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(gè)空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的骨架，其特點(diǎn)面積大，且鈑金件厚度薄，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能，因此方形落地式空調(diào)器后板鈑金件振動(dòng)輻射引起噪聲問題比較常見。近年來(lái)也不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究振動(dòng)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(duì)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(jī)存在低頻嗡嗡聲問題，通過(guò)廠內(nèi)實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)找出問題點(diǎn)，運(yùn)用模態(tài)分析和CAE計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬整機(jī)阻尼振動(dòng)，對(duì)后板筋條進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)提高后板整體剛度和抗沖擊能力，降低對(duì)電機(jī)振動(dòng)激勵(lì)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(jī)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(jī)為研究對(duì)象，空調(diào)器使用環(huán)境遠(yuǎn)離市區(qū)，相對(duì)安靜?？照{(diào)器室內(nèi)機(jī)安裝位置如圖1所示。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)噪聲檢查情況

當(dāng)空調(diào)器運(yùn)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(jī)設(shè)置低風(fēng)檔運(yùn)行時(shí)，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(qiáng)風(fēng)檔時(shí)，空調(diào)器風(fēng)聲音稍大，在1 m處正面無(wú)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(qiáng)烈嗡嗡聲，檢查空調(diào)器后板發(fā)現(xiàn)電機(jī)安裝區(qū)域振動(dòng)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(yùn)輸或搬運(yùn)過(guò)程中存在摔機(jī)或磕撞現(xiàn)象。為了驗(yàn)證后板振動(dòng)是否與電機(jī)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)共振引起低頻嗡嗡聲。

圖1 室內(nèi)機(jī)安裝位置圖

1.2 廠內(nèi)同型號(hào)空調(diào)器分析

為了驗(yàn)證空調(diào)器出廠時(shí)是否有低頻嗡嗡聲現(xiàn)象，在倉(cāng)庫(kù)抽取同型號(hào)空調(diào)器分別在穩(wěn)壓和諧波電源進(jìn)行噪聲測(cè)試和耳感體驗(yàn)，測(cè)試具體數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，噪聲數(shù)據(jù)無(wú)明顯峰值，耳感無(wú)低頻嗡嗡聲，后板無(wú)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(hào)室內(nèi)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)

為了進(jìn)一步分析驗(yàn)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(jī)模擬售后運(yùn)輸摔機(jī)進(jìn)行0.5 m高跌落試驗(yàn)，試驗(yàn)后分別在穩(wěn)壓和諧波電源進(jìn)行噪聲測(cè)試和耳感體驗(yàn)。測(cè)試具體數(shù)據(jù)如表2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在穩(wěn)壓電源下測(cè)試體驗(yàn)噪聲效果良好，在諧波電源下測(cè)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(cè)試體驗(yàn)情況與售后反饋空調(diào)器情況一致。電網(wǎng)中的諧波來(lái)自電氣設(shè)備，也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備[4]，由于我國(guó)相對(duì)電網(wǎng)諧波含量要求標(biāo)準(zhǔn)較寬，監(jiān)管也缺失，對(duì)于不同區(qū)域、不同時(shí)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(yùn)輸或搬運(yùn)過(guò)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(hào)室內(nèi)機(jī)跌落試驗(yàn)后測(cè)試數(shù)據(jù)

2 后板優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

對(duì)售后反饋存在低頻嗡嗡聲空調(diào)器的后板利用有限元?jiǎng)恿W(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(jī)激勵(lì)頻率100 Hz接近，容易在電機(jī)電磁激勵(lì)下出現(xiàn)共振現(xiàn)象；同時(shí)，該后板100 Hz附近的振型振動(dòng)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(guò)對(duì)后板筋條進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和排布，改變后板筋的設(shè)計(jì)參數(shù)，運(yùn)用有限元?jiǎng)恿W(xué)進(jìn)行模態(tài)仿真和CAE計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬整機(jī)阻尼振動(dòng)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(jī)激勵(lì)頻率100 Hz，電機(jī)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(dòng)減小。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

1）噪聲驗(yàn)證情況

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

表5 改進(jìn)后板樣機(jī)跌落試驗(yàn)后噪聲數(shù)據(jù)

2）后板振動(dòng)驗(yàn)證情況

隨機(jī)抽各取15 臺(tái)后板改進(jìn)前后樣機(jī)，采用振動(dòng)檢測(cè)儀檢測(cè)出空調(diào)器后板振動(dòng)最大點(diǎn)，檢測(cè)其振動(dòng)位移和振動(dòng)速度，檢測(cè)結(jié)果如圖6和圖7所示，檢測(cè)結(jié)果表明：新后板振動(dòng)位移和振動(dòng)速度有明顯的優(yōu)勢(shì)，且新后板振動(dòng)情況一致性良好。

圖6 新舊后板振動(dòng)速度對(duì)比

圖7 新舊后板振動(dòng)位移對(duì)比

3 結(jié)論

售后反饋異常機(jī)型通過(guò)對(duì)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(qiáng)度、剛度以及抗沖擊、抗變形能力改善明顯；通過(guò)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(jī)電磁激勵(lì)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(qiáng)度、抗變形等方面有較明顯的優(yōu)勢(shì)，新后板優(yōu)化結(jié)果達(dá)到預(yù)期的目的。