莊京忠

摘 要： 空調風機支架的主要作用是支撐并緊固電機和風葉，其結構可靠性決定了風機系統(tǒng)的可靠運行。風機支架在風葉旋轉激勵作用下不可避免的會產生振動，當其固有振動頻率等于電機或風葉周期性作用力的頻率的整數倍時，就會使風機系統(tǒng)產生強烈的共振，影響空調產品的可靠性及舒適性。本文以某空調風機支架振動為例，分析并測試其動態(tài)特性，獲得風機支架模型在工作過程中實際邊界條件下振動狀態(tài)的數據，在振動測試和固有頻率測試的基礎上分析出風機支架振動異常的原因并提出合理的改進措施。

關鍵詞： 空調;風機支架;振動;固有頻率;模態(tài)分析

【中圖分類號】TF307 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）09-0163-01

1 空調室外機風機支架振動產生機理

空調室外機的振動源主要來自于壓縮機與風機系統(tǒng)。因為一方面它們自身工作時會產生振動，并通過一定的途徑向其他零部件傳遞出去;另一方面，壓縮機與風機系統(tǒng)運行時產生的振動會激勵其它零部件（主要管路件、風機支架、外殼）產生機械振動等，這些零部件接受激勵后還會向外輻射噪聲。通過分析可以得到風機支架振動的產生主要來源于電機與風葉的激發(fā)作用，而風機支架的振動也會激發(fā)外機殼體的振動，從而導致整機的振動。

研究發(fā)現，由于外機殼體等薄壁零件固有頻率較低，很容易受到壓縮機、電機與風機支架的振動激發(fā)而產生大幅振動。另外，外機殼體等薄壁零件又具有大的聲輻射面積，在振動激勵下容易產生輻射噪聲，因此壓縮機、電機與風機支架的振動是空調外機的可靠性差及產生噪聲是主要因素，可以看出，風機支架振動的產生主要來源于電機與風葉的激發(fā)作用，而風機支架的振動也會激發(fā)外機殼體的振動，從而導致整機的振動。

2 動態(tài)測試系統(tǒng)介紹

本次振動測試及固有頻率測試使用到的主要儀器，本次振動測試及固有頻率測試均在半消音室中完成，環(huán)境工況室外側溫度為20℃。

為準確評估風機支架對整機振動的影響，振動測試時壓縮機不運行，僅單獨運轉電機，通過多通道應變采集儀和加速度傳感器完成振動測試。

固有頻率測試時在電機靜止狀態(tài)下進行測試，通過LMS振動測量儀和激振錘完成測試。

3 振動測試

在空調室外機風機系統(tǒng)結構中，由于結構系統(tǒng)和載荷復雜，其動力學特性參數（如固有頻率、阻抗、阻尼等）目前尚無非常準確的振動理論公式計算，因此，工程上通常采用振動測試及固定頻率來獲取動態(tài)特性數據，通過對振動及固定頻率的數據進行分析，找出結構中存在的薄弱問題，然后再對其結構進行優(yōu)化，以提高整機結構的抗振能力。

為了準確評估整個空調風機支架系統(tǒng)的振動情況，結合風機振動傳遞路徑分析，將加速度傳感器布置在整機殼體（頂蓋、中隔板、前面板、前側板）及風機支架上，在僅風機運轉的情況下（為準確評估風機支架對整機振動的影響，振動測試時壓縮機不運行，故僅單獨運轉電機）測試風機支架系統(tǒng)的振動加速度。

4 固有頻率測試

4.1 激勵方式

一個準確的實驗模態(tài)分析最重要的便是要獲取到精確的頻響函數，只有在此基礎上，獲得的系統(tǒng)模態(tài)參數才相對精確。目前，頻響函數測試主要有兩種方法：一種是單點激振，多點測量，另一種便是多點激振，多點測量技術，兩者的區(qū)別主要是激勵點的數量和位置，其中單點激振技術由于其操作方便，是目前在實驗模態(tài)分析中應用較為廣泛的技術，在振動測試領域基本都有使用。而頻響函數測試可分為穩(wěn)態(tài)正弦激勵、隨機激勵和瞬態(tài)激勵三類。在本次風機支架的模態(tài)實驗中采用的便是單點激振技術中的錘擊脈沖瞬態(tài)激勵方法，具體操作方法為用一帶有力傳感器的激振錘對風機支架進行敲擊，對風機支架提供一個脈沖激勵，通過安裝在風機支架上的加速度傳感器獲取其振動響應，將力和振動響應信號傳送給測試分析系統(tǒng)進行求解分析，進而獲取到風機支架系統(tǒng)的模態(tài)參數。

4.2 測點布置

本文基于錘擊法進行模態(tài)測試，在風機支架的同一位置進行錘擊激勵，通過測量激勵力和加速度傳感器的響應數據，完成對風機支架模態(tài)參數的獲取。在錘擊模態(tài)測試中，激勵點的位置以及響應位置的選擇對評估整個風機支架系統(tǒng)的模態(tài)參數有重要影響。通常，激勵點需要選擇在結構中剛度將強的位置，同時應盡可能的選擇在有限元分析模型的節(jié)點位置，因此，本測測試選擇風機支架側面筋條作為錘擊點。另外響應點的位置通常選擇在結構平整無明顯形狀突變的位置，因此本次測試在風機支架上布置了10個響應測試點，10個測試點左右對稱分布于電機的兩側，加速度傳感器通過帶磁基座吸附在風機支架上，所示為本次測試的風機支架響應點位置。

5 測試結果分析

從風機支架的振動及固有頻率測試數據可以看出，風機系統(tǒng)的一階固有頻率為15.2Hz，而振動測試中測量所得風機支架的振動最大值對應頻率為15Hz，兩者基本一致。同時通過計算，電機的旋轉基頻為14.3Hz，也很接近風機支架的固有頻率，根據機械振動理論可知，當外界激勵的頻率和系統(tǒng)結構固有頻率相接近時，系統(tǒng)結構的振動就會被放大，這種現象工程上通常稱為共振。因此，可以判斷風機支架振動異常的主要原因為電機旋轉基頻與風機支架的固有頻率接近，引起風機支架產生共振，風機支架的振動被放大。通過振動測試數據也可以看出，風機支架的振動速度達到了47.61mm/s，遠遠高于外圍殼體及其他鈑金件的振動速度，這也符合共振的特征。

6 總結

本文先運用動態(tài)特征測試系統(tǒng)對一臺殼體振動明顯、有噪音質量問題的機子進行振動測試，獲得了機子各部件的振動有效值、最大值及最大值所對應的振動頻率，并分析出前側板的振動來源于風葉旋轉激勵，風機支架振動最大值對應的頻率與電機轉動的基頻較接近，且風機支架的振動遠高于其他部件，從而判斷可能是共振引起。為了進一步證實為共振引起及給出解決方案，本文再次運用動態(tài)特征測試系統(tǒng)對風機支架的固頻進行測試，獲得了風機支架的各階固頻，并分析出風機支架的一階固頻與電機的旋轉基頻很接近，從而判斷出風機支架的振動為共振引起。為了避開與電機旋轉基頻產生共振，本文最后對風機支架的結構進行改進，使其固頻發(fā)生改變，最終成功避開與電機共振，使噪音問題等到解決。

參考文獻

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