滚筒洗衣机振动噪声问题解析_顾超林

1、滚筒洗衣机振动噪声问题解析顾超林周福昌项红荧（无锡小天鹅股份有限公司，）摘要：本文首先介绍了滚筒洗衣机振动噪声问题产生的理论基础，研究了各关键零部件对滚筒洗衣机振动噪声的影响因子以及主要控制参数。在此基础上对未来超高转速洗衣机振动问题提出了新的改善方案。关键词：测试技术洗衣机振动噪声，（，）：，：，前言近年来，洗衣机的振动噪声性逐渐成为评价洗衣机性能的主要指标之一，洗衣机的移位、振动、噪声等问题点也逐渐成为洗衣机的最主要投诉内容。为此，各大洗衣机制造厂商在产品开发过程中越来越关注振动噪声性能的开发。一般来说滚筒洗衣机的振动噪声问题主要包壳碰撞或者整机突然发生移位，当转速升高后，异常现象消失。

2、原因分析滚筒洗衣机由筒部装、吊簧、减振器、箱壳组成，滚筒洗衣机中筒部装、吊簧、减振器可看成一个单自由度系统括：低速脱水筒桶、移位、高速脱水抖动以及噪声。其中，移位、抖动的实质都是结构共振，本文分别就这三个方面问题进行解析。低转速脱水撞桶、移位该不良现象发生于脱水阶段初期转速上升阶段，转速为，不良现象为筒体与箱图滚筒结构示意图第一作者简介：顾超林（ ），男，毕业于南京航空航天大学工程力学专业，现任无锡小天鹅股份有限公司振动噪声工程师，主要从事滚筒、波轮振动噪声开发、改善工作。者牛仔裤等负载，衣物难以均匀的分布在筒周围，最高的偏心量可以高达 以上。 解决方案该问题可通过两个途径解决：第一，降低内部

3、系统共振时衣物的偏心量，即降低激励；第二，优化系统的动态特性，提高系统的抗偏心能力。方案一：目前，常规的实现手段是通过电机反馈信号感知偏心量，再通过在软件中设置阀值，控制脱水阶段的负载的偏心量，使图桶体振动幅频图得偏心量小于系统的抗偏心能力。在此情况下，由于激励较小，内部系统共振时的振幅也在系统（）允许的范围内。目前，日、韩系的滚筒洗衣机应用偏心智能感知、控制的技术较多。该类产品的特点是整机重量较低，但是部分产品脱水延时较为严重。目前，在一些高端的洗衣机中，还有一种更为可靠的方案，即使用传感技术实现防撞抗振的目的。其主要原理是通过传感器实时监测、控（）制内部系统的振动，一旦振动超过了设置的阀值

4、，则停止转速上升，负载重新抖散。方案二：优化系统动态特性，提高系统的抗偏心能力。其中吊簧的刚度、悬挂角度、减振器的阻尼力及角度、平衡块的重量和结构形式、门封的结构参数等都对内部系统的动态特性有很大的影响。目前，采用多体动力学软件对以上影响因子进行分析，可综合成本、性能，在较短时间内获得最优的结果。目前欧洲的滚筒产品抗偏心能力较好，特点是整机重量较高。无锡小天鹅股份有限公司年冬季曾发生几起移位不良投诉，其主要原因为冬季温度低，门封硬度变大，导致整机抗偏心能力降低，引起脱水移位。最终该问题通过对门封低温环境硬度进行控制解决。洗衣机设计应综合以上两种方案：一方面在相同的设计水平下，极限偏心能力的提高

5、意味着更高的成本；另一方案，使用感知、控制偏心的方案意味着更多的尝试次数、抖散时间。图中运动微分方程为：其中，为系统质量，为偏心质量，为洗其稳态解为：（）·（）·衣机运行频率。式（）中，为振幅比，其值为：式（）中：为运行频率与系统固有频率的比值，为系统模态阻尼比。由图可以看出，当转速趋近内部系统的固有频率时，内部系统发生共振，导致筒体位移急剧增加。如果筒体与箱体间隙小于共振时筒体的振幅，那么在此阶段，将会发生撞筒。当门封或进水管等筒体、箱体间连接件的自由缓冲距离不足时，筒体的振动将通过门封、进水管等传递到箱体，如果横向载荷超过了底脚与地面间的摩擦力，即会导致整机移位甚至侧翻

6、。由公式（）可知，振幅与激励大小有关。一般为了降低高转速时通过弹簧传递到箱体的横向振动，弹簧的刚度应尽可能低一点（只要满足必要的刚度，防止筒体满负载工作触底）。滚筒筒体的固有频率一般在之间，衣物在低速脱水阶段的含水率较大，可能产生较大的偏心。当偏心大于极限偏心量时，那么滚筒洗衣机会产生低转速的移位或撞筒。特别是一些较大的床单或整机高转速脱水抖动左右，行业内已经有的超高转速洗衣机。但是一些高转速洗衣机在进行实负常可观察到整机剧烈抖动，并且伴随有强烈的噪声，偶尔会发生漂移。 原因分析滚筒洗衣机一般通过四个表面材质为橡胶的载测试时，当脱水转速上升到以上，经图偏心量对整机共振转速影响目前，主流的滚筒洗

7、衣机转速均在如图所示，当其他硬件条件一致时，门封的硬度越大，整机的共振转速降低，振幅增大。底脚放置在平整的地面上，该状态下洗衣机、底脚可形成一个类似于悬臂梁的结构，其“静态”固有频率取决于底脚的硬度、结构形式、间距以及底脚箱体的连接刚度等。当滚筒以高转速脱水时，其脱水的振动显现出极强的非线性特征：负载质量、偏心质量、门封的结构及硬度、进排水管结构及硬度、底脚的结构及硬度、箱体的刚度等均能影响高速脱水时的整机固有频率。图对整机振动扫频测试结果。当转速超左右时，振动最为剧烈，最大振幅为。过时，振动明显加剧，并且转速在图门封硬度对整机共振转速影响通过采用扫频方式可以分析各零部件参数对整机共振转速的影

8、响。其中，均布负载增加，底脚的硬度越大，底脚的间距增加，门封缓冲距离增加等均可提高整机的共振转速。以上分析的意义是，如果整机在最大偏心量脱水时，整机振动都不会导致共振，那么实际负载测试时，整机也不会有共振的风险，结构硬件满足要求；反之，如果不能满足，则需要对结构硬件参数进行调整、改善。当转速低于时，可通过调整结构硬件以及零部件参数，使整机共振转速高于最高脱水转速以上，此时，整机振动图整机振动扫频可满足实际使用需求。 解决方案问题应提高脱水时的共振转速，避免高速脱水时整机共振。时，整机振动小于 。解决高速振动的观察图中的扫频曲线，当转速低于 阻尼橡胶材料的应用对于以上的滚筒洗衣机，通过优化结构以

9、及调整零部件参数很难将脱水共振转速提高到最高脱水转速以上，因此需要研讨更佳的解决方案。借助于底脚材料的阻尼特性可有效解决高转速的整机共振问题。如图所示，分别采用无锡小天鹅股份有限如图所示，当衣物的散布较为均匀时，偏心量较小，整机的固有频率较高；当衣物散布不均、偏心量较大时，整机共振频率较小，振幅增大。因此在以高转速脱水前，应进行低速预脱水，减小偏心量。同时，检测负载中的偏心量，当偏心量低于预设的阀值时，才允许进入高转速脱水阶段。公司现有的普通橡胶材料和某新型高阻尼材料制作底脚，采用进行力锤频响测试。由频率响应测试结果可以看出，高阻尼材料底脚基本没有产生峰值，阻尼减振的效果极为明显。噪声分析 洗

10、涤噪声滚筒洗衣机的洗涤时间较长，因此很多用户对洗涤噪声也较为敏感。目前，串激电机型号洗涤噪声在左（）右，三相变频电机、或串激电机型号洗涤噪声主要是电机本身低频的电磁噪声，目前，该噪声的解决主要依赖于电机本身的优化。因为，整机上采用隔声、吸声的方式对该类噪声的改善成本较高，且效果不明显。 脱水噪声脱水噪声的主要声源包括箱壳辐射噪声、电电机型号洗涤噪声在一般在（）左右。机噪声、内筒高速旋转引起的噪声等。其中，偏心量的大小对整机噪声的影响极为显著。当衣物散布较均匀，偏心量较小时，整机噪声也较低；当偏心较大时，整机噪声相对较高。主要原因是偏心图锤击法测试材料阻尼特性量较大后，传递到轴承、箱体上的载荷变

11、大，导致噪声变大。因此，整机噪声在某种程度上取决于偏心感知与控制的精度。目前洗衣机行业中，变频洗衣机已能很好地实现洗衣机筒内衣物的重量、偏心量感知，且精度较高，技术较为成熟，偏心控制的精度较好，因此整机噪声较小。但是对于串激电机机型，因对负载的重量、偏心量感知的精度较低，当以高转速脱水时，偏心量难以控制，故实负载脱水时，整机噪声较大。特别在大偏心引起整机共振时，噪声可高达（）以上。另外一个影响整机噪声的关键因子是电机的用以上两种材料制作了同样为硬度的减振底脚，测试结果如图所示，高阻尼橡胶底脚后在整个脱水行程中振动均较小；而普通橡胶底脚在产生明显的共振峰，整机抖动剧烈且噪声极大。图阻尼橡胶底脚减

12、振效果振动，主要因为电机的振动传递到筒体，引起筒体振动产生辐射噪声。特别是当电机的振动频率或其谐波与筒体的某些固有频率一致时，会产生极大的噪声。因此在对整机噪声进行研究时，不但需要关注电机噪声，也要关注电机的振动，如图所示。一般来说，电机、串激电机的振动较大，三相变频电机振动较小。实际噪声测试时，使用三相变频电机的整机噪声大多比串激电机、电机机型好。 箱体侧板局部共振该问题表现为高速脱水时箱体侧板剧烈振动，并产生结构辐射噪声。主要原因是箱壳的固有频率与整机转速一致，引起箱壳共振。目前，该问题可通过对箱壳筋的形貌、深度进行优化，提高箱壳的固有频率，使脱水时间不至于引起箱壳共振。一般来说，侧板的固

13、有频率高于整机的最高转速以上即可满足实际需要。图电机振动测试图排水泵泄流孔 排水噪声滚筒洗衣机排水噪声也是用户投诉的主要问题点。滚筒洗衣机一般以上排水方式排水，当泵体中叶轮旋转产生的压力低于其扬程的压差时，难以将水完全排出。当叶轮拍打泵体内的残水即产生间断性的排水噪声，主要以中、低频为主，因此体感极差，极易引起用户投诉。为解决排水问题，很多洗衣机厂均进行多种尝试。比如改变滚筒洗衣机的排水方式，按照波轮洗衣机设计成下排水方式。还有一些是对泵体本身进行设计改良，如图所示，通过在泵体上使用泄流孔进行改善，但是通用性不高。图排水噪声改善示意图改善案例无锡小天鹅股份有限公司于年开发的某型号高能效滚筒洗衣

14、脱水振动噪声测试时，最大脱水转速为。实负载测试整机振动超过 ，最大可达 ，整机噪声在（）以上。 原因分析该洗衣机电机为电机，重量、偏心感知精度极高，高转速脱水时偏心量最大不超过，偏心控制无问题。模拟偏心扫频测试结果显 ，整理共振转速低于最大脱水转速，因此振动测试超过标准。频段噪声较大，进一步由窄带谱确定该噪声主要由的单根峰值引起，如图。该机使机单品振动加速度在有极大值，如图。用四极电机，电机实测转速，电由各点的噪声倍频程频谱可以看出，示，整机共振转速在左右，最大振动图电机单品振动测试本文提出了一种排水噪声的改善方法，可根据排水泵的发声原理，从根本上解决该问题。如图所示，通过对排水泵的开启，使得

15、叶轮始终都在液面以下，即可解决该问题。该方法目前面临的主要困难是水位传感器的感知精度不足。包括：门封的缓冲间隙较小，门封的硬度过高，底脚橡胶硬度过低。由于该电机的前封门与筒体间隙较小，因此门封的缓冲距离较少。因此从改善，底脚硬度由提高到。改进后，共振 以下。图前侧点噪声测试频成本、效果综合考虑，将门封的硬度由下降到转速提高到，实测多次实负载振动均在为改善整机噪声问题，采用如图所示隔振垫，对筒体与电机隔振，噪声下降（），峰值消失，整机噪声低于（）。图电机振动频谱谱进一步对筒体进行模态分析，筒体与电机连接处平板一阶固有频率正好在左右，如图。通过在筒体上粘贴阻尼材料进行噪声对比测试可确定，该噪声峰值是由于电机振动传递到筒体引起筒体共振，产生辐射噪声。图