家用洗碗机振动噪声优化设计 梁发明

家用洗碗机振动噪声优化设计梁发明

发表时间：2019-04-18T15:49:44.153Z 来源：《基层建设》2019年第3期作者：梁发明

[导读] 摘要：本文分析了洗碗机的结构振动和噪声的来源是结构振动和噪音的能量传递，优化了内胆和水杯结构，降低了洗碗机的振动和噪音。

佛山市百斯特电器科技有限公司广东省佛山市 528000

摘要：本文分析了洗碗机的结构振动和噪声的来源是结构振动和噪音的能量传递，优化了内胆和水杯结构，降低了洗碗机的振动和噪音。

关键词：家用洗碗机；振动噪声；优化设计

前言

家用洗碗机是依靠电力驱动，用化学能、机械能、热能等，对碗、盘子、玻璃器皿和刀叉等餐具进行洗涤、漂洗的器具，即洗碗机具备对餐具进行洗涤、漂洗、烘干和除菌的功能。

1去污原理

从洗涤工作原理上，自动洗碗机都是利用水的冲刷或者空泡来去除污渍，但是，单纯依靠机械作用来清除污渍的效果是非常差的，因此，还需要辅助加温水的热能作用和洗涤剂的除油去污作用。为了提高的清洁力，达到省时、杀菌消毒等目的，主流机型中都安装有加热器，可以将洗涤水加热，加热后水温一般在45℃～75℃。显然，热水中去污能力比冷水有明显提高。对于脂肪类油污，随温度的升高，逐渐软化、甚至融化。同时，热水也加速干结的淀粉和蛋白类污渍的吸水溶胀，以降低污渍在餐具表面上的附着力，因此，易于从餐具表面被清除。此外，对于一些牢固污渍的清洗，还需要专用洗涤剂的辅助。洗涤剂一般包括表面活性剂、氧化剂、酶制剂以及助剂等。利用表面活性剂特有的润湿能力加速洗涤液的渗透，从而，削弱污垢在餐具表面的黏附并最终去除。而洗涤水加热后，进一步增强洗涤剂功效成分对污渍的清除、分解作用，如针对有色污渍的氧化分解；针对淀粉和蛋白类污渍的酶催化分解作用；针对脂肪类污渍碱性助剂的皂化作用。因此，自动洗碗机的去污过程是强劲水流在三维立体空间产生的喷射作用、加温水的热能作用和洗涤剂的除油去污作用，三者协同完成的。

2样机振动噪声测试

2.1样机噪声测试

该洗碗机的降噪目标是将噪音控制在45dB以下，从而使该产品的噪声达到国际领先水平。依据：《IEC60704-1：1997家用及类似用途电器发出的气载噪声的测试规程—通用要求》和《IEC60704-2-3：2005家用电器确定空气噪声的试验方法—对洗碗机的特殊要求》，对洗碗机样机进行噪音测试，从噪音频谱上可以看出，噪音较大处主要集中在100和200Hz附近，噪音的分贝值达到了52.72dB。为了了解洗碗机哪些结构辐射噪声，需要测试洗碗机外壳的振动。

2.2样机振动测试

由于洗碗机箱体外壳和内胆之间有减振隔音装置，其工作时主要从箱门一侧辐射噪声，因此振动测试主要集中在箱门一侧。样机在正常洗涤工作状态下，通过外壳的振动测试，发现振源（噪音源）主要来自于洗碗机的下部，并且振动的主要频率也是100Hz和200Hz左右。从外壳的振动测试结果表明，振动主要来源于下面的电机及泵体。也就是说箱门的振动主要是由于电机及泵体的振动，而振动频率是由于电机转动而产生的受迫振动还是某些结构发生共振引起的，需要通过对洗碗机进行模态分析确定。通过模态分析可以了解洗碗机部件在某易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，从而可以预测结构在此频段内，在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。 3洗碗机结构优化设计

3.1箱门模态分析

由于洗碗机箱门是洗碗机向外界辐射噪声的主要部件之一。因此，研究洗碗机振动噪声与结构固有频率的关系，洗碗机箱门是重点需要关注的对象。利用CAE软件Hyperworks 对洗碗机的零部件进行网格划分、模态分析及结构优化。洗碗机门的几何模型，如图1所示。洗碗机内外门为薄板结构，利用Hypermesh 划分网格，然后利用Radioss 对洗碗机的内门和外门作模态分析1，前十阶模态固有频率，如表1所示。从表1中对洗碗机内门和外门的模态分析结果可以看出，内门薄板结构第1 阶和第6 阶模态的固有频率分别在100Hz 和200Hz附近，外门第2、3、4 阶的模态频率在100Hz 附近。结合前面的试验结果，振动和噪声主要集中在100Hz 和200Hz 附近，说明洗碗机箱门结构固有频率对洗碗机噪声有较大的影响。由于洗碗机薄板结构较多，并且在100Hz 和200Hz 附近有比较多的薄板模态。由于结构表面声压和结构表面振动速度成正比，因而对于薄板其模态的振幅与噪音辐射成正比关系，因此可以通过改变这些结构辐射噪音的模态的方式来降低噪音，如：（1）可提高模态频率减小振幅，或者避免结构共振；（2）减小洗碗机内部激励源传到箱门的能量。

3.2内胆底板结构优化方案

利用Optistruct软件通过加入加强筋的方式对内胆底板进行结构优化。在优化内胆底板时，需要综合考虑底板的对称性和排渣的通畅性。以底板的固有频率为目标函数，施加对称约束和方向约束。通过计算得到结构优化的结果，如图2(a)所示。其中一个表示筋深度10mm，另一个表示0，中间表示（0~10）mm 之间。由于这个结果很不规则，只能作为加筋的参考。根据上面的加筋思路，结合实际，前面原来小横筋去掉，加3条纵筋，后面原来宽筋去掉，加2条纵筋，左右各加1条横筋，宽度均为40mm，深度5mm，优化后内胆底板布局，如图2（b）所示。优化前模态（左）freq=114Hz、优化后模态（右）freq=128Hz，第五阶模态固有频率增加了14Hz，结构优化后的内胆底板的第5阶模态固有频率显著增加，能够有效的避免内胆底板的共振。为了解内胆底板优化后内胆整体的振动响应情况，需要对内胆整体进行谐响应分析。利用RADIOSS软件对内胆底板优化后的内胆整体进行谐响应分析。从内胆整体的谐响应仿真分析结果可以看出，在几乎所有频率段优化设计的振动响应都是优于原始设计的。

4结论

（1）振源（噪音源）主要来自于洗碗机的下部的电机和水泵，并且振动和噪声的主要频率是100Hz和200Hz左右；（2）通过对洗碗机箱门进行模态分析，结果表明箱门结构的固有频率对洗碗机的噪声有较大的影响；（3）洗碗机产生较大振动不是由洗碗机内胆整体的共振引起的，而内胆底板的第五阶模态为114Hz比较接近100Hz，内胆底板的共振对结构振动和噪声的影响较大；

（4）通过对内胆底板进行结构优化有效提高了内胆底板的第五阶模态频率，避免了内胆底板的共振；（5）通过优化洗碗机内胆底板结构，优化后样机噪声为38.87dB，满足<39dB的设计要求。

参考文献

［1］熊好平，黄龙春.噪声控制技术在洗碗机中的应用［J］.家电科技，2017（8）：16-18.