張昊， 賈世明， 李奕江

（沈陽(yáng)化工大學(xué)，沈陽(yáng) 110000）

基于頻譜與可視化分析相結(jié)合的吸塵器降噪研究

張昊， 賈世明， 李奕江

（沈陽(yáng)化工大學(xué)，沈陽(yáng) 110000）

文中采用懸掛系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的支撐裝置，通過(guò)一些彈簧和連接件的組合，來(lái)減小或消除電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，從而減小或消除通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)所傳遞至吸塵器外殼的振動(dòng)，達(dá)到減震降噪的效果。

吸塵器；減震；懸掛

0 引 言

隨著社會(huì)科技的不斷進(jìn)步，科技為生活帶來(lái)的便利也有目共睹，家庭清潔方面也是如此。隨著吸塵器的出現(xiàn)，曾經(jīng)的擦或掃這類傳統(tǒng)清潔方法被打破，最早的吸塵器在1908年誕生，利用電扇的旋轉(zhuǎn)造成真空環(huán)境，以此將灰塵吸入除塵袋中。

吸塵器在幫助人們更高效清潔家庭的同時(shí)，也有不少的問(wèn)題出現(xiàn)，而噪聲便是其中最大的問(wèn)題。真空吸塵器在工作時(shí)，負(fù)壓的高速氣流通過(guò)吸嘴吸收塵屑。高速氣流通過(guò)吸嘴時(shí)對(duì)吸嘴產(chǎn)生沖擊而輻射噪聲,同時(shí)吸塵器工作時(shí)，其吸嘴風(fēng)道界面會(huì)產(chǎn)生變化，且這種變化是不連續(xù)的,使得氣流轉(zhuǎn)變成為渦流,形成渦流噪聲。吸塵器所用電動(dòng)機(jī)為串激電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)速較高（一般在20 000 r/min左右）,一旦轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡,就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)不平衡噪聲。

現(xiàn)在市面上的吸塵器噪聲在70 dB左右，長(zhǎng)時(shí)間處在這種場(chǎng)合下，會(huì)引起聽(tīng)力下降、暫時(shí)聽(tīng)域改變、聽(tīng)力疲勞等癥狀，甚至耳聾，同時(shí)，也可誘發(fā)如頭痛、失眠和煩躁等其它疾病。同時(shí)，噪聲也會(huì)分散人的注意力，使得工作效率降低、影響學(xué)習(xí)成績(jī)。圖1是我國(guó)民用建筑室內(nèi)允許噪聲級(jí)。因此為使用者的身體健康著想，對(duì)吸塵器的減震降噪改良就顯得十分必要。

1 吸塵器的噪聲控制現(xiàn)狀

臥式吸塵器的工作原理為：吸塵器的電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到20 000～40 000 r/min，使空氣高速排出，風(fēng)扇前端的吸塵室將空氣不斷補(bǔ)充到風(fēng)扇中，致使吸塵器內(nèi)產(chǎn)生瞬間真空環(huán)境并與外界大氣壓產(chǎn)生一定負(fù)壓差，在一定負(fù)壓差作用下，將含有灰塵的空氣吸入吸塵室，經(jīng)過(guò)集塵袋或過(guò)濾器過(guò)濾，將灰塵和污漬留下，然后凈化后的空氣由排風(fēng)口排出，從而達(dá)到清潔的目的。

圖1 我國(guó)民用建筑室內(nèi)允許噪聲級(jí)

由于吸塵器轉(zhuǎn)速高達(dá)20 000～40 000 r/min，因此平時(shí)工作時(shí)吸塵器的噪聲可以達(dá)到70 dB，并且噪聲的種類繁多，分為吸塵器內(nèi)各部件撞擊以及電動(dòng)機(jī)自身的不平衡所產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，和吸塵器的進(jìn)氣排氣口工作產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲，也有電動(dòng)機(jī)工作所產(chǎn)生的電磁噪聲?？梢钥刂平档驮肼暤姆椒壳坝性肼曉纯刂?、噪聲傳播途徑控制、保護(hù)接受者。

2 本文研究的主要內(nèi)容

從吸塵器的發(fā)展歷史來(lái)看，噪聲問(wèn)題一直是吸塵器行業(yè)不可避開(kāi)的困難。因此，降低吸塵器噪聲，不論是從經(jīng)濟(jì)利益方面著想還是消費(fèi)者的生活健康著想，都是吸塵器發(fā)展路上所必不可少的。因此，小組以松下（panasonic） MC-CL525（藍(lán)色）吸塵器（如圖2）為樣品策劃了該項(xiàng)目。

本論文研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1）通過(guò)頻譜分析、近場(chǎng)測(cè)量和可視化分析，確認(rèn)吸塵器噪聲源；2）在電動(dòng)機(jī)罩與吸塵器外殼之間設(shè)計(jì)懸掛裝置取代傳統(tǒng)支撐裝置；3）通過(guò)進(jìn)一步研究確定懸掛裝置的外形及材料。

圖2 松下MC-CL525吸塵器

3 行業(yè)概況

2016年一季度家電行業(yè)整體實(shí)現(xiàn)主營(yíng)收入1828.57億元，同比增長(zhǎng)0.83%，增速環(huán)比改善較為明顯。從子行業(yè)來(lái)看，2016年一季度白電、黑電、廚電及小家電行業(yè)主營(yíng)分別增長(zhǎng)-2.75%、2.30%、17.17%及8.86%，廚電子行業(yè)主營(yíng)增速依舊最為優(yōu)異，而吸塵器所歸屬的小家電系列增速名列第二。

圖3 2013～2016年中國(guó)家電細(xì)分行業(yè)主營(yíng)增速

吸塵器是較早進(jìn)入我國(guó)的家居小家電品類，2004年后年銷量一路上升，2011年銷量突破8000萬(wàn)臺(tái)，目前基本維持個(gè)位數(shù)增長(zhǎng)，一線城市普及率已經(jīng)達(dá)到5成以上，但和日本相比依然較低。日本從1994年起，每千戶吸塵器保有量就一直穩(wěn)定在1400臺(tái)左右。

圖4 2004～2015年我國(guó)家用吸塵器銷量

而我國(guó)的經(jīng)濟(jì)依然在不斷發(fā)展前進(jìn)，雖然吸塵器的銷量增長(zhǎng)僅以個(gè)位數(shù)增長(zhǎng)，但是基于中國(guó)家庭數(shù)的巨大基數(shù)，我國(guó)家庭持有吸塵器的數(shù)量也是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)字，在這種情況下，體現(xiàn)出了針對(duì)吸塵器的降噪產(chǎn)品的出現(xiàn)必要以及必然性，更可以體現(xiàn)出吸塵器的降噪產(chǎn)品的市場(chǎng)之大與消費(fèi)受眾之廣。

我國(guó)環(huán)境狀況的惡化客觀上提供了巨大的市場(chǎng)需求。隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，廣大民眾的環(huán)保意識(shí)和對(duì)自己生活的環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注也空前提高。環(huán)境治理需要國(guó)家政策指引、執(zhí)法部門(mén)監(jiān)督和民眾促進(jìn)，但最終需要環(huán)保企業(yè)依靠技術(shù)進(jìn)步來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖5 2012～2014年減震降噪行業(yè)數(shù)據(jù)

圖5為減震降噪的行業(yè)數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，減震降噪市場(chǎng)雖然發(fā)展還不穩(wěn)定，但是依然呈現(xiàn)發(fā)展上升趨勢(shì)。

4 吸塵器懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）懸掛系統(tǒng)簡(jiǎn)介。由汽車(chē)懸掛系統(tǒng)所啟發(fā)，小組設(shè)想通過(guò)在電動(dòng)機(jī)罩子與吸塵器外殼之間安裝懸掛系統(tǒng)，由一些桿、桶以及彈簧來(lái)取代傳統(tǒng)的支撐裝置，將電動(dòng)機(jī)與吸塵器外殼之間的力通過(guò)這些桿傳遞出去，減輕震動(dòng)噪聲，且不影響吸塵器的正常工作，以此來(lái)降低噪聲。

2）懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在研究了吸塵器外殼結(jié)構(gòu)及電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)后，我們?cè)O(shè)計(jì)了懸掛系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的支撐裝置，通過(guò)一些彈簧和連接件的組合，來(lái)減小或消除電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，從而減小或消除通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)所傳遞至吸塵器外殼的振動(dòng)，從而達(dá)到減震降噪的效果，如圖6所示。

圖6 吸塵器懸掛系統(tǒng)

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，隨著機(jī)械設(shè)計(jì)與小家電行業(yè)的發(fā)展，吸塵器基本已經(jīng)走進(jìn)了各家各戶，但是其噪聲污染也是不容忽視的部分，噪聲不僅會(huì)造成吸塵器的壽命縮減，也會(huì)對(duì)使用者及周邊的人的身體健康造成威脅，環(huán)境也會(huì)受到巨大污染。因此就必須重視對(duì)這種高頻噪聲的污染的防治，充分利用防震減噪技術(shù)。而我們所設(shè)計(jì)的防震減噪技術(shù)，僅依賴簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)便可以有效地減噪，在節(jié)省成本又省力的情況下達(dá)到了防震減噪的效果，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)收益與技術(shù)收益。

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（編輯啟 迪）

Research on Vacuum Cleaner Noise Reduction Based on Spectrum and Visualization Analysis

ZHANG Hao,JIA Shiming,LI Yijiang
（ShenyangUniversityofChemical Technology,Shenyang110000,China）

This paper substitutes the suspension system for the traditional support device.The combination of spring and fittings is used to reduce and eliminate the structure shake and vibration of the vacuum shell in high speed running of motor.The effect of the vibration noise reduction is achieved.

vacuum cleaner;vibration noise reduction;suspension system

TH 122

A

1002－2333（2018）01－0033－03

張昊（1996—），男，本科生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。

2017-03-14