落地式空调器室内机后板优化设计

朱晋清 张雄飞 汤志平 陈圣文 周永松

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

后板是方形落地式空调器最重要零部件之一，是整个空调器室内机的骨架，其特点面积大，且钣金件厚度薄，容易导致结构强度差，影响结构动力学性能，因此方形落地式空调器后板钣金件振动辐射引起噪声问题比较常见。近年来也不少国内外学者在研究振动与噪声辐射关系[1,2]，关于声辐射模态理论的研究表明，结构声辐射效率的高低与其表面振速分布有较大的关系.优化控制结构的表面振速分布对于降低结构的辐射噪声非常有效[3]。

本文基于售后反馈方形落地式空调器室内机存在低频嗡嗡声问题，通过厂内实验复现找出问题点，运用模态分析和CAE计算机辅助设计技术虚拟整机阻尼振动，对后板筋条进行优化设计和排布，改善后板振型效果和减低结构声辐射效率，同时提高后板整体刚度和抗冲击能力，降低对电机振动激励的响应，改善噪声效果，提升空调器噪声品质。

1 售后室内机低频嗡嗡声原因分析

以装在用户家二楼客厅的方形落地式空调器室内机为研究对象，空调器使用环境远离市区，相对安静。空调器室内机安装位置如图1所示。

1.1 现场噪声检查情况

当空调器运行稳定后，在图1空调器左侧、右侧和正面检查噪声情况，室内机设置低风档运行时，空调器左侧和右侧1 m处有明显低频嗡嗡声，正面嗡嗡声稍弱；空调器设置超强风档时，空调器风声音稍大，在1 m处正面无明显嗡嗡声，左侧和右侧有较明显嗡嗡声，靠近空调器0.2 m处耳感有较强烈嗡嗡声，检查空调器后板发现电机安装区域振动导致空调器后板整体共振明显，且后板部分区域出现凹凸变形，不排除该空调器售后运输或搬运过程中存在摔机或磕撞现象。为了验证后板振动是否与电机有关，在后板上中下位置各贴一块阻尼，改变其固有频率，嗡嗡声明显改善，分析是后板与电机运转时共振引起低频嗡嗡声。

图1 室内机安装位置图

1.2 厂内同型号空调器分析

为了验证空调器出厂时是否有低频嗡嗡声现象，在仓库抽取同型号空调器分别在稳压和谐波电源进行噪声测试和耳感体验，测试具体数据如表1所示。实验结果表明，噪声数据无明显峰值，耳感无低频嗡嗡声，后板无共振现象，空调器出厂符合产品质量要求。

表1 同型号室内机测试数据

为了进一步分析验证售后空调器出现低频嗡嗡声原因，抽取一套成品空调器室内机模拟售后运输摔机进行0.5 m高跌落试验，试验后分别在稳压和谐波电源进行噪声测试和耳感体验。测试具体数据如表2所示，实验结果表明，在稳压电源下测试体验噪声效果良好，在谐波电源下测试数据有100 Hz和200 Hz峰值，耳感嗡嗡声明显，谐波电源下测试体验情况与售后反馈空调器情况一致。电网中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备[4]，由于我国相对电网谐波含量要求标准较宽，监管也缺失，对于不同区域、不同时候电网谐波含量偏高引起电源畸变，这也空调器在用户家容易出现低频嗡嗡声原因之一，但根据以上分析，此单售后问题主要原因是空调器在运输或搬运过程中后板变形引起，因此，提高该产品后板刚度和抗冲击能力是解决售后低频嗡嗡声的关键。

表2 同型号室内机跌落试验后测试数据

2 后板优化设计

2.1 优化设计方案

对售后反馈存在低频嗡嗡声空调器的后板利用有限元动力学进行模态分析，分析结果表明，其后板结构的固有频率102 Hz和102.9 Hz与电机激励频率100 Hz接近，容易在电机电磁激励下出现共振现象；同时，该后板100 Hz附近的振型振动较大区域集中，如图3所示，受力冲击容易导致局部变形，使噪声辐射放大。

图2 原后板结构模型

图3 原后板综合振型（102 Hz）

通过对后板筋条进行优化设计和排布，改变后板筋的设计参数，运用有限元动力学进行模态仿真和CAE计算机辅助设计技术虚拟整机阻尼振动分析，确认最优方案：筋宽28 mm（原后板16 mm），筋深1.2 mm（原后板0.8 mm），改进后板结构模型如图4所示，固频、振型分布，如表4、图5所示。

图4 改进后板结构模型

2.2 优化方案效果

2.2.1 仿真结果

后板优化前后的仿真分析结果见表3、表4和图3、图5，结果表明：

表3 原后板固有频率一览表

表4 改进后板固有频率一览表

图5 改进后板综合振型（104 Hz）

1）低阶固频由15.1 Hz提升至22.8 Hz，优化后结构刚度大幅度改善；

2）优化后结构固频为95.4 Hz和104 Hz，避开电机激励频率100 Hz，电机与后板共振问题得到有效改善；

3）振型得到明显改善，优化后结构大范围区域振动减小。

3.2.2 实验验证

1）噪声验证情况

采用改进结构后板装样机，进行0.5 m 高跌落试验后分别在稳压和谐波电源进行噪声测试和耳感体验，实验结果表明，噪声峰值数据无100 Hz附近频率，耳感无低频嗡嗡声，后板振动情况良好，实验验证合格，具体数据如表5所示。

表5 改进后板样机跌落试验后噪声数据

2）后板振动验证情况

随机抽各取15 台后板改进前后样机，采用振动检测仪检测出空调器后板振动最大点，检测其振动位移和振动速度，检测结果如图6和图7所示，检测结果表明：新后板振动位移和振动速度有明显的优势，且新后板振动情况一致性良好。

图6 新旧后板振动速度对比

图7 新旧后板振动位移对比

3 结论

售后反馈异常机型通过对后板筋条宽度加宽（宽度由16 mm调整28 mm）、筋条深度加深后（深度由0.8 mm调整1.2 mm），后板的整体强度、刚度以及抗冲击、抗变形能力改善明显；通过模态有限元分析，调整筋条的排布，使后板固频远离100 Hz、200 Hz，可以有效避免电机电磁激励下出现共振现象。优化后的新后板比原后板在整体强度、抗变形等方面有较明显的优势，新后板优化结果达到预期的目的。