淺談空調室外機電機支架的設計

高偉 呂錦鑾

摘? ?要：目前空調電機支架的結構設計仍然依靠經驗為主導，在業界并未形成統一的標準。為了有效降低室外機風機腔的噪聲，本文從空調外機結構設計的角度作分析，從空調外機噪聲來源入手，給出減震空調外機機架設計方案和材料選擇，給出直型電機支架設計方案，并對風葉翻面設計進行改進，當翻面設計為與風葉方向相同時，能降低噪聲，增加風量，提高空調外機風機效率。本文對空調室外機電機支架噪聲來源入手作分析，給出減震空調外機機架設計方案，以便對實際的制造使用提供參考。

關鍵詞：空調外機機架? 結構設計? 外機材料? 外機噪聲

中圖分類號：TM341? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0077-02

空調室外機主要用于商業場所或家庭住宅，而室外機風機系統通過螺絲釘固定在電機支架上，形成一個組件后，再固定在底盤上。目前空調電機支架的結構設計仍然依靠經驗為主導，在業界并未形成統一的標準。為了有效降低室外機風機腔的噪聲，電機支架的設計需要從結構形式、加工方式等方面進行考慮[1]。良好的機架設計對空調外機的使用壽命、能耗、效率和使用舒適度有顯著作用[2][3]

1? 空調外機噪聲分析

1.1 空調外機結構復雜

空調外機主要結構包括殼體、冷凝器、風機組件和壓縮機組件。殼體由面板、側板、頂蓋和底殼等部件組成，相互之間通過螺釘硬連接;冷凝器由翅片和管路組成，管路的走向曲折復雜，管路內部還存在螺紋結構，制冷劑在管路中以氣態和液態交替的方式流動;風機組件由電機、風葉、電機支架組成，固定于底殼和面板之間;壓縮機組件內有氣缸、電磁系統、油路系統等，結構更為復雜。

1.2 空調外機噪聲源廣

據噪聲源的不同，包括空調內固體間、固體和液體間、液體間、固體和氣體間產生的噪聲。固體間的噪聲源包括電機線圈和電機定子鐵芯之間產生的摩擦噪聲，風機運動時和外機殼體間的傳遞噪聲，壓縮機運行時因抖動傳遞到管路的噪聲等。固體和液體間產生的噪聲主要包括壓縮機和管路系統內的制冷劑與管路內壁摩擦產生的噪聲，制冷劑自身也會因流向復雜而形成液體間沖擊的噪聲，風葉轉動時與空氣相互摩擦會產生固體和氣體之間的噪聲。各種噪聲源產生的噪聲疊加會導致空調外機噪聲放大。

1.3 空調外機降噪功能設計不足

空調外機系統會主動產生噪聲，因此在設計過程中也需要考慮減震設計。但是因為空調外機設計并沒有統一標準，甚至有些廠商可能并未考慮減震設計，導致空調外機在運行過程中噪聲大影響用戶感受，不良的震動也會影響到空調的使用壽命。在空調的制造材料方面，整體殼體板材的厚度、支架的剛度和強度、壓縮機的結構和工作方式，都會對噪聲的生成產生影響。在外機的架設方面，架設距離地面的高度，打入墻體內的鋼筋深度，與空調內機連接的孔洞大小，也會對空調外機的噪聲產生影響。

2? 空調外機結構設計

2.1 減噪外機結構設計方案

目前電機支架主要采用三種方式，分為直型電機支架、弓形電機支架和半截電機支架等。

2.1.1 結構形式設計

電機支架的結構設計合理性主要與風葉、電機安裝方式及安裝后的重心是否合適有關。理論上，由于風葉伸進距離與風量呈對數關系，風葉的伸進距離并不能過多，當伸進距離達到一定閾值后，繼續伸進風量增加不明顯。此外，由于前側擋板的限制，風葉不能無限制的伸進。因此風葉的伸進距離為2/3時最為合適。弓形的支架會使電機重心前移，增加集震源的力矩，使震動容易放大，直型支架可以有效規避此問題，同時在電機安裝位置增加凸包可以增加支架強度，減少震動的傳遞。三款不同的電機支架的結構形式，如圖1所示。

2.1.2 翻邊方向設計

為了架線方便省事，電機的翻邊均是與扇葉方向相反朝后，這樣設計帶來的影響會導致室外進風量降低、噪聲增大、效率降低。因此，在電機支架設計過程中，考慮到提高進風量，降低噪聲，提高效率，翻邊的設計應與風葉方向相同朝前。試驗結果如表1所示，在同轉速下、電機支架翻邊朝后時，所產生的噪音高于翻邊朝前噪音1dB左右，效率降低4%左右;在同轉速下，電機支架翻邊朝后風量低于翻邊朝前，減少量約為100m3/h。實驗結果表明，翻面設計為與風葉方向相同時，能降低噪聲，增加風量，提高空調外機風機的效率。

2.2 加工方式的選擇

對于相應的減震機架設計需采用對應的加工方式，目前常見的加工方式包括單沖模，連續模和三次元。

2.2.1 單沖模

單沖模是無導向裝置的沖裁模和成形模[4]。在零件的制作過程中，每個機床只執行一個工序，這會導致加工效率低、精度低、功耗大，無法大規模批量生產，且生產的大批零件無法保證一致性和精確性，目前這種加工方式只適合生產小批零件。

2.2.2 連續模

連續模工序直接從板、條、帶、卷材等不同原材料上，用不同結構類型的多工位模具一模成形，制作出各種復雜形狀的沖裁件和立體成形件的模具結構形式[5]。當連續模工作時，壓力機完成一個行程，連續模上的不同工位分別完成所需要的全部沖壓作業。當原材料在進給方向上連續通過模具中的所有工位時，完成一個行程或一組沖壓部件。因此，當連續模生產時，不僅效率高，而且制造的部件具有良好的一致性和高互換性，更便于實現生產的無人化、機械化、自動化和操作安全性。與其他類型的模具相比，多工位連續模結構復雜，難以制造和維護，并且成本高，其結構設計時需要預留連料點，否則無法實現，而且連續模頭尾兩件是廢件。

2.2.3 三次元

三次元的主要特點是采用機械手進行連續生產。每個操作工位獨立完成一個工序，工位間通過機械手臂進行抓取和移動，這樣做的一個顯著的特點是生產效率高[6]。其優點是加工后的零件一致性和互換性得到提高，同時大批量零件的精確度、精密性也明顯加強。但是，采用機械臂的方式也會帶來設備成本提高、維護周期長，設計過程中要求也相應提高。

2.2.4 實際應用

在實際應用中，選用哪種結構，通常要根據交貨期T、質量Q、成本C三要素權衡確定[7]，同時也需要考慮到公司內部現有的生產線，不能因為采用連續模導致現有生產線必須改造。在現有的成形技術水平與條件下，在保證沖壓件質量的基礎上，最短的生產周期和最低的制造成本是模具選擇的基本原則。正常情況下，零件尺寸處于中小級別的薄板沖壓件，在條件允許的條件下最好選用合適的連續模沖制。使用連續模在大多數情況下都能達到沖件的質量要求，但需求量小時則未必經濟合算。多工位連續模只有在大批量生產時才能顯示出明顯的優勢。在選擇零件加工方式時，有必要估算該零件的總產量，這樣更容易取得更好的經濟效益。

2.3 制作材料

考慮到減震設計的需求，空調外機的電機在設計過程中，可以考慮采用新型材料，如橡膠材料、輕質鋼材。外殼的設計可以采用高阻尼材料，吸收噪聲，降低噪聲的傳播。在機架的連接處，要接合牢固，對于滑輪或者軸承處，必要時可涂抹潤滑油，減低震動效果。

3? 結語

針對空調室外機電機支架設計，本文從空調外機噪聲來源出發，對噪聲來源進行分析。并針對噪聲特點，給出減震減噪空調外機機架設計方案，采用直型電機支架（中間凸包）可以有效提高減震、降噪的可能性，并對支架翻面設計進行改進，當翻面設計為與風葉方向相同時，能降低噪聲，增加風量，提高空調外機風機效率。

參考文獻

[1] 宋永喜.空調室外機振動噪音的傳遞路徑研究[D].昆明理工大學，2016.

[2] 魯琦，殳國華.基于單片機的紅外超聲室內定位系統[J]. 微處理機，2006（2）：66-68.

[3] 王倩，王清周，崔春翔，等.多孔CuAlMn形狀記憶合金的制備及其壓縮特性[J].河北工業大學學報，2012，41（1）：57-60，65.

[4] 趙廣平，劉小紅.模具設計[M].江西：江西高校出版社， 2008.

[5] 張正修，李欠娃.多工位連續模的類型、結構及制造[J]. 鍛壓裝備與制造技術，2002，37（5）：58-62.

[6] 黃偉.三次元送料機械手的設計與軌跡的規劃和優化[D].中北大學，2015.

[7] 王喜.成形極限應力圖及其在多道次拉深成形中的應用研究[D].南京航空航天大學，2006.