关于机械消音降噪结构设计的研究

关于机械消音降噪结构设计的研究

吴永强

身份证号码：61012319830903XXXX

摘要：家电机械产品运作时，由于机械零件之间会发生大量的摩擦，所以机械会在零件摩擦的作用下产生噪音。如果噪音的分贝较小，那么基本上不会对人们生活产生影响，但如果摩擦过大，机械噪音分贝过高，就会影响人们的生活。所以要想保证家电机械在运作时产生较小的噪音，就应该对机械结构进行消音降噪设计，将噪音减小到可接受范围内，本文就此展开论述。

关键词：机械；消音降噪；结构设计；滚筒洗衣机

1.家电噪音对人体健康的危害

随着人们生活水平的提升，家用电器已经成为人们生活中必不可少的物品。距测定，由电视机、收录机所产生的噪音可达60至80分贝，洗衣机为42至70分贝，电冰箱为34至50分贝。在人们的日常生活中，如果长期处于受噪音的干扰状态下，则会对人体的健康产生危害。

1.1家电噪音能损害听力

医学专家研究认为，家庭噪彦是造成儿童聋哑的病因之一。据临床医学统计，若在80分贝以上噪音环境中生活，造成耳聋可达50%。

1.2家电噪音有损视力

科学家发现，噪音达到80分贝时，有2/5的人瞳孔扩大，视物模糊。当噪音达到100分贝时，几乎所有的人的眼球对光亮度的适应性都有不同程度的衰减。长时间处于噪音环境巾的人，容易发牛眼疲劳、眼痛、眼花和视物流泪等损伤现象。

1.3家电噪音损害心血管

近年来，科学研究表明，噪音是心血管疾病的危险因子。噪音会加速人们心肌衰老，增加心肌梗塞发病率。医学专家经人体和动物实验证明，长期接触噪音可使体内肾上腺分泌增加，从而使血压上升。噪音越高，其分泌量越多而血压上升越明显。并认为，平均在70分贝的噪育中长期生活的人，可使其心肌梗塞发病率增加30%左右，特别是夜间噪音会使发病率更高。研究者还发现，工作场所接触噪音和夜间接触变通的噪音均可使人体总胆固醇上升20%。强烈噪音还可使血脂成分——甘油三脂上升，这对心脏极为不利。

2.家电机械噪声的分析方法

要成功地降低家电产品的噪声，甚至达到消音的效果，首先要对噪声源进行全面地和系统地分析。力求找出噪声问题所在，以便于有的放矢。常见的噪声分析方法有：

2.1频谱分析法频谱分析法是噪声控制中最常见的方法。它运用快速福利叶变换（FFT），将时间域信号转换为频率域信号。噪声的峰值是叶片的转动频率。

2.2声强分析方法声强分析方法是80年代初提出的。声强是矢量，既有方向也有大小。声强法主要应用在噪声源的鉴别和现场声功率的测量。

2.3振动模态分析许多噪声问题是与振动密切关联的。如洗衣机噪声，汽车内部噪声。由于转动机械与结构耦合，产生结构振动和二次辐射噪声，振动模态分析是用实验手段测定结构的振动固有频率、振型和阻尼系数，为产品的设计、降噪提供依据。

2.4时频分析法传统的信号分析法只能在时间域或频率域上单独完成，这种分析方法局限于对稳定信号的分析。时频分析法可以对非稳定信号进行分析，目前这种方法广泛用于机械故障诊断。

2.5声质量技术许多研究发现，现有的噪声测定指标，如dB（A），并不能有效地反映出人的主观感觉，一些噪声级高的产品，听起来并不比噪声低的产品刺耳，这样使得在做降噪时，不得不考虑到人的感觉。声质量技术是用仿真人头把噪声录下来，通过对信号的分析，找出刺耳噪声的原因，给噪声控制提供依据。

2.6声全息技术声全息技术采用了传声器阵，对空间声场进行分析，此技术能很快找出噪声源和各个声源的功率。但此技术要求64个或128个多通道测试系统。

3.滚筒式洗衣机消音降噪结构设计方法

3.1消音降噪的必要性

众多家电产品在使用过程中不可避免地会产生噪音，这在不同程度地给人们的日常生活带来了影响，为此，本节以滚筒式洗衣机为例，分析其降噪结构设计方法。目前，洗衣机主要分为滚筒式洗衣机、波轮式洗衣机及搅拌式洗衣机。从目前的市场销售情况来看，波轮洗衣机仍然占据着巨大的市场份额，但滚筒洗衣机洗涤均匀、磨损率低、省水及自动化程度高，也在慢慢改变着洗衣机市场的格局，消费者对滚筒洗衣机的认可程度越来越高。随着对洗衣机噪声要求标准的逐步建立和完善，对滚筒洗衣机的噪声要求也越来越高，怎样有效降低滚筒洗衣机运行及脱水过程中的噪声，已经成为研发生产过程中不可回避的问题。

3.2噪音测试

对一款7kg滚筒洗衣机噪声频谱分析，确认该产品噪声产生根源。主要是在半消音室/全消音室内，对不同负载状态下的机器在最高转速（1200r/min）下运行60s的状态进行噪声测试，测试后发现噪声的主要来源：

3.2.1噪声源来自串激电机换向器与电刷接触部分摩擦产生的噪声，这与电机结构有关；

3.2.2噪声源来自于机器不平衡、离心率及电机松弛震动引发的噪声，这与机器零部件装配的尺寸链设计及轴承、轴及轴承座间的加工精度及同心度有关。

3.2.3来自排水栗在排水时旋转噪声及流体噪声的噪声源。

3.3解决措施及验证

3.3.1更换电机

选择几个供应商的串激电机进行噪声的频谱分析，通过对比后的结果，选择噪音小的电机厂家，以此达到消音降噪的目的。另外，在选择电机的基础上，应选取最低噪声的皮带与其配对组合。

随着电机技术的发展进步，直流无刷电机（BLDC）取消了传统串激电机的电刷结构，从根本上降低了电机的脱水噪声，已成为第二代滚筒洗衣机的动力源。另外，DD直驱电机进一步取消皮带，直接连接在外筒上驱动筒体运转，不管是在降噪还是驱动上都已表现出其显著优势，将会作为后续新品开发使用的优选电机。

3.3.2更改箱体压型深度并贴降噪毛毡

针对整机震动引起的噪声，在箱体的设计上，采用ANSYS软件进行CAE模态分析，根据现有状态分析对比选用振幅较小的方案进行拉伸形状的设计。

目前，针对该型号箱体压型深度进行，经分析，较当前深度增加1mm时将更利于降噪。此外，针对现有机型，采用在箱体两侧增加毛毡及增加低饰板的方式达到一定的降噪效果。

3.3.3完善轴承压装工艺

经对故障机进行拆机发现，轴承用手按压即可从轴套内取出和压人，压装力不能保证定位要求。对轴套尺寸测量发现，该轴套轴承直径尺寸，远大于设计尺寸的要求，且圆度较差。根据轴承座的生产工艺流程可能存在的失效环节进行排查，锁定以下两个因素：轴承座孔尺寸加工过程能力不足，存在超标部件流人下道工序；轴承压装后对轴承座内孔产生挤压导致内孔变形。为改善轴承座质量：要求轴承座供应商进行工艺优化，提高过程能力保障能力，要求Cpk≥1.33；根据目前现装建议首先统一轴承座孔大小端的设计公差，将大端的过盈量与小端统一，消除大端轴承过量偏小的问题，消除轴承松脱的隐患。

3.3.4更换排水泵厂家

为达到最佳降噪效果，选用新的排水泵厂家以确保更优的质量，避免泵内的橡胶密封圈或塑料叶轮发生变形。

结束语：综上所述，引发机械产生噪声的因素很多，机械噪声的种类也比较多，诸如系统噪声、振动噪声以及空气动力噪声等等。鉴于家电机械噪声所具有的环境危害性所以需要采取行之有效的措施对其进行控制。这对于消费者而言，能够有效提升生活品质，而对于家电企业来说，降低机械噪声，不仅可减少噪声对环境的污染和危害，还能扩大企业产品的市场号召力为企业创造更大的经济效益。

参考文献：

[1]用“耳朵听”家电噪音的时代或终结[J].福建质量技术监督.2015.

[2]左杰.家用微电机的噪音研究与改善[J].魅力中国.2017.

[3]胡志豪.减振降噪在机械设计中的应用[J].现代经济信息.2017.

[4]王红梅.机械设计中减震降噪的应用探究[J].商情.2017.