家用洗碗机振动噪声优化设计分析

梁淘

摘 要：洗碗机振动噪音大小是评定洗碗机质量的重要指标。为减少某家庭洗碗机的振动与噪音，通过测试和仿真相融合的途径，探讨了洗碗机箱门与内胆结构特定频率对噪音的干扰，结果显示，洗碗机箱门与内胆底板特定频率对噪音的影响很大，而整个内胆的特定频率对噪音的影响很小。通过完善内胆底板构造，完善后的洗碗机整个内胆振动噪音要优于原设计，同时，洗碗机噪音从原本的52.72dB下降到38.87dB，达到了噪音小于39dB的设计标准，提高了该产品的核心竞争水平。

关键词：家庭洗碗机;振动噪音;优化设计

随着生活质量的提升及生产节奏的加快，人民选取家电的标准也从简单追求功能慢慢转变为以节省资源、工作安全、绿色节能为主要目标。从改革开放后，国内家用电器普及性很高，但是家庭洗碗机且始终是一块还没有被开发且有巨大发展空间的领域。主要原因是，家庭洗碗机的推广与使用受到厨房空间、水电费、专用清洗剂、生活理念和消费习惯等多种因素的限制和影响。中国家庭的餐具重点是碗筷，碗具类型、尺寸、式样多种多样，且深度大，但洗碗机大都采取一般的喷淋式清理，水流较弱，冲刷点无法包含碗壁每个位置，有洗不彻底的死角，清晰十分复杂，不如手洗简便、干净。

1、洗碗机结构及运行原理

某家庭洗碗机3D结构。其运行原理是，水通过进水口流进洗碗机水杯，利用电热部件来加热水，接着洗涤泵把水杯内的水排斥，热水经过一个或若干个喷臂压力喷出，碰壁在水流影响下旋转，令水喷至洗碗机内部每个边角，清理餐具，在高温水流与洗涤剂作用下，能够有效清理餐具上的油渍。最后水依旧流进水箱，冲洗下的残渣被网格遮挡，油污漂浮于水面，经排污口排净。如此一来，热水能循环应用，以节省用水及能耗。

2、洗碗机振捣噪音检测

2.1样机噪音检测

该洗碗机的减噪目标是把噪声为此在39dB之下，进而使该洗碗机的噪音达到国际标准水平。根据：《IEC 60704-1：1997家庭及类似用途家电传出的气载噪音检测规则——通用标准》与《IEC 60704-2-3：2005家电明确空气噪音的测试方法——对洗碗机的特别要求》，对样机展开噪声检测。通过研究发现，噪声较大处重点集中于100与200赫兹周边，噪声的分贝值高达52.72dB。为掌握洗碗机的构造辐射噪音，需要检测洗碗机外部振动。

2.2样机振动检测

因为洗碗机的外壳与内胆之间安有降振隔声器，其运行时主要由箱门一边辐射噪音，所以振动测试重点集中于箱门一边。

经外壳振动试验，发现噪声源主要源自洗碗机底部，而且振动的工作频率也在100-200Hz左右。通过外壳振动检测结果显示，振动重点源自底部电机和泵身。而振动频率是因为电机转动而出现的受迫振动以及某些结构出现共振造成的，要求模态研究确定洗碗机。经模态分析研究能够了解洗碗机零件在某个极易受到干扰的频率之内的各阶重要模态性质，进而能够预测结构在这一频段内，在内部和外部每种噪声源作用下出现的实际振动声音。

3、洗碗机构件模态研究

3.1材料系数

整个洗碗机的重要结构材料包括ABS塑材、PP+T20塑材、钢材以及EPDM橡胶，具体的材料属性见表1所示。

3.2箱门模态研究

因为洗碗机箱门属于洗碗机朝外部辐射噪音的重要构件，为此，探究洗碗机振动噪音和结构固定频率的联系，洗碗机箱门是主要关心的对象。借助CAE系统Hyperworks对各个元部件展开网格分类、模态分析和结构完善。箱门的几何模型。箱门内外为薄板结构，借助Hyperworks细分网格，再使用Radioss对箱门内外结构进行模态研究。

通过箱门内外结构的模态分析发现，内门薄板构造第1阶与第6阶模态的固定频率分别是100Hz与22Hz，外门在第2阶、第3阶和第4阶模态频率处于100Hz周边。根据上述测试结果，振动与噪音重点集中于100Hz与200Hz周边，表示洗碗机箱门构造固定频率极大影响到洗碗机噪音[1]。因为结构外表声压与结构外表振动速度是正比关系，所以针对薄板模态的振幅和噪声辐射呈正比，为此能够通过调整这些构造辐射噪声的模态形式来减噪，比如，能够提升模态频率降低振幅，或是防止结构共振;降低洗碗机中激励源传入箱门的作用力。

4、洗碗机结构完善设计

4.1内胆底板完善方法

借助Optistruct系统通过添加加强筋的途径完善内胆底板构造。在完善内胆底板时，应当全面考量底板的对称性与排污的顺畅性。以底板固定频率为主要函数，实施对称约束与反向约束。经过计量获得结构完善的结果。其中，一个代表筋深度10毫米，另一个代表0，中间代表0-10毫米之间。因为这一结构不规则，仅能作为加筋的借鉴。

结合上述加筋思路，根据实际情况，前面原本小横筋除掉，加上三条纵筋，后面原本宽筋除掉，添加两条纵筋，左右分别加一条横筋，宽度都是40毫米，深度5毫米，完善后内胆底板分布。为掌握内胆底板完善后内胆总体的振动噪音情况，应当对内胆整体展开谐响应研究[2]。借助RADIOSS系统对内胆底板完善后的内胆整体展开谐响应研究。内胆在100赫兹作用下完善前后内胆指定部位的振动响声比较曲线。结果表明，在几乎全部的频率段完善设计的振动响声均优于原本设计。

4.2完善后样机噪声检测

按照之前的试验与仿真分析，经完善内胆底板整体来防止内胆结构共振，进而减少洗碗机振动与噪声[3]。对完善后的样机展开噪声检测。电器声功率级曲线能够发现，完善后的样机噪声是38.87dB，低于39dB，符合该洗碗机降振降噪的设计标准，此处所采取的洗碗机降振降噪方法是有效的。

5、结论

（1）噪声源主要源自洗碗机底部电机与水泵，而且振动与噪音的主要频率为100Hz与200Hz上下;（2）经对洗碗机箱门展开模态研究，结果显示箱门结构的固定频率对振动噪音有很大影响;（3）洗碗机出现很大振动不是通過洗碗机内胆结构共振造成的，而内胆底板的第5阶模态是114Hz较为接近100赫兹，内胆底板整体共振对振动及噪音的影响很大;（4）通过完善内胆底板结构，不断提升了内胆底板第5阶模态频率，防止了内胆整体的共振;（5）通过完善洗碗机内胆整体结构，完善后样机噪音是38.87dB，符合低于39dB的设计标准。

参考文献：

[1]邓雅静.博西洗碗机在中国的“本土化”：从“拓荒者”到“引路人”[J].电器，2018（06）：24-25.

[2]毛璐瑶，郭伟科，吴智恒，张华伟.家用洗碗机振动噪声优化设计[J].机械设计与制造，2018（01）：215-218.

[3]鲁建国.家用洗碗机已建立较为完整的质量标准评价体系[J].家电科技，2017（10）：14.