落地式空調(diào)器室內(nèi)機后板優(yōu)化設(shè)計

朱晉清 張雄飛 湯志平 陳圣文 周永松

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

后板是方形落地式空調(diào)器最重要零部件之一，是整個空調(diào)器室內(nèi)機的骨架，其特點面積大，且鈑金件厚度薄，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度差，影響結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能，因此方形落地式空調(diào)器后板鈑金件振動輻射引起噪聲問題比較常見。近年來也不少國內(nèi)外學(xué)者在研究振動與噪聲輻射關(guān)系[1,2]，關(guān)于聲輻射模態(tài)理論的研究表明，結(jié)構(gòu)聲輻射效率的高低與其表面振速分布有較大的關(guān)系.優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)的表面振速分布對于降低結(jié)構(gòu)的輻射噪聲非常有效[3]。

本文基于售后反饋方形落地式空調(diào)器室內(nèi)機存在低頻嗡嗡聲問題，通過廠內(nèi)實驗復(fù)現(xiàn)找出問題點，運用模態(tài)分析和CAE計算機輔助設(shè)計技術(shù)虛擬整機阻尼振動，對后板筋條進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和排布，改善后板振型效果和減低結(jié)構(gòu)聲輻射效率，同時提高后板整體剛度和抗沖擊能力，降低對電機振動激勵的響應(yīng)，改善噪聲效果，提升空調(diào)器噪聲品質(zhì)。

1 售后室內(nèi)機低頻嗡嗡聲原因分析

以裝在用戶家二樓客廳的方形落地式空調(diào)器室內(nèi)機為研究對象，空調(diào)器使用環(huán)境遠(yuǎn)離市區(qū)，相對安靜?？照{(diào)器室內(nèi)機安裝位置如圖1所示。

1.1 現(xiàn)場噪聲檢查情況

當(dāng)空調(diào)器運行穩(wěn)定后，在圖1空調(diào)器左側(cè)、右側(cè)和正面檢查噪聲情況，室內(nèi)機設(shè)置低風(fēng)檔運行時，空調(diào)器左側(cè)和右側(cè)1 m處有明顯低頻嗡嗡聲，正面嗡嗡聲稍弱；空調(diào)器設(shè)置超強風(fēng)檔時，空調(diào)器風(fēng)聲音稍大，在1 m處正面無明顯嗡嗡聲，左側(cè)和右側(cè)有較明顯嗡嗡聲，靠近空調(diào)器0.2 m處耳感有較強烈嗡嗡聲，檢查空調(diào)器后板發(fā)現(xiàn)電機安裝區(qū)域振動導(dǎo)致空調(diào)器后板整體共振明顯，且后板部分區(qū)域出現(xiàn)凹凸變形，不排除該空調(diào)器售后運輸或搬運過程中存在摔機或磕撞現(xiàn)象。為了驗證后板振動是否與電機有關(guān)，在后板上中下位置各貼一塊阻尼，改變其固有頻率，嗡嗡聲明顯改善，分析是后板與電機運轉(zhuǎn)時共振引起低頻嗡嗡聲。

圖1 室內(nèi)機安裝位置圖

1.2 廠內(nèi)同型號空調(diào)器分析

為了驗證空調(diào)器出廠時是否有低頻嗡嗡聲現(xiàn)象，在倉庫抽取同型號空調(diào)器分別在穩(wěn)壓和諧波電源進(jìn)行噪聲測試和耳感體驗，測試具體數(shù)據(jù)如表1所示。實驗結(jié)果表明，噪聲數(shù)據(jù)無明顯峰值，耳感無低頻嗡嗡聲，后板無共振現(xiàn)象，空調(diào)器出廠符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。

表1 同型號室內(nèi)機測試數(shù)據(jù)

為了進(jìn)一步分析驗證售后空調(diào)器出現(xiàn)低頻嗡嗡聲原因，抽取一套成品空調(diào)器室內(nèi)機模擬售后運輸摔機進(jìn)行0.5 m高跌落試驗，試驗后分別在穩(wěn)壓和諧波電源進(jìn)行噪聲測試和耳感體驗。測試具體數(shù)據(jù)如表2所示，實驗結(jié)果表明，在穩(wěn)壓電源下測試體驗噪聲效果良好，在諧波電源下測試數(shù)據(jù)有100 Hz和200 Hz峰值，耳感嗡嗡聲明顯，諧波電源下測試體驗情況與售后反饋空調(diào)器情況一致。電網(wǎng)中的諧波來自電氣設(shè)備，也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備[4]，由于我國相對電網(wǎng)諧波含量要求標(biāo)準(zhǔn)較寬，監(jiān)管也缺失，對于不同區(qū)域、不同時候電網(wǎng)諧波含量偏高引起電源畸變，這也空調(diào)器在用戶家容易出現(xiàn)低頻嗡嗡聲原因之一，但根據(jù)以上分析，此單售后問題主要原因是空調(diào)器在運輸或搬運過程中后板變形引起，因此，提高該產(chǎn)品后板剛度和抗沖擊能力是解決售后低頻嗡嗡聲的關(guān)鍵。

表2 同型號室內(nèi)機跌落試驗后測試數(shù)據(jù)

2 后板優(yōu)化設(shè)計

2.1 優(yōu)化設(shè)計方案

對售后反饋存在低頻嗡嗡聲空調(diào)器的后板利用有限元動力學(xué)進(jìn)行模態(tài)分析，分析結(jié)果表明，其后板結(jié)構(gòu)的固有頻率102 Hz和102.9 Hz與電機激勵頻率100 Hz接近，容易在電機電磁激勵下出現(xiàn)共振現(xiàn)象；同時，該后板100 Hz附近的振型振動較大區(qū)域集中，如圖3所示，受力沖擊容易導(dǎo)致局部變形，使噪聲輻射放大。

圖2 原后板結(jié)構(gòu)模型

圖3 原后板綜合振型（102 Hz）

通過對后板筋條進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和排布，改變后板筋的設(shè)計參數(shù)，運用有限元動力學(xué)進(jìn)行模態(tài)仿真和CAE計算機輔助設(shè)計技術(shù)虛擬整機阻尼振動分析，確認(rèn)最優(yōu)方案：筋寬28 mm（原后板16 mm），筋深1.2 mm（原后板0.8 mm），改進(jìn)后板結(jié)構(gòu)模型如圖4所示，固頻、振型分布，如表4、圖5所示。

圖4 改進(jìn)后板結(jié)構(gòu)模型

2.2 優(yōu)化方案效果

2.2.1 仿真結(jié)果

后板優(yōu)化前后的仿真分析結(jié)果見表3、表4和圖3、圖5，結(jié)果表明：

表3 原后板固有頻率一覽表

表4 改進(jìn)后板固有頻率一覽表

圖5 改進(jìn)后板綜合振型（104 Hz）

1）低階固頻由15.1 Hz提升至22.8 Hz，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)剛度大幅度改善；

2）優(yōu)化后結(jié)構(gòu)固頻為95.4 Hz和104 Hz，避開電機激勵頻率100 Hz，電機與后板共振問題得到有效改善；

3）振型得到明顯改善，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)大范圍區(qū)域振動減小。

3.2.2 實驗驗證

1）噪聲驗證情況

采用改進(jìn)結(jié)構(gòu)后板裝樣機，進(jìn)行0.5 m 高跌落試驗后分別在穩(wěn)壓和諧波電源進(jìn)行噪聲測試和耳感體驗，實驗結(jié)果表明，噪聲峰值數(shù)據(jù)無100 Hz附近頻率，耳感無低頻嗡嗡聲，后板振動情況良好，實驗驗證合格，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 改進(jìn)后板樣機跌落試驗后噪聲數(shù)據(jù)

2）后板振動驗證情況

隨機抽各取15 臺后板改進(jìn)前后樣機，采用振動檢測儀檢測出空調(diào)器后板振動最大點，檢測其振動位移和振動速度，檢測結(jié)果如圖6和圖7所示，檢測結(jié)果表明：新后板振動位移和振動速度有明顯的優(yōu)勢，且新后板振動情況一致性良好。

圖6 新舊后板振動速度對比

圖7 新舊后板振動位移對比

3 結(jié)論

售后反饋異常機型通過對后板筋條寬度加寬（寬度由16 mm調(diào)整28 mm）、筋條深度加深后（深度由0.8 mm調(diào)整1.2 mm），后板的整體強度、剛度以及抗沖擊、抗變形能力改善明顯；通過模態(tài)有限元分析，調(diào)整筋條的排布，使后板固頻遠(yuǎn)離100 Hz、200 Hz，可以有效避免電機電磁激勵下出現(xiàn)共振現(xiàn)象。優(yōu)化后的新后板比原后板在整體強度、抗變形等方面有較明顯的優(yōu)勢，新后板優(yōu)化結(jié)果達(dá)到預(yù)期的目的。