一款超薄滾筒洗衣機的振動控制方法

黃 浣 陳園園 吳云貴

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

在各種現代科技產品在改善人類生活質量方面做出巨大貢獻的同時，人們對產品的使用性能也提出了更高的要求。如今，滾筒洗衣機改善了我們的洗滌環境，逐漸成為家用洗衣機的主流[1]。超薄的滾筒洗衣機已經成為洗衣機行業的新趨勢。本文主要使用偏心負載模擬滾筒洗衣機在脫水過程中衣物產生的偏心量，利用加速度傳感器測得外桶在不同振動因子情況下的振動幅值，來確定外桶與箱體的最小間隙以及振動因子的選型。

1 脫水過程振動分析

基于多剛體系統動力學理論，對滾筒洗衣機懸掛系統進行虛擬樣機建模[2]，洗衣機振動模型如圖1。

系統運動的微分方程如下：

解方程得：

圖1 洗衣機振動模型

式中：

m—吊裝系統的總質量；

c —粘性系數；

ζ—阻尼系數；

k—表示吊簧總剛度；

m0—表示隨機產生的偏心質量；

r—表示偏向質量產生位置所反映的偏向半徑（最大內桶半徑）；

ω—表示系統受迫振動的圓頻率。

2 實驗設計與驗證

2.1 實驗設計與理論計算

滾筒洗衣機從洗滌到脫水整個洗滌過程都是自動進行的，由于內筒中衣物不均勻而產生偏心，在離心慣性力的作用下引起洗衣機受迫振動，其振動量級與衣物的偏心（即不平衡量） 大小有關，也與整個吊裝組件的質量 M、彈簧常數 k 和相對阻尼系數ζ有關[3]，我們在分析滾筒洗衣機的振動時不考慮箱體的剛度和底角的影響。

現滾筒洗衣機外桶組件的重量為40 kg，基礎負載為8 kg，脫水過程產生偏心負載為1 kg。偏心產生的徑向距離為265 mm（內桶直徑530 mm），默認電機驅動轉速為400 rpm，吊簧剛度系數選用9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm，安裝角度為6.8 °。阻尼減振器的阻尼力選用60 N、80 N、120 N三種，其等效阻尼系數分別為230 N*m/s、300 N*m/s、450 N*m/s；安裝角度為 12.8 °。

統計結果如表1。

從表1以及圖2～圖4的統計結果對比得出：

1）相同的吊簧剛度情況下，減振器選用80/80/120時外桶的振幅最小。

2）在相同減振器配比的情況下，吊簧剛度選用9 N/mm時外桶的振幅最小。

表1 matlab理論計算結果

圖2 減振器配比60/60/120的外桶振幅

圖3 減振器配比80/80/80的外桶振幅

2.2 實驗認證

如圖5，在現有的洗衣機吊裝系統上，在配重塊正上方布有加速度傳感器，用于測量外桶的振動幅值。首先準備上述阻尼力為60N、80 N、120 N的減振器數根；剛度系數為9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm的吊簧數根。其次，準備單片重量為0.47 kg的磁力橡膠塊(共17塊)代替均布負載，1 kg磁力橡膠塊代替偏心負載。然后設置脫水過程轉速在0～900 rpm，分別記錄脫水過程中外桶的振動幅值。最后利用軟件分析得出數據。根據上述理論分析，設計兩組實驗。

實驗結果：

1）減振器配比為80/80/120，吊簧剛度系數選用9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm（如圖6）。

2）吊簧剛度系數選用9 N/mm，阻尼減振器的阻尼力選用60/60/120 N、80/80/80 N、80/80/120 N三種（如圖7）。

2.3 分析

1）從2.2實驗結果得出：當阻尼減振器選擇80 N、80 N、120 N的配比，吊簧的剛度系數選擇9 N/mm時，外桶的振動幅值最小。與2.1理論計算的結果相符合。

2）我們在分析過程中考慮到影響振動的主要因子減振器和吊簧，將其它因素設為定量，不作為分析對象。

3）我們選用的減振器的阻尼力，吊簧的剛度系數等均為行業常用選擇。

圖4 減振器配比80/80/120的外桶振幅

4）阻尼器的阻尼系數受溫度的升高而減小，故實驗數據比理論值稍大。

圖5 傳感器放置位置

圖6 減振器80/80/120不同吊簧剛度的外桶振幅

圖7 吊簧剛度9 N/mm不同減振器配比的外桶振幅

3 結論

通過理論計算以及實驗認證結果來看，以上述滾筒洗衣機為為例，當阻尼減振器選擇80 N、80 N、120 N的配比，吊簧的剛度系數選擇9 N/mm時，外桶的振動幅值最小且不大于8 mm。安全系數選為2，故我們在設計過程中外桶與箱體的最小間隙為16 mm。

由外桶與箱體的最小間隙，結合所述外桶現有的結構，推算出最小箱體尺寸，即超薄的滾筒洗衣機。