分体空调器室外机低频异响识别分析及控制

董国祥 李晓阳 卢剑伟

（1.中国扬子集团滁州扬子空调器有限公司技术中心 安徽滁州 239000；2.合肥工业大学机械与汽车工程学院 安徽合肥 230009）

1 引言

随着人们生活水平的提高，空调器已经逐渐成为人们生产生活中必不可少的环境改善装备之一。同时，伴随着空调器产品市场的日益成熟和技术水平的不断提升，空调器的噪音已经成为评价其产品质量的一个重要技术指标。根据市场问卷调查显示，噪音已经成为消费者选购空调器产品时最重视的三个指标之一。因此，各空调器制造企业纷纷加大投入，在空调器产品噪音分析及控制等方面进行技术攻关。其中，空调器室外机在工作过程中出现的低频“嗡嗡”异响是较为典型的一种产品质量缺陷，市场投诉风险很大，因此，在空调器产品研发中需要准确识别并加以严格控制。

某分体空调器产品研发测试中出现了较为明显的低频“嗡嗡”异响，为了有效地控制该低频异响，应用现代声振测试分析手段，对其异响成因进行了识别分析，并拟定了相应的控制对策，最后通过样机试验验证了相关结论及控制措施的有效性。

2 异响成因分析

通过人耳主观感受及室外机的结构特征，可以初步判断该机型室外机低频异响与钣金件的振动可能有较大关系。为了准确识别异响的成因，在半消音室中对制冷工况下室外机的噪声及其钣金件振动情况进行声振测试分析，测试现场示意图如图1所示。

测试得到观测点处的声压测试结果如图2所示，钣金件振动加速度测试结果如图3所示。其中，(a)为时域测试结果，(b)为进行FFT变换后的处理结果。从图3中可以看出，样机噪声和钣金件振动有明显的节拍，并且时间间隔相同，约为0.22s。此外，通过对室外机声压测试结果的FFT分析可以看出：压缩机2阶转速频率95.4Hz和电源频率工作频率100Hz工作频率接近，可能会形成拍振，并且其形成的拍振节拍与时域测试结果中的时间间隔吻合；同时，压缩机的3阶转速频率143.1Hz附近同样出现了可能产生拍振的频率，且其拍振节拍与时域测试结果时间间隔吻合。此外，在钣金件振动测试结果中可以看到同样的拍振现象。由此可以推断，该机型室外机的低频“嗡嗡”异响正是由于其幅值忽强忽弱的拍振形成的，其中钣金件的拍振是形成低频“嗡嗡”异响的直接原因，而拍振异响嫌疑频率范围可以确定为[95.4Hz,100Hz]和[143.1Hz,147.7Hz]。

结合对空调器室外机结构分析，可以发现钣金件振动响应主要来自于压缩机和风扇电机机械振动的传递。除了在传递路径采取必要的结构修改措施外，还需要对钣金件进行模态分析，考察其在异响嫌疑频率范围内的模态分布情况。对钣金件的模态测试分析采取锤击法，测试结果如表1所示。可以看出，部分钣金件的若干模态频率落在异响嫌疑频率范围附近，由此导致钣金件对异响嫌疑频率成分的响应变大，这可能是导致该机型异响较为明显的原因之一。

表1 钣金件模态频率测试分析结果

3 低频异响控制策略及测试验证

由于压缩机、风扇电机等均为外协采购件，不宜进行修改。因此，在考虑制定控制异响的结构修改措施时，主要从如下两个方面采取措施：

（1）对联系压缩机及钣金件的配管进行优化，减少传递路径的振动传递效率；

（2）修改钣金件的模态属性配置，减小钣金件的振动响应。

应用有限元方法对配管进行分析和优化设计，其中，对原配管模态分析结果如表2所示，从中可以看出，配管的第12阶（94.8Hz）、13阶（99.5Hz）出现在拍振频率范围[97.7Hz,100Hz]附近，且从模态振型看主要表现为四通阀主导的摆动，由此导致在压缩机拍振激励下配管振动较大，并传递给钣金件。因此，需要通过配管的结构优化，进一步减小配管系统振动，特别是低压阀接管振动，以减小对钣金件的振动传递。同时，在配管的优化设计中，为了减小压缩机对底盘的机械振动传递，适当增加配管的柔性。

修改后的配管模态分析结果如表3所示，从中可以看出，与原配管方案相比较，修改后的配管方案模态属性较好地规避了异响嫌疑频率范围，对于减小管路和钣金件的振动传递有较好的效果。

表2 原配管方案模态分析结果列表

表3 修改后配管方案模态分析结果列表

为了方便确定钣金件的修改方案并对其进行分析评估，同样应用有限元法对其进行分析和结构优化。建立的钣金件有限元分析模型的模态分析结果如表4所示，与表1所示的实验测试结果较为吻合，可以在此模型基础上进行钣金件修改方案的评估。同时，考察对应的各阶模态振型发现，右侧板94.7Hz的模态振型以及顶盖102.9Hz的模态振型均表现为声辐射效率较高的弯曲振动，而其他几阶振型主要表现为进气格栅或者挡风圈的弯曲和扭转振动，声辐射效率相对较小。因此右侧板和顶盖是钣金件结构修改的重点。

对右侧板和顶盖增加冲压凹槽并修改其布局，修改后的钣金件模态分析结果如表5所示，较好地改善了钣金件模态属性在拍振频率范围附近的分布情况，可望减小拍振作用下的钣金件振动响应。

为了验证上述分析结论及修改措施的有效性，按照配管修改方案和钣金件修改方案试制样件并进行样机改装，修改后样机在半消音室中进行测试，低频“嗡嗡”异响状况显著改善，验证了文中分析结论及结构修改措施的有效性。

表4 钣金件有限元分析模型模态分析结果

表5 修改前后整机钣金频率对比

图1 样机声振测试分析示意图

4 结论

针对某分体空调器产品研发中出现的低频“嗡嗡”异响，应用声振测试分析方法，对异响的成因进行了分析识别，确定了该低频异响是由于在压缩机拍振激励下，钣金件发生拍振形成的。并进一步从传递路径振动控制和钣金件模态属性修改的角度，对该机型的配管和钣金件进行了修改，最后样机改装测试验证了上述分析结论及修改措施的有效性。

图2 样机室外机声压测试结果

图3 样机钣金件振动加速度测试结果