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

滚筒洗衣机主要包括箱体和悬挂系统两大部分，是一个典型的震动系统，其中具体可分化为箱壳和吊簧、减震器、桶装部件等组成[1]。对于滚筒洗衣机震动及噪音是不可或缺的性能，尤其是超薄滚筒洗衣机。在悬挂系统与箱体之间存在吊簧和减震器，因此悬挂系统构成了一个因偏心质量回转引起的简谐受迫震动系统而箱体的震幅是由桶装部件在旋转时通过吊簧及减震器等连接部件传递的[2]，如何降低箱体震幅及降低整机噪音，可以改变连接部件减震器。业内经常会调试减震器的角度及减震器的阻尼力从而选取出最优解，在对减震器的进行深入研究时，发现可以调试减震器的隔震能力，通过更改减震器连接箱体的方式。传统的滚筒洗衣机减震器大都为刚性连接，本文通过更改减震器的连接底座，将刚性底座改为柔性底座。在连接处增加减震橡胶，现如今减震橡胶大量引用于各种行业的牵引、减震和支承作用[3]，通过减震橡胶的吸震达到降低震幅及整机噪音的目的。

1 滚筒洗衣机震动的力学模型及数学模型

单自由度系统分析的特点是将箱体假设为刚体，不考虑底角和钣金件的刚度，系统的运动微分方程为：

式中：

m—吊装系统总质量；

c—黏性阻尼系数；

k—吊簧总刚度；

m0—随机产生的偏心质量；

r—偏心质量产生位置所反映的偏心半径（以内桶半径为上限）；

ω—系统受迫震动圆频率。

解微分方程得到：

式中前半部分为由初始条件反映的瞬态解，后半部分为稳态解。X0与 0φ是由震动初始条件决定的：

式中其他符号算法如下：

式中：

ξ—阻尼比；

ωn—固有频率；

ωd—阻尼振动频率；

λ—频率比。

分析外桶的震幅用（4）式计算，分析外桶震幅共震点用（6）式。在震动的稳态阶段，经过吊簧和阻尼减震器传递到箱体上的力为:

此力的大小为：

如果需要考虑箱体等效刚度和底脚硬度对箱体震动的影响，合理设计外桶与箱体侧板、顶连扳、底板等部件间的间距，则需要在单自由度受迫震动系统分析的基础上，引入二自由度受迫震动分析模型。

2 震动对比分析

对于滚筒洗衣机的减震系统的三大影响因素分别为：吊簧、减震器、配重块。引起滚筒洗衣机振动的因子有很多种，其中带水衣物产生的偏心力矩是造成滚筒洗衣机振动的主要原因[4-5]。对于抗偏心力矩悬挂系统中的减震器又为重中之中，减震器包含了阻尼减震器及与底连板相连的底座，柔性底座的引用及调整减震器的角度可能会有利于箱体的震动及整机的震动。

2.1 工装模型

考虑到试验时需要不间断的更换减震器底座，故利用工装代替整机以此简化试验。工装示意图如图1和图2所示，白圈处为加速度响应传感器。

图1 工装模型示意图

图2 测点布置示意图

将整个悬挂系统改装置工装中，在布置相应传感器进行试验。本次试验分别采用丁基柔性底座、丁腈柔性底座及刚性底座在低速和高速两种工况下分别进行测试及采集数据，对于外桶震动中外桶左右震幅及外桶扭震是值得关注的地方，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进行对比分析。

2.2 试验方法

震动试验方法如下：第一步通过传感器采集外桶加速度响应信号，第二步通过二次积分获得震动信号，第三步进行对比分析柔性底座的可靠性。使用东华测试设备对外桶的加速度响应信号进行采集，本次的采样频率选取值定为1 000 Hz，采样间隔为△t=1/1 000 s，采样时长为230 s。加速度响应信号及二次积分位移图如图3、图4所示。

图3 加速度响应信号图

图4 二次积分图

2.3 低速震动试验

低速试验结果如图5所示。

从图5可以看出在低速运动中三种底座互有优劣，柔性底座较刚性底座对于震幅减小贡献更大，对于底座的材质任需要进行更多试验已选出最优解。图中底板移动距离代指减震器角度，底板移动距离越小减震器角度越小。

图5 低速震动数据分析图

2.4 高速震动试验

高速试验结果如图6所示。

从图6可以看出三种底座在高速下震动相当。

图6 高速震动数据分析图

3 噪音对比分析

噪音测试分别在工装及整机上进行对比测试分析，用手持式噪音仪测试工装噪音，用噪音房测试整机噪音。

3.1 工装噪音对比分析

保持同一工况下，利用手持式噪音仪测量对工装进行噪音测试。三种底座在不同的减震器角度下的噪音情况如图7所示。

从图7可知，在同工况下柔性底座在工装上的噪音值要低于刚性底座，柔性底座在工装上可以起到降噪的作用。

图7 工装噪音数据分析图

3.2 整机噪音对比分析

经过对工装的噪音测试，可以明显看出柔性底座的优势，但对于产品上如何应用还需要落实于整机，并在噪音房中按照标准进行测试分析。整机噪音测试分析结果如图8。

图8 整机噪音数据分析图

图8中UB 表示对应的桶内偏心，转速为实际转速。在830 的转速下，三者之间的噪音水准相当。当运行至高速1 120 rpm 及1 320 rpm 时，丁基柔性底座较优于丁腈柔性底座优于刚性底座。柔性底座在高速下可以降噪2 dB(A)左右。由此可见柔性底座的引用不仅有利于滚筒洗衣机的性能研发，同时为后续的研发思路提供一定的参考价值。

4 结束语

本文以超薄滚筒洗衣机柔性底座为研究对象，首先通过力学分析认为柔性底座可以代替传统的刚性底座，其次从震动角度分析柔性底座对于超薄滚筒洗衣机的贡献，然后对比刚性底座，最后从噪音角度对比柔性底座及刚性底座的优劣。从试验结果分析证明了柔性底座运用于超薄滚筒洗衣机对比刚性底座具有一定的优势，噪音试验参照国标测试，试验数据可靠。为后续超薄滚筒洗衣机的改善提供有效参考，当然提高整机性能在滚筒洗衣机产品开发中的应用还有许多工作要做，合理的性能研发提升可以使滚筒洗衣机的产品结构设计变得更加的便捷、高效。