家用洗碗機振動噪聲優(yōu)化設(shè)計分析

梁淘

摘 要：洗碗機振動噪音大小是評定洗碗機質(zhì)量的重要指標(biāo)。為減少某家庭洗碗機的振動與噪音，通過測試和仿真相融合的途徑，探討了洗碗機箱門與內(nèi)膽結(jié)構(gòu)特定頻率對噪音的干擾，結(jié)果顯示，洗碗機箱門與內(nèi)膽底板特定頻率對噪音的影響很大，而整個內(nèi)膽的特定頻率對噪音的影響很小。通過完善內(nèi)膽底板構(gòu)造，完善后的洗碗機整個內(nèi)膽振動噪音要優(yōu)于原設(shè)計，同時，洗碗機噪音從原本的52.72dB下降到38.87dB，達到了噪音小于39dB的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提高了該產(chǎn)品的核心競爭水平。

關(guān)鍵詞：家庭洗碗機;振動噪音;優(yōu)化設(shè)計

隨著生活質(zhì)量的提升及生產(chǎn)節(jié)奏的加快，人民選取家電的標(biāo)準(zhǔn)也從簡單追求功能慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨?jié)省資源、工作安全、綠色節(jié)能為主要目標(biāo)。從改革開放后，國內(nèi)家用電器普及性很高，但是家庭洗碗機且始終是一塊還沒有被開發(fā)且有巨大發(fā)展空間的領(lǐng)域。主要原因是，家庭洗碗機的推廣與使用受到廚房空間、水電費、專用清洗劑、生活理念和消費習(xí)慣等多種因素的限制和影響。中國家庭的餐具重點是碗筷，碗具類型、尺寸、式樣多種多樣，且深度大，但洗碗機大都采取一般的噴淋式清理，水流較弱，沖刷點無法包含碗壁每個位置，有洗不徹底的死角，清晰十分復(fù)雜，不如手洗簡便、干凈。

1、洗碗機結(jié)構(gòu)及運行原理

某家庭洗碗機3D結(jié)構(gòu)。其運行原理是，水通過進水口流進洗碗機水杯，利用電熱部件來加熱水，接著洗滌泵把水杯內(nèi)的水排斥，熱水經(jīng)過一個或若干個噴臂壓力噴出，碰壁在水流影響下旋轉(zhuǎn)，令水噴至洗碗機內(nèi)部每個邊角，清理餐具，在高溫水流與洗滌劑作用下，能夠有效清理餐具上的油漬。最后水依舊流進水箱，沖洗下的殘渣被網(wǎng)格遮擋，油污漂浮于水面，經(jīng)排污口排凈。如此一來，熱水能循環(huán)應(yīng)用，以節(jié)省用水及能耗。

2、洗碗機振搗噪音檢測

2.1樣機噪音檢測

該洗碗機的減噪目標(biāo)是把噪聲為此在39dB之下，進而使該洗碗機的噪音達到國際標(biāo)準(zhǔn)水平。根據(jù)：《IEC 60704-1：1997家庭及類似用途家電傳出的氣載噪音檢測規(guī)則——通用標(biāo)準(zhǔn)》與《IEC 60704-2-3：2005家電明確空氣噪音的測試方法——對洗碗機的特別要求》，對樣機展開噪聲檢測。通過研究發(fā)現(xiàn)，噪聲較大處重點集中于100與200赫茲周邊，噪聲的分貝值高達52.72dB。為掌握洗碗機的構(gòu)造輻射噪音，需要檢測洗碗機外部振動。

2.2樣機振動檢測

因為洗碗機的外殼與內(nèi)膽之間安有降振隔聲器，其運行時主要由箱門一邊輻射噪音，所以振動測試重點集中于箱門一邊。

經(jīng)外殼振動試驗，發(fā)現(xiàn)噪聲源主要源自洗碗機底部，而且振動的工作頻率也在100-200Hz左右。通過外殼振動檢測結(jié)果顯示，振動重點源自底部電機和泵身。而振動頻率是因為電機轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)的受迫振動以及某些結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振造成的，要求模態(tài)研究確定洗碗機。經(jīng)模態(tài)分析研究能夠了解洗碗機零件在某個極易受到干擾的頻率之內(nèi)的各階重要模態(tài)性質(zhì)，進而能夠預(yù)測結(jié)構(gòu)在這一頻段內(nèi)，在內(nèi)部和外部每種噪聲源作用下出現(xiàn)的實際振動聲音。

3、洗碗機構(gòu)件模態(tài)研究

3.1材料系數(shù)

整個洗碗機的重要結(jié)構(gòu)材料包括ABS塑材、PP+T20塑材、鋼材以及EPDM橡膠，具體的材料屬性見表1所示。

3.2箱門模態(tài)研究

因為洗碗機箱門屬于洗碗機朝外部輻射噪音的重要構(gòu)件，為此，探究洗碗機振動噪音和結(jié)構(gòu)固定頻率的聯(lián)系，洗碗機箱門是主要關(guān)心的對象。借助CAE系統(tǒng)Hyperworks對各個元部件展開網(wǎng)格分類、模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)完善。箱門的幾何模型。箱門內(nèi)外為薄板結(jié)構(gòu)，借助Hyperworks細分網(wǎng)格，再使用Radioss對箱門內(nèi)外結(jié)構(gòu)進行模態(tài)研究。

通過箱門內(nèi)外結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)門薄板構(gòu)造第1階與第6階模態(tài)的固定頻率分別是100Hz與22Hz，外門在第2階、第3階和第4階模態(tài)頻率處于100Hz周邊。根據(jù)上述測試結(jié)果，振動與噪音重點集中于100Hz與200Hz周邊，表示洗碗機箱門構(gòu)造固定頻率極大影響到洗碗機噪音[1]。因為結(jié)構(gòu)外表聲壓與結(jié)構(gòu)外表振動速度是正比關(guān)系，所以針對薄板模態(tài)的振幅和噪聲輻射呈正比，為此能夠通過調(diào)整這些構(gòu)造輻射噪聲的模態(tài)形式來減噪，比如，能夠提升模態(tài)頻率降低振幅，或是防止結(jié)構(gòu)共振;降低洗碗機中激勵源傳入箱門的作用力。

4、洗碗機結(jié)構(gòu)完善設(shè)計

4.1內(nèi)膽底板完善方法

借助Optistruct系統(tǒng)通過添加加強筋的途徑完善內(nèi)膽底板構(gòu)造。在完善內(nèi)膽底板時，應(yīng)當(dāng)全面考量底板的對稱性與排污的順暢性。以底板固定頻率為主要函數(shù)，實施對稱約束與反向約束。經(jīng)過計量獲得結(jié)構(gòu)完善的結(jié)果。其中，一個代表筋深度10毫米，另一個代表0，中間代表0-10毫米之間。因為這一結(jié)構(gòu)不規(guī)則，僅能作為加筋的借鑒。

結(jié)合上述加筋思路，根據(jù)實際情況，前面原本小橫筋除掉，加上三條縱筋，后面原本寬筋除掉，添加兩條縱筋，左右分別加一條橫筋，寬度都是40毫米，深度5毫米，完善后內(nèi)膽底板分布。為掌握內(nèi)膽底板完善后內(nèi)膽總體的振動噪音情況，應(yīng)當(dāng)對內(nèi)膽整體展開諧響應(yīng)研究[2]。借助RADIOSS系統(tǒng)對內(nèi)膽底板完善后的內(nèi)膽整體展開諧響應(yīng)研究。內(nèi)膽在100赫茲作用下完善前后內(nèi)膽指定部位的振動響聲比較曲線。結(jié)果表明，在幾乎全部的頻率段完善設(shè)計的振動響聲均優(yōu)于原本設(shè)計。

4.2完善后樣機噪聲檢測

按照之前的試驗與仿真分析，經(jīng)完善內(nèi)膽底板整體來防止內(nèi)膽結(jié)構(gòu)共振，進而減少洗碗機振動與噪聲[3]。對完善后的樣機展開噪聲檢測。電器聲功率級曲線能夠發(fā)現(xiàn)，完善后的樣機噪聲是38.87dB，低于39dB，符合該洗碗機降振降噪的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，此處所采取的洗碗機降振降噪方法是有效的。

5、結(jié)論

（1）噪聲源主要源自洗碗機底部電機與水泵，而且振動與噪音的主要頻率為100Hz與200Hz上下;（2）經(jīng)對洗碗機箱門展開模態(tài)研究，結(jié)果顯示箱門結(jié)構(gòu)的固定頻率對振動噪音有很大影響;（3）洗碗機出現(xiàn)很大振動不是通過洗碗機內(nèi)膽結(jié)構(gòu)共振造成的，而內(nèi)膽底板的第5階模態(tài)是114Hz較為接近100赫茲，內(nèi)膽底板整體共振對振動及噪音的影響很大;（4）通過完善內(nèi)膽底板結(jié)構(gòu)，不斷提升了內(nèi)膽底板第5階模態(tài)頻率，防止了內(nèi)膽整體的共振;（5）通過完善洗碗機內(nèi)膽整體結(jié)構(gòu)，完善后樣機噪音是38.87dB，符合低于39dB的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻：

[1]鄧雅靜.博西洗碗機在中國的“本土化”：從“拓荒者”到“引路人”[J].電器，2018（06）：24-25.

[2]毛璐瑤，郭偉科，吳智恒，張華偉.家用洗碗機振動噪聲優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造，2018（01）：215-218.

[3]魯建國.家用洗碗機已建立較為完整的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評價體系[J].家電科技，2017（10）：14.