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        家用柜式空調鈑金件減振降噪設計研究

        2015-12-08 12:04:58高旭楊春生熊軍
        家電科技 2015年12期
        關鍵詞: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)

        家用柜式空調鈑金件減振降噪設計研究

        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仿真分析技術對某型家用柜式空調鈑金件動力學分析,結合噪聲診斷分析結果,通過改變加強筋的設計參數實現對鈑金件的模態(tài)振型優(yōu)化,提升了鈑金件的減振降噪性能。試驗結果表明:經優(yōu)化后,空調鈑金件噪聲振動輻射降低,空調內機聲品質明顯改善。

        振動與波;空調;CAE;減振降噪

        1 引言

        隨著生活品質的提升,人們對家用電器的品質要求也越來越高,更加關注家用電器的聲品質。對于家用電器企業(yè)來說,產品具有良好的聲品質無疑對產品競爭力的提升有很大幫助。

        空調產品也不例外,消費者對聲品質的要求有增無減。由于我國相對電網諧波含量要求標準較寬,監(jiān)管也缺失,對于不同區(qū)域、不同時候電網諧波含量偏高引起電源畸變,導致近年來柜內機噪音問題突出,一方面可提高電機的抗諧波能力;另一方面降低鈑金件響應,優(yōu)化結構動力學性能。

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

        本文結合柜內機存在的“嗡嗡聲”問題,從響應端分析后板的壓筋參數,利用有限元動力學分析技術對后板結構進行固頻、振型優(yōu)化,提升后板的減振降噪性能,提升空調的聲品質。

        2 壓筋參數研究

        結構的動力學性能決定于結構形式,針對空調零部件所采用的鈑金件存在以下兩個問題:(1)鈑金件厚度?。?.6~1.15mm);(2)鈑金件的面積大。

        以上問題不僅導致結構強度差,還會嚴重影響結構的動力學性能,使得減振降噪性能差。在不增加成本的前提下,通過增加加強筋

        設計改變結構性能。但如何保證在結構強度加強的同時,又能提升結構的振動、聲學性能,有必要從壓筋的參數(壓筋深度(h)、壓筋寬度(b))方面進行優(yōu)化研究??紤]到回彈變形問題,模具工藝對壓筋深度有具體要求,本文僅研究壓筋的寬度變化對結構固頻及結構動力學響應的影響規(guī)律。

        圖2 優(yōu)化前結構模型

        圖3 優(yōu)化后結構模型

        表1 結構模態(tài)固頻對比表

        表2 不同筋寬諧響應分析結果

        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 有限元模型簡化及建立

        結合柜機噪聲振動傳遞路徑分析,從激勵端到響應端,一條重要的且和“嗡嗡聲”直接相關的傳遞路徑:電機→減振膠墊→定位螺栓→后板,因此電磁“嗡嗡聲”問題的處理,將分析模型簡化為后板及電機模型。

        對分析簡化模型進行網格劃分,考慮鈑金件面積大且薄,采用殼單元shell63進行模擬;電機主要考慮質量的影響,同樣采用殼單元shell63模擬,質量采用修正材料密度保證等質量,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,電機與后板間通過節(jié)點耦合方式連接。

        2.2 不同壓筋參數下的動力學分析

        2.2.1 不同壓筋參數下的模態(tài)分析

        不改變后板壓筋方式,僅更改壓筋寬度進行模態(tài)分析結果對比,具體數據見表1,重點對比激勵頻率100Hz附近的固頻。

        表1仿真數據對比表明:

        (1)在加強筋的寬度為26、28、30mm時,結構的固有頻率偏離電機激勵頻率100Hz幅度較

        大,不易引起共振;

        (2)同時考慮到仿真過程中對螺栓連接的模擬與實際連接有所差異,實際結構剛度有所上升。

        綜合分析認為加強筋寬度為26、28、30mm時,結構對激勵頻率得到有效規(guī)避。

        2.2.2 不同壓筋參數下的諧響應分析

        為確定結構在諧波載荷作用下,結構位移以及應力的變化情況進行了諧響應分析。模態(tài)分析結果表明壓筋寬度為26、28、30mm時較優(yōu),因此針對以上情況進行諧響應分析。所選電機型號為LN90X,技術參數為輸出功率64W,轉速530r/min,轉矩1.15N·m。仿真施加的載荷為扭矩1.15N·m,頻率為100Hz。

        分析結果如表2,表明:

        (1)不同的壓筋寬度諧響應分析結果相比,加強筋為28mm結果最優(yōu);

        (2)壓筋寬度為28mm時,諧響應分析結構的最大位移、最大應力分別為0.00204mm、0.656027MPa。

        (3)結果也表明電機安裝部位數結構相對薄弱環(huán)節(jié),需進一步加強,考慮在凸包處壓十字筋。

        3 某機型柜式空調內機鈑金件優(yōu)化分析

        對售后反饋存在噪聲問題的機型,進行加強筋優(yōu)化,并通過固頻、振型分布確認最優(yōu)方案并進行實驗驗證。

        3.1 結構模型的優(yōu)化

        分析結果表明壓筋寬度設置為28mm最優(yōu),壓筋形式采用“井”字型結構,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

        根據前述分析結果,評估后板結構的動力學性能,電機影響較小,因此直接針對后板及其加強零件建模分析,如圖4、5,評估固頻、振型情況。

        優(yōu)化前后的分析結果見表3、表4,結果表明:

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

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

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

        3.3 實驗驗證

        對優(yōu)化前后的后板裝機進行噪音對比測試,因篇幅有限,本文僅對比優(yōu)化前后低、高風檔的噪音情況。如圖6、7所示,試驗結果結果表明: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,整機聲品質得以提升。

        4 結論

        通過對柜式空調內機后板鈑金件有限元動力學分析以及試驗驗證,對比分析結果表明:

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

        (2)在壓筋結構布局方面,仿真及試驗結果驗證采用“井”字型壓筋結構,結構剛度得到大幅度提高,利于減振降噪;

        (3)柜內機減振降噪分析表明,電機的安裝位置的強度對整體減振隔振具有重要意義,需重點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激勵頻率,防止共振,由于所采用鈑金件厚度薄,模態(tài)密度高,有時很難避開激勵頻率,因此降噪更為重要的需要優(yōu)化振型,避免出現較大振動集中區(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的加筋板結構與聲輻射優(yōu)化設計研究[D]. 南京:江蘇科技大學,2012:42-45.

        [2] 左曙光等. 基于聲輻射控制的板結構優(yōu)化設計[J]. 同濟大學學報(自然科學版),2012.40(1).

        [3] 陳美霞等. 加筋圓柱殼結構振動與輻射噪聲關系分析[J]. 中國艦船研究,2007.2(5).

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

        [5] 臧獻國等. 基于模態(tài)振型形狀優(yōu)化的結構聲輻射控制[J]. 機械工程學報,2010.46(9).

        [6] 劉成武等. 壓縮機機體聲輻射的模態(tài)特性研究[J].流體機械,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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