一款超薄滚筒洗衣机的振动控制方法

黄 浣 陈园园 吴云贵

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

在各种现代科技产品在改善人类生活质量方面做出巨大贡献的同时，人们对产品的使用性能也提出了更高的要求。如今，滚筒洗衣机改善了我们的洗涤环境，逐渐成为家用洗衣机的主流[1]。超薄的滚筒洗衣机已经成为洗衣机行业的新趋势。本文主要使用偏心负载模拟滚筒洗衣机在脱水过程中衣物产生的偏心量，利用加速度传感器测得外桶在不同振动因子情况下的振动幅值，来确定外桶与箱体的最小间隙以及振动因子的选型。

1 脱水过程振动分析

基于多刚体系统动力学理论，对滚筒洗衣机悬挂系统进行虚拟样机建模[2]，洗衣机振动模型如图1。

系统运动的微分方程如下：

解方程得：

图1 洗衣机振动模型

式中：

m—吊装系统的总质量；

c —粘性系数；

ζ—阻尼系数；

k—表示吊簧总刚度；

m0—表示随机产生的偏心质量；

r—表示偏向质量产生位置所反映的偏向半径（最大内桶半径）；

ω—表示系统受迫振动的圆频率。

2 实验设计与验证

2.1 实验设计与理论计算

滚筒洗衣机从洗涤到脱水整个洗涤过程都是自动进行的，由于内筒中衣物不均匀而产生偏心，在离心惯性力的作用下引起洗衣机受迫振动，其振动量级与衣物的偏心（即不平衡量） 大小有关，也与整个吊装组件的质量 M、弹簧常数 k 和相对阻尼系数ζ有关[3]，我们在分析滚筒洗衣机的振动时不考虑箱体的刚度和底角的影响。

现滚筒洗衣机外桶组件的重量为40 kg，基础负载为8 kg，脱水过程产生偏心负载为1 kg。偏心产生的径向距离为265 mm（内桶直径530 mm），默认电机驱动转速为400 rpm，吊簧刚度系数选用9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm，安装角度为6.8 °。阻尼减振器的阻尼力选用60 N、80 N、120 N三种，其等效阻尼系数分别为230 N*m/s、300 N*m/s、450 N*m/s；安装角度为 12.8 °。

统计结果如表1。

从表1以及图2～图4的统计结果对比得出：

1）相同的吊簧刚度情况下，减振器选用80/80/120时外桶的振幅最小。

2）在相同减振器配比的情况下，吊簧刚度选用9 N/mm时外桶的振幅最小。

表1 matlab理论计算结果

图2 减振器配比60/60/120的外桶振幅

图3 减振器配比80/80/80的外桶振幅

2.2 实验认证

如图5，在现有的洗衣机吊装系统上，在配重块正上方布有加速度传感器，用于测量外桶的振动幅值。首先准备上述阻尼力为60N、80 N、120 N的减振器数根；刚度系数为9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm的吊簧数根。其次，准备单片重量为0.47 kg的磁力橡胶块(共17块)代替均布负载，1 kg磁力橡胶块代替偏心负载。然后设置脱水过程转速在0～900 rpm，分别记录脱水过程中外桶的振动幅值。最后利用软件分析得出数据。根据上述理论分析，设计两组实验。

实验结果：

1）减振器配比为80/80/120，吊簧刚度系数选用9 N/mm、10.5 N/mm、12 N/mm（如图6）。

2）吊簧刚度系数选用9 N/mm，阻尼减振器的阻尼力选用60/60/120 N、80/80/80 N、80/80/120 N三种（如图7）。

2.3 分析

1）从2.2实验结果得出：当阻尼减振器选择80 N、80 N、120 N的配比，吊簧的刚度系数选择9 N/mm时，外桶的振动幅值最小。与2.1理论计算的结果相符合。

2）我们在分析过程中考虑到影响振动的主要因子减振器和吊簧，将其它因素设为定量，不作为分析对象。

3）我们选用的减振器的阻尼力，吊簧的刚度系数等均为行业常用选择。

图4 减振器配比80/80/120的外桶振幅

4）阻尼器的阻尼系数受温度的升高而减小，故实验数据比理论值稍大。

图5 传感器放置位置

图6 减振器80/80/120不同吊簧刚度的外桶振幅

图7 吊簧刚度9 N/mm不同减振器配比的外桶振幅

3 结论

通过理论计算以及实验认证结果来看，以上述滚筒洗衣机为为例，当阻尼减振器选择80 N、80 N、120 N的配比，吊簧的刚度系数选择9 N/mm时，外桶的振动幅值最小且不大于8 mm。安全系数选为2，故我们在设计过程中外桶与箱体的最小间隙为16 mm。

由外桶与箱体的最小间隙，结合所述外桶现有的结构，推算出最小箱体尺寸，即超薄的滚筒洗衣机。