吸油煙機(jī)的異常噪聲探討分析

陳愛民

（佛山市順德區(qū)美的洗滌電器制造有限公司，廣東佛山 528322）

吸油煙機(jī)作為普通家庭廚房的一種電器，已成為人們生活中不可缺少的一部分。隨著人們生活水平的不斷提高以及對(duì)健康生活理念的認(rèn)同，人們對(duì)吸油煙機(jī)的品質(zhì)要求也越來越高。過去人們追求的是大風(fēng)量，快速將烹飪產(chǎn)生的油煙排出廚房，減少油煙對(duì)人體健康的損害。如今在滿足排煙的基礎(chǔ)上，人們對(duì)吸油煙機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的聲音越來越關(guān)注，當(dāng)產(chǎn)品噪聲品質(zhì)不良時(shí)，線上線下會(huì)經(jīng)常收到較多相關(guān)投訴。本文結(jié)合作者在家電振動(dòng)噪聲領(lǐng)域的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)吸油煙機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的典型異常噪聲的類型、頻率特征以及改善方法進(jìn)行綜合分析，以期為相關(guān)領(lǐng)域工作人員提供一定參考。

1 吸油煙機(jī)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理

吸油煙機(jī)的動(dòng)力部件主要是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，吸油煙機(jī)噪聲主要是由風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，主要包括風(fēng)聲、結(jié)構(gòu)聲和電磁聲。風(fēng)聲是葉輪旋轉(zhuǎn)切割周圍氣體產(chǎn)生的，根據(jù)頻率特性不同分為離散噪聲和渦流噪聲。結(jié)構(gòu)聲是由電機(jī)振動(dòng)傳遞至蝸殼、箱體產(chǎn)生的，一般體現(xiàn)為低頻噪聲。電磁聲是由電機(jī)定轉(zhuǎn)子間的氣隙磁場作用于電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，電磁聲的出現(xiàn)一般會(huì)伴隨多個(gè)倍頻頻率峰值。

2 常見的吸油煙機(jī)異常噪聲

一個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)匹配良好、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的吸油煙機(jī)一般不會(huì)出現(xiàn)異常噪聲。但往往由于某些產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)考慮不全面，忽略了用戶實(shí)際使用環(huán)境的要求，導(dǎo)致在實(shí)際環(huán)境使用過程中，往往會(huì)出現(xiàn)一些令人煩惱的聲音，根據(jù)人們聽覺的感受，分為以下幾種典型類型[1]：

2.1 嗡嗡聲

嗡嗡聲是一種常見的異常噪聲，其主要頻率特征是100 Hz及其倍頻，吸油煙機(jī)匹配單相異步交流電機(jī)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的典型噪聲，這與電機(jī)振動(dòng)密切相關(guān)。單相異步交流電機(jī)的正序磁場和逆序磁場相互作用是產(chǎn)生100 Hz 振動(dòng)的主要原因[2]，一般情況下正逆序磁場的相互作用不會(huì)徹底消除，因此100 Hz 振動(dòng)的存在也不可避免。

2.2 嘯叫聲

嘯叫聲通常有兩種類型，一類是電磁嘯叫聲，其主要頻率特征是900 Hz～2000 Hz，頻譜上體現(xiàn)是多個(gè)單頻峰值，且峰值比較突出。圖1 是模擬實(shí)際廚房環(huán)境進(jìn)行人工頭采集吸油煙機(jī)噪聲，其頻譜圖如圖2 所示，可以發(fā)現(xiàn)在頻譜圖中存在兩個(gè)較大的單頻峰值噪聲。另一類是氣流嘯叫聲，其頻率特征與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪葉片數(shù)量有關(guān)。氣流嘯叫聲頻率可通過公式（1）計(jì)算：

圖2 頻譜圖

其中：

n-風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；

k1-風(fēng)輪葉片數(shù)量。

2.3 轟鳴聲

轟鳴聲的主要頻率特征可通過公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

其中

n-風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；

k2-風(fēng)輪輪轂開孔數(shù)量。

從公式（2）可以看出，轟鳴聲頻率特征與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪輪轂開孔數(shù)量密切相關(guān)。例如某款吸油煙機(jī)的風(fēng)輪輪轂開孔數(shù)量為4 孔，如圖3 所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度為1350 rpm 時(shí)，其轟鳴聲頻率為90 Hz，實(shí)際測試的噪聲頻譜如圖4 所示，可以看出頻譜中的90 Hz 峰值噪聲正是轟鳴聲。

圖3 風(fēng)輪輪轂開4 個(gè)孔

圖4 噪聲頻譜圖

3 吸油煙機(jī)異常噪聲的改善方法

3.1 嗡嗡聲的改善方法

常用的改善嗡嗡聲的方法是提升電機(jī)隔振性能、提高電機(jī)支撐架的剛度、選用合適的風(fēng)輪與電機(jī)進(jìn)行匹配。電機(jī)與支撐架之間設(shè)置有減振墊，以減小電機(jī)振動(dòng)傳遞至蝸殼和箱體的振動(dòng)。目前產(chǎn)品上常用的電機(jī)減振墊有平墊和工字墊等類型，也有在工字墊基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化隔振性能的特殊工字墊形態(tài)等[3]。一般而言，工字墊的隔振性能優(yōu)于平墊。在實(shí)際問題驗(yàn)證過程中發(fā)現(xiàn)，電機(jī)支撐架的剛度不足更容易引起蝸殼部件的振動(dòng)，當(dāng)將支撐架的厚度由1.5 mm 增加至2 mm 時(shí)，電機(jī)傳遞至蝸殼的振動(dòng)明顯減小。風(fēng)輪與電機(jī)匹配不良時(shí)，電機(jī)運(yùn)行在其磁場圓度相對(duì)較差的工況，此時(shí)電機(jī)本身的振動(dòng)會(huì)變大，因此選用合適的風(fēng)輪對(duì)于改善嗡嗡聲很關(guān)鍵。此外蝸殼結(jié)構(gòu)模態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)避開100 Hz 及其倍頻頻率，以免引起共振[4]。

3.2 嘯叫聲的改善方法

嘯叫聲主要來源于電磁諧波力和風(fēng)聲，可以通過提升氣隙均勻度以及設(shè)計(jì)合理的風(fēng)輪及蝸舌參數(shù)來改善。

3.2.1 提升氣隙均勻度

如圖5 所示，電機(jī)定轉(zhuǎn)子間的氣隙磁場是產(chǎn)生電機(jī)振動(dòng)的力源，當(dāng)電機(jī)制造工藝不良時(shí)，電機(jī)氣隙產(chǎn)生偏心，氣隙磁場均勻性變差，從而不平衡電磁力變大，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生附件的電磁高頻諧波成分，這些電磁力是產(chǎn)生嘯叫聲的源頭，解決方法是提升定轉(zhuǎn)子間的氣隙均勻度。定義氣隙均勻度為設(shè)計(jì)氣隙減去偏心量后與設(shè)計(jì)氣隙的比值，這樣當(dāng)氣隙均勻度由40%提升到60%時(shí)，嘯叫聲峰值由57 dB(A)降低至45 dB(A)，聽覺改善明顯，如表1 所示?？梢酝ㄟ^在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)增加工裝等手段來提升氣隙均勻度。

表1 不同氣隙均勻度的嘯叫聲峰值

圖5 氣隙偏心

3.2.2 設(shè)計(jì)合理風(fēng)輪及蝸舌參數(shù)

風(fēng)輪參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)出現(xiàn)氣流嘯叫的聲音。當(dāng)出現(xiàn)氣流嘯叫聲時(shí)，經(jīng)常通過調(diào)整風(fēng)輪的葉片數(shù)量和設(shè)計(jì)合理的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速來避開嘯叫聲頻率。此外，合理設(shè)計(jì)蝸舌參數(shù)也可以避免較大的氣流嘯叫聲產(chǎn)生，比如蝸舌間隙、蝸舌半徑等參數(shù)應(yīng)適當(dāng)，不宜過大或過小，必要的時(shí)候?qū)ξ伾嘈螤钸M(jìn)行一定的優(yōu)化，也可起到事半功倍的效果。

3.3 轟鳴聲的改善方法

轟鳴聲屬于一種氣動(dòng)噪聲，其主要與風(fēng)輪風(fēng)道的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。根據(jù)2.3 節(jié)中公式（2）可知，通過改變風(fēng)輪輪轂開孔的數(shù)量即可調(diào)整轟鳴聲的頻率特征，從而選擇轟鳴聲強(qiáng)度較弱的頻率，風(fēng)輪輪轂不同開孔數(shù)量如圖6 所示。同時(shí)設(shè)計(jì)合理的風(fēng)輪輪轂開孔形狀和大小，如圖7 所示，也會(huì)起到減弱轟鳴聲強(qiáng)度的作用。另外，轟鳴聲的強(qiáng)弱也與風(fēng)道阻力大小有一定關(guān)系，實(shí)踐證明，一個(gè)阻力損失嚴(yán)重的風(fēng)道結(jié)構(gòu)更容易引發(fā)轟鳴聲，因此在設(shè)計(jì)風(fēng)道時(shí)應(yīng)盡量避免大的拐彎，防止局部損失過大。

圖6 風(fēng)輪輪轂不同開孔數(shù)量（左邊開3 孔，右邊開7 孔）

圖7 風(fēng)輪輪轂不同開孔形狀和大小

4 結(jié)束語

噪聲品質(zhì)是吸油煙機(jī)產(chǎn)品優(yōu)良的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，吸油煙機(jī)噪聲品質(zhì)的改善是一項(xiàng)長期且需持續(xù)不斷開展的任務(wù)。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)吸油煙機(jī)存在的三類影響噪聲品質(zhì)的異常噪聲進(jìn)行了探討分析，為進(jìn)一步提升吸油煙機(jī)產(chǎn)品的品質(zhì)質(zhì)量以及優(yōu)化用戶的產(chǎn)品使用體驗(yàn)提供參考。