陳澎鈺 江 俊 呂金水 彭 勇

（美的制冷集團(tuán)冰箱事業(yè)部研發(fā)中心 安徽合肥 230601）

冰箱拍頻振動和噪聲的研究及改善

陳澎鈺 江 俊 呂金水 彭 勇

（美的制冷集團(tuán)冰箱事業(yè)部研發(fā)中心 安徽合肥 230601）

某型號冰箱開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)周期性波動噪聲，對整機(jī)聲品質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。分析發(fā)現(xiàn)該異常噪聲主要由壓縮機(jī)拍頻振動引發(fā)底板共振導(dǎo)致，針對該問題提出了改善方案，經(jīng)驗(yàn)證主觀感受及客觀評價(jià)均取得了良好的效果。

冰箱；拍頻振動；共振；波動強(qiáng)度

1 引言

隨著生活水平的不斷提高，產(chǎn)品噪聲水平逐漸成為衡量產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)。經(jīng)過多年的研究發(fā)展，目前冰箱噪聲值已大幅降低，難以再有突破性的進(jìn)展。越來越多的廠家轉(zhuǎn)而關(guān)注冰箱的噪聲舒適度，噪音舒適度及聲品質(zhì)的優(yōu)劣正逐漸成為評價(jià)冰箱噪聲的重要依據(jù)。

2 問題描述

某型號冰箱開發(fā)過程中，進(jìn)行噪聲評價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)樣機(jī)存在顯著的連續(xù)周期性波動異?！拔宋恕甭?，耳感舒適度較差。對該異常噪聲進(jìn)行初步分析，發(fā)現(xiàn)冰箱后側(cè)機(jī)械室噪聲波動最為明顯。對該位置噪聲進(jìn)行測試分析，傳感器位置如圖1所示。

測得噪聲時(shí)域數(shù)據(jù)如圖2所示，從圖中可看出噪聲波動明顯，波動幅值達(dá)3.5dB左右，波動周期為0.5s左右。

為了對該異常噪聲進(jìn)行精確量化評價(jià)，利用聲品質(zhì)客觀指標(biāo)進(jìn)行分析。聲品質(zhì)客觀指標(biāo)主要有響度、尖銳度、粗糙度、波動強(qiáng)度等，其中波動強(qiáng)度和粗糙度都與窄帶噪聲受到幅值調(diào)制程度有關(guān)。

研究表明，如果調(diào)制頻率低于15Hz，人耳就能跟蹤“調(diào)制”，即感受到幅值的變化—波動強(qiáng)度。波動強(qiáng)度的單位為Vacil。規(guī)定1kHz，60dB的純音，受到4Hz，100%的調(diào)制為1Vacil。波動強(qiáng)度常用的計(jì)算公式：

其中：N'—臨界頻帶內(nèi)的特征響度；fmod—調(diào)制頻率；f0—4Hz。

由于該異常噪聲波動頻率在2Hz左右，符合

波動強(qiáng)度的分析范圍，所以使用B&K聲品質(zhì)分析軟件對波動強(qiáng)度進(jìn)行分析。

圖2 冰箱后點(diǎn)噪聲時(shí)域圖

圖3 冰箱后點(diǎn)噪聲波動強(qiáng)度圖

圖4 壓縮機(jī)振動時(shí)域圖

圖5 壓縮機(jī)振動頻譜圖

圖6 底板振動頻譜圖

分析結(jié)果圖3所示，該噪聲波動強(qiáng)度為0.59 Vacil，在第1（中心頻率50Hz，帶寬100Hz）、第2（中心頻率100Hz，帶寬100Hz）臨界帶之間波動強(qiáng)度明顯偏高。

3 原因分析

由于該噪聲波動頻率極低，而壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、冷媒噴射口等噪聲源均不會產(chǎn)生出現(xiàn)如此低頻波動的異常噪聲。因此推測該異常波動噪聲可能是由某一部件拍頻振動引起。

根據(jù)上述推斷對主要振動部件壓縮機(jī)進(jìn)行振動測試（測點(diǎn)置于壓縮機(jī)銘牌位置，測試方向?yàn)闅んw法向）。測試結(jié)果如圖4、5所示，壓縮機(jī)振動存在明顯的周期性波動，且波動周期與噪聲波動周期一致，而兩個(gè)相鄰峰值頻率分別為98Hz和100Hz。

從測試結(jié)果可以看出，壓縮機(jī)存在較為明顯的拍振現(xiàn)象。其中98Hz為壓縮機(jī)振動二倍頻，拍振頻率為2Hz。公式（2）為異步電機(jī)拍振頻率計(jì)算公式：

其中：fn—拍頻頻率；f1—交流電頻率（50Hz）；S—轉(zhuǎn)差率；p—極對數(shù)。

由于該壓縮機(jī)基頻為49Hz、p=1，所以：

計(jì)算結(jié)果與測試結(jié)果完全吻合，由此分析該型號樣機(jī)的異常噪聲是由壓縮機(jī)拍頻振動引起。但對匹配該壓縮機(jī)的其他型號冰箱進(jìn)行對比驗(yàn)證時(shí)，未發(fā)現(xiàn)明顯的噪聲波動現(xiàn)象，由此推斷可能是該機(jī)型其他部件在壓縮機(jī)激勵下產(chǎn)生共振對拍頻振動起到放大作用，導(dǎo)致異常噪聲在該機(jī)型上表現(xiàn)突出。

根據(jù)上述推斷對壓縮機(jī)主要接觸部件底板進(jìn)行振動測試，測試結(jié)果如圖6所示，對比底板及壓縮機(jī)振動頻譜可以看出，在拍振頻率段底板對壓縮機(jī)振動產(chǎn)生顯著的放大作用。

為明確底板對拍振產(chǎn)生放大作用的原因，對底板模態(tài)進(jìn)行仿真分析。分析得出該機(jī)型壓縮機(jī)底板二階模態(tài)頻率為104.33Hz，與壓縮機(jī)振動二次諧波極為相近。

綜合上述測試及分析結(jié)果，最終確定該機(jī)型異常波動噪聲是由壓縮機(jī)拍頻振動引發(fā)底板共振所致。（如圖7所示）

圖1 傳聲器位置示意圖

圖8 改善后冰箱后點(diǎn)噪聲時(shí)域圖

圖9 改善后底板振動頻譜圖

圖10 改善后冰箱后點(diǎn)噪聲波動強(qiáng)度圖

圖7 底板二階模態(tài)振型圖

4 改善方案設(shè)計(jì)

針對上述分析結(jié)果，提出如下改善方案：（1）優(yōu)化底板結(jié)構(gòu)使固有頻率偏離壓縮機(jī)拍振頻率；（2）優(yōu)化壓縮機(jī)減振墊，提高減振效率，減小底板振動。

由于更改底板結(jié)構(gòu)成本較高，周期較長，而優(yōu)化減振墊方案改動相對較小，同時(shí)考慮到標(biāo)準(zhǔn)化因素，難以在結(jié)構(gòu)方面做出重大改善，所以最終實(shí)施方案為采用3M公司研發(fā)的高阻尼橡膠材料替換目前使用的常規(guī)橡膠減振材料。

有阻尼受迫振動動力學(xué)方程為非齊次方程：

方程特解即穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：

對方程（3）進(jìn)行變換得：

即：

則：

其中：A—振幅；F0—激振力幅值；k—剛度；ω0—系統(tǒng)無阻尼固有頻率；ξ—阻尼比。

由于該樣機(jī)底板在拍振頻率發(fā)生共振，所以假設(shè)ω≈ω0，則：

從公式（8）可以看出，在其他參數(shù)不變的條件下，增大系統(tǒng)阻尼系數(shù)即可有效降低振動。

本次改善方案所用3M高阻尼減振材料阻尼系數(shù)達(dá)1.2以上，比目前使用的減振材料阻尼系數(shù)高出4倍以上。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果應(yīng)該可以產(chǎn)生較為明顯的改善效果。

5 方案驗(yàn)證

采用優(yōu)化方案后對冰箱進(jìn)行全面對比測試，測試結(jié)果如圖8、9、10所示。冰箱后點(diǎn)噪聲波動值降低至1.5dB左右；底板拍振頻率處振動峰值降至0.1m/s2以下，降幅達(dá)50%以上；噪聲波動強(qiáng)度降至0.34Vacil，降低42%；改善效果顯著。

6 結(jié)論

本文通過對某款冰箱周期性異常波動噪聲進(jìn)行測試、分析及改善，得出如下結(jié)論：

（1）周期性波動噪聲是由壓縮機(jī)拍頻振動引發(fā)底板共振所致；

（2）周期性波動噪聲對冰箱聲品質(zhì)，尤其是波動強(qiáng)度影響較大；

（3）通過采用新型高阻尼減振材料，可有效降低拍頻振動，避免異常噪聲。

[1] 趙小龍，章力源. 論拍頻振動和噪聲在電動機(jī)質(zhì)量診斷中的應(yīng)用. 防爆電機(jī). 2013年第4期第48卷

[2] 蘭江華，黃輝，胡余生. 移動空調(diào)嗡嗡聲現(xiàn)象分析與機(jī)理研究. 家電噪聲控制技術(shù)

[3] 趙晴，賈民平，黃躍光，方開榮. 回轉(zhuǎn)機(jī)械振動中的拍頻分析. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2003年5月

The research and optimization on beating phenomenon and noise of refrigerator

CHEN Pengyu JIANG Jun LV Jinshui PENG Yong
(Refrigerator Division, Midea Refrigeration Group Hefei 230601)

One periodic waving noise is detected in development stage of refrigerator, which affects noise quality of refrigerator severely. This noise is generated by the beating from compressor which can result in resonance on bottom plate. One optimized solution was proposed, which satisfies user experience and objective criteria.

Refrigerator; Phenomenon of beating; Resonance; Fluctuation strength