浅析洗衣机的设计与怎样降低噪音.doc

题目：浅析洗衣机的设计与怎样降低噪音系别专业:物理与电子科学系综合理科教育班级：2010级理综班姓名：周琴学号：201003113012 浅析洗衣机的设计与怎样降低噪音摘要：随着社会经济的发展，生活水平的不断提高，洗衣机已成为我们生活中必备的家用电器。现在的洗衣机真的是品种多样，让我们挑得是眼花缭乱，我们很多人都是抱着买一台好洗衣机希望去买，但是，我们都只是在听导购的介绍并不是真的了解到这台洗衣机。所以在买回家后，最让人们头疼的就是洗衣机无论买怎样放置噪音，洗衣服时噪音都很大。所以我就针对这一类情况做出一个简单的浅析。 关键词：洗衣机 噪音 设计 引言 现代社会噪音也是人们在生活中特别注意的一个因素，因为噪音会影响一个人一天的心情和做事情的效率等等。由于洗衣机本身就是现代日常生活中一直要使用的电器，所以洗衣机厂商在设计洗衣机的时候也都考虑了，但通常洗衣机的噪音是不会降到最低的。不过对于噪音的感受，每个人的感受不同，如果您对噪音特别敏感，那么在您购机的时候这点就该注意了。另外老人一般喜欢安静点的环境，夜晚睡眠对于声音的要求也较高，所以如果是给老人买洗衣机，那么还是买声音小一些的。国家标准规定： 洗衣机在洗涤、脱水时，声功率级噪声均不应大于75db噪声63dB至75dB之间 1、 洗衣机的分类 一、按结构形式分 单桶、双桶、多桶型 2、 按洗涤方式与结构原理分 1滚筒式洗衣机： 衣物半浸没于水中，滚筒作有规律的间歇的正反转动，*滚筒内凸筋把衣物带至高处再跌下，起揉搓作用，进行洗涤。 类型： （1）前装式滚筒洗衣机 （2）顶装式滚筒洗衣机 2波轮式洗衣机： 也称日本式洗衣机。 优点：结构简单，体积小，重量轻，操作方便，耗电量少，洗净率高。 缺点：漂洗衣物不均匀，损衣率高。 3搅拌式或摆动式洗衣机： 洗衣机有一根主柱，由电动机带动摆动叶绕定轴作周期往复运动，每次转动角度小于360度。 4其他：喷流式、喷射式、振动式等，市场上比较少见。 3、 按自动化程度分 1普通型洗衣机： 搅拌动作为电动机带动正转、反转及停*定时器控制，而进水、排水、脱水等完全手动。 2半自动型洗衣机： （1）半自动单筒型：洗涤、漂洗、进出水均自动按设定程序与时间进行，没有脱水机。 （2）半自动双筒型：由洗涤、脱水两部分组成。先自动完成洗涤、漂洗。再由人工把洗净的衣物放入甩干桶中脱水。 3全自动型洗衣机： 可按选定的工作程序自动完成洗涤、漂洗、脱水、甩干、进水、排水等动作，无看管。 类型：（1）机械全自动型：由电动程控器控制。 （2）电脑全自动型：由电脑程控器控制。2、新型滚筒洗衣机的设计 滚筒式洗衣机在其工作运转，尤其是其脱水甩干时的振动噪声，一直是个突出的问题。滚筒洗衣机在运行过程中由于衣物的不平衡分布，会使滚筒受到变载荷与变方向偏心力激励的作用并引起激烈的振动，使得整机的振动不仅产生很大的噪音，而且对洗衣机机械与电器部件的寿命产生影响。因为传统机械减振方法存在通用性方面的限制，近年来随着技术的发展，从机电一体化系统的角度出发，综合运用机械、电子、电机等方面的技术，提高洗衣机的振动控制效果已成为趋势。1.1由滚筒洗衣机结构，可知道振动产生的主要原因有： (1)电机作为振动源，不仅可以直接产生振动，而且由于激励还可以使结构薄板产生振动，也可以因为电机振动向洗衣机支承系统、外壳等部位传递，使外壳箱体振动。 (2)电机通过皮带轮、齿轮箱等带动波轮旋转，运转部件的不平衡产生激励力，引起系统产生振动。 (3)脱水时，由于结构件的质量不平衡和衣物在滚筒内的分布不均衡，引起系统振动。 (4)进水阀、排水牵引器或排水电磁铁等产生的振动。1.11洗衣机传统减振策略 通常控制振动系统振动的传统手段有三条基本途径，控制振源，切断振动传播途径以及减振。针对洗衣机产生振动的原因，其常规的控制对策主要有： (1)控制振动源，其关键是降低电机自身的振动，如采用塑封等低振动电机。同时在电机与安装支架之间采用优化设计的隔振装置，也可以取得较好的效果。 (2)在外筒上加装配重块。使外筒的中心向轴心和中心平面交点移动。同时通过增加配重的方式增加外筒的重量，可从一定程度上增加外筒的稳定性，以减少或抵消内筒旋转时产生的振动及对外筒的影响。 (3)采取阻尼减振橡胶做密封圈以吸收轴振动；采用阻尼吊杆隔振系统隔离系统振动。 (4)采用阻尼软垫增大箱体阻尼，起到阻尼减振作用。 (5)采用液体自动平衡器抑制高速脱水时的系统振动。 (6)通过先进滚筒设计和摆平水流控制方式，减少衣物在滚筒内的分布不均衡程度。1.111低振动的洗衣机驱动新技术 综合运用传统的振动控制措施，可以在一定程度上控制洗衣机的振动，但如果需要进一步提高系统的性能，就必须采用一些新技术。近年来，随着电子技术的发展，全自动洗衣机基本都采用了单片机控制模式。考虑到洗衣机实际上是一种机电一体化的产品，可以从机电一体化系统的角度出发，综合运用机械、电子、电机等方面的技术，提高洗衣机的振动控制效果。对于技术先进的变频洗衣机由于电机性能较好；控制方便，因而可以为产品的机电综合控制留有较大的余地以下振动控制新技术是在变频洗衣机中采用的： 一、直接驱动与浮力离合技术 采用直接驱动方式的滚筒洗衣机，电机轴与滚筒转轴采用同轴，通过电机实现滚筒转轴的正反转、速度调节以及刹车制动等功能，结构简单可靠。为了和直接驱动机构相适应，可以采用浮力离合机构来实现洗衣机洗涤与脱水两者的切换。系统由离合结构与止动机构两部分组成：离合机构主要包括与电机主轴连接的离合内套，固定在滚筒内底部的离合外套；止动机构主要有固定在滚筒内底部的止动外圈，固定在滚筒外底部的止动内圈。洗涤时，离合内外套脱开，电机不对滚筒进行驱动，而止动内外圈接合使得滚筒不会因衣物摩擦而产生滚筒跟转现象。脱水时，止动内外圈脱开使滚筒的运动不受制约，离合内外套接合使电机驱动滚筒，从而进行脱水。二、低噪声无刷直流电机技术 为了减少机械结构振动，有关研究人员提出了一种直接驱动方式，这种方式具有结构简单可靠等优点，但对电机的要求却高得多，主要原因有： (1)因为没有带传动与齿轮箱的减速和增大力矩作用，对电机的力矩要求比普通洗衣机电机至少大8倍以上。 (2)洗涤脱水转速与力矩的变化要靠电机自身的特性来保证，即要求在洗涤时，电机低转速、大力矩；而脱水时，又要求电机高转速、小力矩，这是一对相互制约的电机特性要求。因此从提高电机效率、抑制系统振动噪声和控制方便等角度出发，可选用双绕组结构的内转子直流无刷电机作为驱动电机。洗涤时两绕组串联工作，而在脱水时采用一套绕组，既降低了驱动控制系统的设计及调整难度，同时也抑制了高速脱水制动时的反电势及由反电势对驱动系统的损坏，提高了系统的可靠性。为了控制电机的振动，在电机设计时，可采用分数槽技术以达到分布绕组的谐波抑制效果；同时采用正弦形轮廓的磁钢，使电机的气隙磁场尽可能地接近正弦，能有效削弱电机的齿槽效应和谐波效应。三、电机控制技术 直流无刷电机由电机本体与功率驱动电路构成。功率驱动电路的控制策略与控制方法直接决定了系统的性能。直流无刷电机可以采用调压调速，工程中常采用PWM控制，即利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成电压脉冲序列，并通过改变占空比来改变平均电压；或者通过控制电压脉冲宽度和脉冲的周期进行变频控制；也可综合运用上述两种方法，同时进行变压变频。采用PWM控制，输出电压中包含大量的谐波分量，可引起电机的振动。 为了控制电机的振动，一般采用SPWM控制以减少输出电压中的谐波分量，有利于降低电机的振内转子直流无刷电动机本体结构与永磁同步电机相同，但是没有起动绕组。直流无刷电机具有起动力矩大、调速方便的特点。而同步电动机具有稳速精度高、控制方便等特点，因此在洗衣控制中可采用变结构的控制方法，即当电机处于起动状态或在调整过程中，采用直流无刷电机的运行方式，以实现快速动态响应：当电机的转速达到给定值，则转入同步电机的运行模式，以保证稳态性能和较低的运行振动。四、振动变频综合技术 在滚简直径一定的情况下，较高的脱水转速有利于提高衣物的脱水掣20J。因此在洗衣机隔振系统设计中，一般都令滚筒的旋转频率高于振动系统的固有频率。在脱水加速过程中系统将经过共振区，根据振动理论，当滚筒转动频率与洗衣机固有频率相同时，系统将产生很大的共振响应，但当系统激励频率以一定速率变化通过共振区时，振动系统的共振响应将大大减小，且速度上升越快，共振响应越小。理论上在普通异步电机驱动时，电机的转速上升很快，可以在短时间内达到正常脱水转速，但考虑到： (1)电机的驱动特性的限制，使得滚筒的实际转速将大大落后于电机转速，从而使振动系统出现较大的振动。 (2)脱水中的衣物没有经过一个逐步升速的过程，其含水量也将没有逐步减小，使得高速时整个系统偏心较大而导致系统的振动也较大。根据以上分析，比较理想的衣机脱水升速过程为： 首先缓慢升速，逐渐升高滚筒的速度，在此过程中，衣物中的含水量逐渐减少，使得整个系统的偏心质量减少：当整个系统接近共振频率时，利用直流无刷电机的硬特性，快速提高滚筒的旋转频率，使其平稳通过共振频率范围，然后再逐渐提高转速。需要注意的是，洗衣机振动系统在不同负载时，固有频率的变化较大，因此，为了得到较好的振动控制效果，必须针对不同的负载状况，结合衣物的含水率与电机的特性，改变系统的升速过程，以达到较好的振动控制效果。具体应用步骤为： (1)根据隔振理论和洗衣机的负载变化范围，确定合适的洗衣机吊杆刚度，保证系统的隔振效果；通过理论计算和实验综合确定各种负载状况下，振动系统固有频率和需要抑制较大振动的频率范围。 (2)在考虑电机特性情况下，计算出各种负载下电机通过共振区域的最佳升速率；根据相关参数编写电机升速控制软件。在实际使用中，需要运用载荷识别技术，确定洗衣机每次洗衣的实际负载量。1.1111新型洗衣机的设计 (1)对洗衣机物理结构的优化设计：在传统的低振动洗衣机开发中，由于性能与成本的要求，在设计中又不能采用太复杂的减振机构，洗衣机结构优化成为了减振设计的重要手段。通过采用合适的洗衣机箱体，滚筒，支撑机构以及隔振装置，可以在一定程度上控制洗衣机的振动，但是振动降低幅度不大，而且开发成本较高。 (2)对于滚筒洗衣机驱动系统控制方法的开发，随着机械、电子、电机技术的进步以及在滚筒洗衣机上的应用，新型驱动电机，例如永磁同步电机的使用，以及驱动控制系统的更新；从机电一体化系统的角度出发，利用驱动系统及电机控制技术开发降低洗衣机振动的方法；不仅能有效提高洗衣机的振动控制效果以及工作性能，而且可以降低开发成本。同时由于不改变产品的部件结构，能够使产品有较好的延续性，适当简化了开发的程序，缩短了开发周期。比较以上两种设计思路可得，采用新型驱动及控制技术，开发基于低振动滚筒洗衣机的驱动系统控制方法，对于不断改进产品的性能及提高其质量，同时简化开发程序并降低开发成本有着重要的意义与较大的潜力。采用Matsushita Electric Works公司出品的3D加速度传感器GS3 Sensor对振动信号进行测量；采用Omron公司出品的E6HCWZ6C编码器以及霍尔传感器对电机转速以及转子位置信号进行测量；以MyWay技研株式会社出品的电力电子用数字控制开发系统PEExpert 3对传感器信号进行采集并使用电力电子系统综合开发工具PEView开发了实时测定偏心负载位置及质量的模型以及低振动的滚筒洗衣机驱动控制方法，从而控制逆变器单元PEInverter驱动电机以降低洗衣机运行时驱动电机的振动。实验证明，该模型可以准确测定偏心负载位置及质量并有效降低滚筒洗衣机运行特别是甩干脱水时的振动。 本文介绍了新型洗衣机的发展，指出滚筒式洗衣机在其工作运转，尤其是其脱水甩干时的振动噪音，一直是个突出的问题。通过对本文的简介，说明了洗衣机减噪的实际意义；开发低振动降噪洗衣机，不但能够降低运行时的噪音，延长设备使用寿命；降低耗电量、耗水量，而且能使滚筒转速上限得以提高，为开发转速更高，使用效果