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        家用柜式空調(diào)鈑金件減振降噪設(shè)計(jì)研究

        2015-12-08 12:04:58高旭楊春生熊軍
        家電科技 2015年12期
        關(guān)鍵詞:鈑金件振型模態(tài)

        高旭 楊春生 熊軍

        (珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070)

        家用柜式空調(diào)鈑金件減振降噪設(shè)計(jì)研究

        高旭 楊春生 熊軍

        (珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070)

        基于CAE仿真分析技術(shù)對(duì)某型家用柜式空調(diào)鈑金件動(dòng)力學(xué)分析,結(jié)合噪聲診斷分析結(jié)果,通過改變加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金件的模態(tài)振型優(yōu)化,提升了鈑金件的減振降噪性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)優(yōu)化后,空調(diào)鈑金件噪聲振動(dòng)輻射降低,空調(diào)內(nèi)機(jī)聲品質(zhì)明顯改善。

        振動(dòng)與波;空調(diào);CAE;減振降噪

        1 引言

        隨著生活品質(zhì)的提升,人們對(duì)家用電器的品質(zhì)要求也越來越高,更加關(guān)注家用電器的聲品質(zhì)。對(duì)于家用電器企業(yè)來說,產(chǎn)品具有良好的聲品質(zhì)無疑對(duì)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的提升有很大幫助。

        空調(diào)產(chǎn)品也不例外,消費(fèi)者對(duì)聲品質(zhì)的要求有增無減。由于我國(guó)相對(duì)電網(wǎng)諧波含量要求標(biāo)準(zhǔn)較寬,監(jiān)管也缺失,對(duì)于不同區(qū)域、不同時(shí)候電網(wǎng)諧波含量偏高引起電源畸變,導(dǎo)致近年來柜內(nèi)機(jī)噪音問題突出,一方面可提高電機(jī)的抗諧波能力;另一方面降低鈑金件響應(yīng),優(yōu)化結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能。

        針對(duì)鈑金件等板材振動(dòng)與噪聲輻射的關(guān)系,也是振動(dòng)控制研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同的角度研究振動(dòng)與噪聲輻射的關(guān)系,希望揭示其內(nèi)在的聯(lián)系,找到一個(gè)直接衡量聲輻射的物理量。有的學(xué)者利用FEM、BEM仿真技術(shù)研究加筋板與聲輻射的關(guān)系[1];有的學(xué)者通過模型振型優(yōu)化,需求降低聲輻射的方法,也提出了聲輻射模態(tài)與噪聲輻射關(guān)系[2][3][4][5]等等。

        本文結(jié)合柜內(nèi)機(jī)存在的“嗡嗡聲”問題,從響應(yīng)端分析后板的壓筋參數(shù),利用有限元?jiǎng)恿W(xué)分析技術(shù)對(duì)后板結(jié)構(gòu)進(jìn)行固頻、振型優(yōu)化,提升后板的減振降噪性能,提升空調(diào)的聲品質(zhì)。

        2 壓筋參數(shù)研究

        結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能決定于結(jié)構(gòu)形式,針對(duì)空調(diào)零部件所采用的鈑金件存在以下兩個(gè)問題:(1)鈑金件厚度?。?.6~1.15mm);(2)鈑金件的面積大。

        以上問題不僅導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差,還會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能,使得減振降噪性能差。在不增加成本的前提下,通過增加加強(qiáng)筋

        設(shè)計(jì)改變結(jié)構(gòu)性能。但如何保證在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加強(qiáng)的同時(shí),又能提升結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、聲學(xué)性能,有必要從壓筋的參數(shù)(壓筋深度(h)、壓筋寬度(b))方面進(jìn)行優(yōu)化研究??紤]到回彈變形問題,模具工藝對(duì)壓筋深度有具體要求,本文僅研究壓筋的寬度變化對(duì)結(jié)構(gòu)固頻及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律。

        圖2 優(yōu)化前結(jié)構(gòu)模型

        圖3 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)模型

        表1 結(jié)構(gòu)模態(tài)固頻對(duì)比表

        表2 不同筋寬諧響應(yīng)分析結(jié)果

        表3 原后板固有頻率一覽表

        表4 優(yōu)化后板固有頻率一覽表

        2.1 有限元模型簡(jiǎn)化及建立

        結(jié)合柜機(jī)噪聲振動(dòng)傳遞路徑分析,從激勵(lì)端到響應(yīng)端,一條重要的且和“嗡嗡聲”直接相關(guān)的傳遞路徑:電機(jī)→減振膠墊→定位螺栓→后板,因此電磁“嗡嗡聲”問題的處理,將分析模型簡(jiǎn)化為后板及電機(jī)模型。

        對(duì)分析簡(jiǎn)化模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,考慮鈑金件面積大且薄,采用殼單元shell63進(jìn)行模擬;電機(jī)主要考慮質(zhì)量的影響,同樣采用殼單元shell63模擬,質(zhì)量采用修正材料密度保證等質(zhì)量,所建立的有限元模型如圖1所示。

        邊界約束:后板采用四邊全位移約束,電機(jī)與后板間通過節(jié)點(diǎn)耦合方式連接。

        2.2 不同壓筋參數(shù)下的動(dòng)力學(xué)分析

        2.2.1 不同壓筋參數(shù)下的模態(tài)分析

        不改變后板壓筋方式,僅更改壓筋寬度進(jìn)行模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比,具體數(shù)據(jù)見表1,重點(diǎn)對(duì)比激勵(lì)頻率100Hz附近的固頻。

        表1仿真數(shù)據(jù)對(duì)比表明:

        (1)在加強(qiáng)筋的寬度為26、28、30mm時(shí),結(jié)構(gòu)的固有頻率偏離電機(jī)激勵(lì)頻率100Hz幅度較

        大,不易引起共振;

        (2)同時(shí)考慮到仿真過程中對(duì)螺栓連接的模擬與實(shí)際連接有所差異,實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度有所上升。

        綜合分析認(rèn)為加強(qiáng)筋寬度為26、28、30mm時(shí),結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)頻率得到有效規(guī)避。

        2.2.2 不同壓筋參數(shù)下的諧響應(yīng)分析

        為確定結(jié)構(gòu)在諧波載荷作用下,結(jié)構(gòu)位移以及應(yīng)力的變化情況進(jìn)行了諧響應(yīng)分析。模態(tài)分析結(jié)果表明壓筋寬度為26、28、30mm時(shí)較優(yōu),因此針對(duì)以上情況進(jìn)行諧響應(yīng)分析。所選電機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)N90X,技術(shù)參數(shù)為輸出功率64W,轉(zhuǎn)速530r/min,轉(zhuǎn)矩1.15N·m。仿真施加的載荷為扭矩1.15N·m,頻率為100Hz。

        分析結(jié)果如表2,表明:

        (1)不同的壓筋寬度諧響應(yīng)分析結(jié)果相比,加強(qiáng)筋為28mm結(jié)果最優(yōu);

        (2)壓筋寬度為28mm時(shí),諧響應(yīng)分析結(jié)構(gòu)的最大位移、最大應(yīng)力分別為0.00204mm、0.656027MPa。

        (3)結(jié)果也表明電機(jī)安裝部位數(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱環(huán)節(jié),需進(jìn)一步加強(qiáng),考慮在凸包處壓十字筋。

        3 某機(jī)型柜式空調(diào)內(nèi)機(jī)鈑金件優(yōu)化分析

        對(duì)售后反饋存在噪聲問題的機(jī)型,進(jìn)行加強(qiáng)筋優(yōu)化,并通過固頻、振型分布確認(rèn)最優(yōu)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

        3.1 結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化

        分析結(jié)果表明壓筋寬度設(shè)置為28mm最優(yōu),壓筋形式采用“井”字型結(jié)構(gòu),減少筋條間的寬度,減少筋條間的變形,優(yōu)化前后模型見圖2、圖3。

        3.2 有限元模態(tài)分析

        根據(jù)前述分析結(jié)果,評(píng)估后板結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能,電機(jī)影響較小,因此直接針對(duì)后板及其加強(qiáng)零件建模分析,如圖4、5,評(píng)估固頻、振型情況。

        優(yōu)化前后的分析結(jié)果見表3、表4,結(jié)果表明:

        (1)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)剛度大幅度改善,低階固頻由15.7Hz提升至26.8Hz;

        (2)固頻方面與激勵(lì)頻率(100Hz)相比,優(yōu)化后較接近激勵(lì)頻率,但振型得到明顯改善,振動(dòng)最大區(qū)域位于底部,考慮到底部安裝基座為塑料件利于振動(dòng)能量耗散,在上部大范圍區(qū)域振動(dòng)較小。

        綜上,結(jié)合固頻、振型分布優(yōu)化后方案總體效果優(yōu)于優(yōu)化前。

        3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        對(duì)優(yōu)化前后的后板裝機(jī)進(jìn)行噪音對(duì)比測(cè)試,因篇幅有限,本文僅對(duì)比優(yōu)化前后低、高風(fēng)檔的噪音情況。如圖6、7所示,試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果表明:優(yōu)化后的后板與優(yōu)化前,噪音總值有所降低,且電磁噪聲(100Hz、200Hz、300Hz)峰值不明顯,整機(jī)聲品質(zhì)得以提升。

        4 結(jié)論

        通過對(duì)柜式空調(diào)內(nèi)機(jī)后板鈑金件有限元?jiǎng)恿W(xué)分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)比分析結(jié)果表明:

        (1)改變壓筋參數(shù)即壓筋寬度,模態(tài)、諧響應(yīng)分析結(jié)果表明,在鈑金件厚度不改變的情況下,筋寬28mm綜合效果最優(yōu);

        (2)在壓筋結(jié)構(gòu)布局方面,仿真及試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證采用“井”字型壓筋結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)剛度得到大幅度提高,利于減振降噪;

        (3)柜內(nèi)機(jī)減振降噪分析表明,電機(jī)的安裝位置的強(qiáng)度對(duì)整體減振隔振具有重要意義,需重點(diǎn)考慮該處的振型及剛度[6];

        (4)鈑金件的減振降噪不單需要考慮固頻偏離電機(jī)激勵(lì)頻率,防止共振,由于所采用鈑金件厚度薄,模態(tài)密度高,有時(shí)很難避開激勵(lì)頻率,因此降噪更為重要的需要優(yōu)化振型,避免出現(xiàn)較大振動(dòng)集中區(qū)域。

        圖4 原后板綜合振型(102Hz)

        圖5 優(yōu)化后板綜合振型(99.5Hz)

        圖6 優(yōu)化前噪音情況(37.6dB(A) 23.7dB(A)/395.5Hz)

        圖7 優(yōu)化后噪音情況(36.6dB(A) 21.9dB(A)/395.5Hz)

        [1] 孫登敏. 基于FEM—BEM的加筋板結(jié)構(gòu)與聲輻射優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 南京:江蘇科技大學(xué),2012:42-45.

        [2] 左曙光等. 基于聲輻射控制的板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012.40(1).

        [3] 陳美霞等. 加筋圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)與輻射噪聲關(guān)系分析[J]. 中國(guó)艦船研究,2007.2(5).

        [4] 石煒. 矩形薄板的振動(dòng)與聲輻射研究及其控制[D].成都:西南交通大學(xué),2010:6-15.

        [5] 臧獻(xiàn)國(guó)等. 基于模態(tài)振型形狀優(yōu)化的結(jié)構(gòu)聲輻射控制[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010.46(9).

        [6] 劉成武等. 壓縮機(jī)機(jī)體聲輻射的模態(tài)特性研究[J].流體機(jī)械,2006.34(12).

        The research on vibration and noise control of sheet-metal design for floor-standing air-conditioner

        GAO Xu YANG Chunsheng XIONG Jun
        (Gree Electric Appliances, INC. of Zhuhai Zhuhai 519070)

        Based on CAE simulation technology, dynamic analysis for sheet-metal of indoor unit of floor-standing airconditioner is done. According to the results of noise diagnostic analysis, modal shape optimization of sheet-metal parts is achieved by changing stiffener design parameters. So vibration and noise performance of sheet-metal parts are under control. The test results show that the noise and vibration radiation of the optimized sheet-metal is reduced because of modal shape optimization and the sound quality of indoor unit is significantly improved.

        Vibration and wave; Air conditioner; CAE; Vibration and noise control

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