基于频谱与可视化分析相结合的吸尘器降噪研究

张昊， 贾世明， 李奕江

（沈阳化工大学，沈阳 110000）

基于频谱与可视化分析相结合的吸尘器降噪研究

张昊， 贾世明， 李奕江

（沈阳化工大学，沈阳 110000）

文中采用悬挂系统来取代传统的支撑装置，通过一些弹簧和连接件的组合，来减小或消除电动机在高速运转时所产生的结构振动，从而减小或消除通过支撑结构所传递至吸尘器外壳的振动，达到减震降噪的效果。

吸尘器；减震；悬挂

0 引 言

随着社会科技的不断进步，科技为生活带来的便利也有目共睹，家庭清洁方面也是如此。随着吸尘器的出现，曾经的擦或扫这类传统清洁方法被打破，最早的吸尘器在1908年诞生，利用电扇的旋转造成真空环境，以此将灰尘吸入除尘袋中。

吸尘器在帮助人们更高效清洁家庭的同时，也有不少的问题出现，而噪声便是其中最大的问题。真空吸尘器在工作时，负压的高速气流通过吸嘴吸收尘屑。高速气流通过吸嘴时对吸嘴产生冲击而辐射噪声,同时吸尘器工作时，其吸嘴风道界面会产生变化，且这种变化是不连续的,使得气流转变成为涡流,形成涡流噪声。吸尘器所用电动机为串激电动机,转速较高（一般在20 000 r/min左右）,一旦转子动不平衡,就会产生动不平衡噪声。

现在市面上的吸尘器噪声在70 dB左右，长时间处在这种场合下，会引起听力下降、暂时听域改变、听力疲劳等症状，甚至耳聋，同时，也可诱发如头痛、失眠和烦躁等其它疾病。同时，噪声也会分散人的注意力，使得工作效率降低、影响学习成绩。图1是我国民用建筑室内允许噪声级。因此为使用者的身体健康着想，对吸尘器的减震降噪改良就显得十分必要。

1 吸尘器的噪声控制现状

卧式吸尘器的工作原理为：吸尘器的电动机风扇高速旋转，达到20 000～40 000 r/min，使空气高速排出，风扇前端的吸尘室将空气不断补充到风扇中，致使吸尘器内产生瞬间真空环境并与外界大气压产生一定负压差，在一定负压差作用下，将含有灰尘的空气吸入吸尘室，经过集尘袋或过滤器过滤，将灰尘和污渍留下，然后净化后的空气由排风口排出，从而达到清洁的目的。

图1 我国民用建筑室内允许噪声级

由于吸尘器转速高达20 000～40 000 r/min，因此平时工作时吸尘器的噪声可以达到70 dB，并且噪声的种类繁多，分为吸尘器内各部件撞击以及电动机自身的不平衡所产生的机械噪声，和吸尘器的进气排气口工作产生的气动噪声，也有电动机工作所产生的电磁噪声。可以控制降低噪声的方法目前有噪声源控制、噪声传播途径控制、保护接受者。

2 本文研究的主要内容

从吸尘器的发展历史来看，噪声问题一直是吸尘器行业不可避开的困难。因此，降低吸尘器噪声，不论是从经济利益方面着想还是消费者的生活健康着想，都是吸尘器发展路上所必不可少的。因此，小组以松下（panasonic） MC-CL525（蓝色）吸尘器（如图2）为样品策划了该项目。

本论文研究内容包括以下几个方面：1）通过频谱分析、近场测量和可视化分析，确认吸尘器噪声源；2）在电动机罩与吸尘器外壳之间设计悬挂装置取代传统支撑装置；3）通过进一步研究确定悬挂装置的外形及材料。

图2 松下MC-CL525吸尘器

3 行业概况

2016年一季度家电行业整体实现主营收入1828.57亿元，同比增长0.83%，增速环比改善较为明显。从子行业来看，2016年一季度白电、黑电、厨电及小家电行业主营分别增长-2.75%、2.30%、17.17%及8.86%，厨电子行业主营增速依旧最为优异，而吸尘器所归属的小家电系列增速名列第二。

图3 2013～2016年中国家电细分行业主营增速

吸尘器是较早进入我国的家居小家电品类，2004年后年销量一路上升，2011年销量突破8000万台，目前基本维持个位数增长，一线城市普及率已经达到5成以上，但和日本相比依然较低。日本从1994年起，每千户吸尘器保有量就一直稳定在1400台左右。

图4 2004～2015年我国家用吸尘器销量

而我国的经济依然在不断发展前进，虽然吸尘器的销量增长仅以个位数增长，但是基于中国家庭数的巨大基数，我国家庭持有吸尘器的数量也是一个相当大的数字，在这种情况下，体现出了针对吸尘器的降噪产品的出现必要以及必然性，更可以体现出吸尘器的降噪产品的市场之大与消费受众之广。

我国环境状况的恶化客观上提供了巨大的市场需求。随着经济持续发展，广大民众的环保意识和对自己生活的环境质量的关注也空前提高。环境治理需要国家政策指引、执法部门监督和民众促进，但最终需要环保企业依靠技术进步来实现。

图5 2012～2014年减震降噪行业数据

图5为减震降噪的行业数据。由此可见，减震降噪市场虽然发展还不稳定，但是依然呈现发展上升趋势。

4 吸尘器悬挂系统设计

1）悬挂系统简介。由汽车悬挂系统所启发，小组设想通过在电动机罩子与吸尘器外壳之间安装悬挂系统，由一些杆、桶以及弹簧来取代传统的支撑装置，将电动机与吸尘器外壳之间的力通过这些杆传递出去，减轻震动噪声，且不影响吸尘器的正常工作，以此来降低噪声。

2）悬挂系统设计。在研究了吸尘器外壳结构及电动机结构后，我们设计了悬挂系统来取代传统的支撑装置，通过一些弹簧和连接件的组合，来减小或消除电动机在高速运转时所产生的结构振动，从而减小或消除通过支撑结构所传递至吸尘器外壳的振动，从而达到减震降噪的效果，如图6所示。

图6 吸尘器悬挂系统

5 结 语

综上所述，随着机械设计与小家电行业的发展，吸尘器基本已经走进了各家各户，但是其噪声污染也是不容忽视的部分，噪声不仅会造成吸尘器的寿命缩减，也会对使用者及周边的人的身体健康造成威胁，环境也会受到巨大污染。因此就必须重视对这种高频噪声的污染的防治，充分利用防震减噪技术。而我们所设计的防震减噪技术，仅依赖简单的机械结构便可以有效地减噪，在节省成本又省力的情况下达到了防震减噪的效果，达到了良好的经济收益与技术收益。

[1] 张猛.噪声控制技术的现状及发展[J].科技信息(科学教研),2007(22):26-29.

[2] 马大猷.微穿孔板吸声结构的理论和设计[J].中国科学,1975,18(1):38-50.

[3] 李世振,李功宇,母向东.多路分离式模数混合主动噪声控制技术研究[J].噪声与振动控制,2011,31(2):17-20.

[4] 郭建华,郭小渝.噪声控制新方法的探索[J].重庆理工大学学报,2005,19(3):21-23.

[5] 雷彬.武汉市轨道交通声屏障的研究与设计[J].都市快轨交通,2007,20(1):97-100.

[6] 姜炎.面向产品设计冲突的塑料选择探讨[D].南京:南京航空航天大学,2011.

[7] 黄志磊.吸尘器声景影响因素研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009:2-12.

[8] 杨津.噪声的主观评价[J].环境保护科学,2004,30（1）:56-57.

[9] 盛美萍,王敏庆,孙进才.噪声与振动控制技术基础[M].北京:科学出版社,2010:67-68.

[10] JEON W H,REWH S,KIM C J.Aeroacoustic Characteristics and Noise Reduction of a Centrifugal Fan for a Vacuum Cleaner[J].KSME International Journal,2004,18(2):185-192.

[11] 鲍盛波.家用低噪声吸尘器的研究与探索[J].家电科技,2010(5):64-66.

[12] 梁之博,席德科.家用真空吸尘器空气性能的实验研究[J].家电科技,2009(7):48-50.

[13] 王太勇.机械噪声的测试分析与减振降噪技术[M].北京:机械工业出版社,1995:140-144.

[14]王允荣,黄小中.浅谈电动机隔振对吸尘器噪声的贡献[J].中国科技信息,2009(21):129-130.

[15]SUGIMURA K,WATANABE M.A Study on Suppressing Acoustic Resonance of Interaction Tones from a Centrifugal Motor Blower[J].JSME International Journal,2004,45(2):280-286.

（编辑启 迪）

Research on Vacuum Cleaner Noise Reduction Based on Spectrum and Visualization Analysis

ZHANG Hao,JIA Shiming,LI Yijiang
（ShenyangUniversityofChemical Technology,Shenyang110000,China）

This paper substitutes the suspension system for the traditional support device.The combination of spring and fittings is used to reduce and eliminate the structure shake and vibration of the vacuum shell in high speed running of motor.The effect of the vibration noise reduction is achieved.

vacuum cleaner;vibration noise reduction;suspension system

TH 122

A

1002－2333（2018）01－0033－03

张昊（1996—），男，本科生，机械设计制造及其自动化专业。

2017-03-14