聯(lián)軸器硬度對(duì)空調(diào)器振動(dòng)影響的研究及應(yīng)用

(格力電器（合肥）有限公司，安徽合肥 230088)

聯(lián)軸器用于將兩根軸聯(lián)接在一起，使它們一起旋轉(zhuǎn)，并傳遞扭矩，也可用作安全裝置的零件。空調(diào)行業(yè)中用聯(lián)軸器來(lái)連接多個(gè)離心風(fēng)葉，安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和傳動(dòng)軸之間，如圖1所示，從而通過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)多個(gè)離心風(fēng)葉同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 聯(lián)軸器裝配原理圖

聯(lián)軸器由軸套和橡膠體組成，軸套和聯(lián)接體材料的選用要求按表1，聯(lián)軸器軸套、橡膠體的運(yùn)動(dòng)特性會(huì)直接影響聯(lián)軸器工作的可靠性，例如聯(lián)軸器橡膠體的硬度選擇不合理將導(dǎo)致聯(lián)軸器振動(dòng)異響，甚至導(dǎo)致整機(jī)噪聲超標(biāo)[1]。

表1 聯(lián)軸器材料

本文使用隔振原理，結(jié)合有限元仿真及振動(dòng)測(cè)試分析，研究某空調(diào)內(nèi)機(jī)轉(zhuǎn)速附近區(qū)間內(nèi)由于聯(lián)軸器硬度選取不當(dāng)引起的噪聲振動(dòng)問(wèn)題。

1.異常噪聲振動(dòng)問(wèn)題描述

空調(diào)聯(lián)軸器的實(shí)際裝配模型如圖2所示，離心風(fēng)葉、聯(lián)軸器固定在傳動(dòng)軸上，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器帶動(dòng)離心風(fēng)葉，電機(jī)支架、電機(jī)、離心風(fēng)葉、傳動(dòng)軸、軸承支架和聯(lián)軸器作為一個(gè)整體。

圖2 空調(diào)聯(lián)軸器裝配示意圖

某開(kāi)發(fā)過(guò)程中空調(diào)內(nèi)機(jī)，內(nèi)機(jī)風(fēng)扇電機(jī)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速1200rpm時(shí)，內(nèi)機(jī)存在明顯的“嗡嗡”聲，且聯(lián)軸器位置存在肉眼可見(jiàn)的低頻位移，主觀(guān)評(píng)價(jià)難以接受[2]。

分析不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)支架位置振動(dòng)數(shù)據(jù)，振動(dòng)并沒(méi)有明顯的隨轉(zhuǎn)速增加而增加的趨勢(shì)，主要是在1200rpm時(shí)突然增加，如圖3所示。從頻譜上看，振動(dòng)主要由電機(jī)一倍頻（20Hz）激勵(lì)引起[3]，如圖4所示。

圖3 不同轉(zhuǎn)速下振動(dòng)對(duì)比

圖4 1200rpm時(shí)振動(dòng)加速度頻譜

2.內(nèi)機(jī)系統(tǒng)有限元分析

電機(jī)支架及風(fēng)機(jī)支架采用固定約束的方式，建立電機(jī)、傳動(dòng)軸、離心風(fēng)扇、聯(lián)軸器系統(tǒng)的有限元模型，如圖5所示。

圖5 聯(lián)軸器系統(tǒng)有限元模型

通過(guò)有限元仿真，聯(lián)軸器橡膠采用70硬度時(shí)，聯(lián)軸器存在19.8Hz的模態(tài)，模態(tài)振型為聯(lián)軸器兩側(cè)離心風(fēng)扇相對(duì)擺動(dòng)，見(jiàn)圖6。該頻率與電機(jī)1200rpm時(shí)的基頻（20Hz）重合，電機(jī)基頻激勵(lì)力激發(fā)起該模態(tài)，產(chǎn)生共振，導(dǎo)致無(wú)法接受的噪聲振動(dòng)問(wèn)題[4]。

圖6 聯(lián)軸器系統(tǒng)模態(tài)振型（硬度70 模態(tài)頻率19.8Hz）

表2 聯(lián)軸器參數(shù)

3.優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證

使用硬度優(yōu)化后的聯(lián)軸器，同樣測(cè)試電機(jī)支座處的振動(dòng)加速度。較70度的聯(lián)軸器，匹配硬度為60度的聯(lián)軸器時(shí)，1200rpm時(shí)的電機(jī)基頻振動(dòng)加速度由23.15m/s2降低至2.3m/s2，異常噪聲消失，主觀(guān)評(píng)價(jià)可接受，優(yōu)化效果明顯，如圖7所示。

圖7 硬度優(yōu)化前后振動(dòng)加速度對(duì)比

4.總結(jié)

針對(duì)某空調(diào)內(nèi)機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的異常噪聲振動(dòng)問(wèn)題，結(jié)合隔振理論，通過(guò)有限元仿真和振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，將問(wèn)題鎖定為聯(lián)軸器橡膠硬度選擇不合理。

優(yōu)化前后的振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比及主觀(guān)評(píng)價(jià)表明，聯(lián)軸器硬度對(duì)空調(diào)內(nèi)機(jī)的振動(dòng)噪聲影響明顯，優(yōu)化效果顯著。