基于頻譜與可視化分析相結合的吸塵器降噪研究

張昊， 賈世明， 李奕江

（沈陽化工大學，沈陽 110000）

基于頻譜與可視化分析相結合的吸塵器降噪研究

張昊， 賈世明， 李奕江

（沈陽化工大學，沈陽 110000）

文中采用懸掛系統來取代傳統的支撐裝置，通過一些彈簧和連接件的組合，來減小或消除電動機在高速運轉時所產生的結構振動，從而減小或消除通過支撐結構所傳遞至吸塵器外殼的振動，達到減震降噪的效果。

吸塵器；減震；懸掛

0 引 言

隨著社會科技的不斷進步，科技為生活帶來的便利也有目共睹，家庭清潔方面也是如此。隨著吸塵器的出現，曾經的擦或掃這類傳統清潔方法被打破，最早的吸塵器在1908年誕生，利用電扇的旋轉造成真空環境，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，也有不少的問題出現，而噪聲便是其中最大的問題。真空吸塵器在工作時，負壓的高速氣流通過吸嘴吸收塵屑。高速氣流通過吸嘴時對吸嘴產生沖擊而輻射噪聲,同時吸塵器工作時，其吸嘴風道界面會產生變化，且這種變化是不連續的,使得氣流轉變成為渦流,形成渦流噪聲。吸塵器所用電動機為串激電動機,轉速較高（一般在20 000 r/min左右）,一旦轉子動不平衡,就會產生動不平衡噪聲。

現在市面上的吸塵器噪聲在70 dB左右，長時間處在這種場合下，會引起聽力下降、暫時聽域改變、聽力疲勞等癥狀，甚至耳聾，同時，也可誘發如頭痛、失眠和煩躁等其它疾病。同時，噪聲也會分散人的注意力，使得工作效率降低、影響學習成績。圖1是我國民用建筑室內允許噪聲級。因此為使用者的身體健康著想，對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狀

臥式吸塵器的工作原理為：吸塵器的電動機風扇高速旋轉，達到20 000～40 000 r/min，使空氣高速排出，風扇前端的吸塵室將空氣不斷補充到風扇中，致使吸塵器內產生瞬間真空環境并與外界大氣壓產生一定負壓差，在一定負壓差作用下，將含有灰塵的空氣吸入吸塵室，經過集塵袋或過濾器過濾，將灰塵和污漬留下，然后凈化后的空氣由排風口排出，從而達到清潔的目的。

圖1 我國民用建筑室內允許噪聲級

由于吸塵器轉速高達20 000～40 000 r/min，因此平時工作時吸塵器的噪聲可以達到70 dB，并且噪聲的種類繁多，分為吸塵器內各部件撞擊以及電動機自身的不平衡所產生的機械噪聲，和吸塵器的進氣排氣口工作產生的氣動噪聲，也有電動機工作所產生的電磁噪聲。可以控制降低噪聲的方法目前有噪聲源控制、噪聲傳播途徑控制、保護接受者。

2 本文研究的主要內容

從吸塵器的發展歷史來看，噪聲問題一直是吸塵器行業不可避開的困難。因此，降低吸塵器噪聲，不論是從經濟利益方面著想還是消費者的生活健康著想，都是吸塵器發展路上所必不可少的。因此，小組以松下（panasonic） MC-CL525（藍色）吸塵器（如圖2）為樣品策劃了該項目。

本論文研究內容包括以下幾個方面：1）通過頻譜分析、近場測量和可視化分析，確認吸塵器噪聲源；2）在電動機罩與吸塵器外殼之間設計懸掛裝置取代傳統支撐裝置；3）通過進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 行業概況

2016年一季度家電行業整體實現主營收入1828.57億元，同比增長0.83%，增速環比改善較為明顯。從子行業來看，2016年一季度白電、黑電、廚電及小家電行業主營分別增長-2.75%、2.30%、17.17%及8.86%，廚電子行業主營增速依舊最為優異，而吸塵器所歸屬的小家電系列增速名列第二。

圖3 2013～2016年中國家電細分行業主營增速

吸塵器是較早進入我國的家居小家電品類，2004年后年銷量一路上升，2011年銷量突破8000萬臺，目前基本維持個位數增長，一線城市普及率已經達到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定在1400臺左右。

圖4 2004～2015年我國家用吸塵器銷量

而我國的經濟依然在不斷發展前進，雖然吸塵器的銷量增長僅以個位數增長，但是基于中國家庭數的巨大基數，我國家庭持有吸塵器的數量也是一個相當大的數字，在這種情況下，體現出了針對吸塵器的降噪產品的出現必要以及必然性，更可以體現出吸塵器的降噪產品的市場之大與消費受眾之廣。

我國環境狀況的惡化客觀上提供了巨大的市場需求。隨著經濟持續發展，廣大民眾的環保意識和對自己生活的環境質量的關注也空前提高。環境治理需要國家政策指引、執法部門監督和民眾促進，但最終需要環保企業依靠技術進步來實現。

圖5 2012～2014年減震降噪行業數據

圖5為減震降噪的行業數據。由此可見，減震降噪市場雖然發展還不穩定，但是依然呈現發展上升趨勢。

4 吸塵器懸掛系統設計

1）懸掛系統簡介。由汽車懸掛系統所啟發，小組設想通過在電動機罩子與吸塵器外殼之間安裝懸掛系統，由一些桿、桶以及彈簧來取代傳統的支撐裝置，將電動機與吸塵器外殼之間的力通過這些桿傳遞出去，減輕震動噪聲，且不影響吸塵器的正常工作，以此來降低噪聲。

2）懸掛系統設計。在研究了吸塵器外殼結構及電動機結構后，我們設計了懸掛系統來取代傳統的支撐裝置，通過一些彈簧和連接件的組合，來減小或消除電動機在高速運轉時所產生的結構振動，從而減小或消除通過支撐結構所傳遞至吸塵器外殼的振動，從而達到減震降噪的效果，如圖6所示。

圖6 吸塵器懸掛系統

5 結 語

綜上所述，隨著機械設計與小家電行業的發展，吸塵器基本已經走進了各家各戶，但是其噪聲污染也是不容忽視的部分，噪聲不僅會造成吸塵器的壽命縮減，也會對使用者及周邊的人的身體健康造成威脅，環境也會受到巨大污染。因此就必須重視對這種高頻噪聲的污染的防治，充分利用防震減噪技術。而我們所設計的防震減噪技術，僅依賴簡單的機械結構便可以有效地減噪，在節省成本又省力的情況下達到了防震減噪的效果，達到了良好的經濟收益與技術收益。

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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，機械設計制造及其自動化專業。

2017-03-14