家用空調(diào)器殼體“熱脹冷縮”聲響成因及解決

家用空調(diào)器殼體“熱脹冷縮”聲響成因及解決楊永祥劉慧YANGYongxiang

LIUHui珠海格力電器股份有限公司家用空調(diào)技術(shù)開(kāi)發(fā)部

廣東珠海

519070TheFamilyAirConditionerdepartmentofZhuhaiGreeElectricAppliancecompany

Zhuhai519070摘要

本文針對(duì)空調(diào)器殼體發(fā)出的熱脹冷縮聲響問(wèn)題進(jìn)行分析，主要從空調(diào)器殼體發(fā)出聲響的現(xiàn)象、產(chǎn)生聲響的原因以及解決對(duì)策三個(gè)方面進(jìn)行介紹，從而在設(shè)計(jì)之初優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少空調(diào)器殼體出現(xiàn)聲響的概率。關(guān)鍵詞

家用空調(diào)器；熱脹冷縮；聲響Abstract

Thispaperanalyzestheproblemofthe“hotswellingandcoldcontractinon”emittedbythefamilyairconditioner,theintroductionmainlybasedonthefollowingthreeaspects:the

phenomenonofthesoundinfamilyairconditioner,thecausesofthesoundandthesolutionofthesoundinfamilyairconditioner.Thusoptimizestructuraldesignatthebeginningofthedesigntoreducetheprobabilityofthesoundinthefamilyairconditioner.Keywords

TheFamilyAirConditioner;hotswellingandcoldcontraction;sound引言家用空調(diào)器目前已經(jīng)普及到了千家萬(wàn)戶(hù)，是人們提高生活質(zhì)量不可缺少的家用電器。但在家用空調(diào)器的使用過(guò)程中，隨著溫度的變化，其殼體會(huì)發(fā)出一些“噼里啪啦”的響聲，在安靜的環(huán)境里尤其明顯，這就是人們所描述的空調(diào)殼體“熱脹冷縮”異響。此異響噪聲嚴(yán)重的話會(huì)影響到人們的正常休息，因而有必要分析其成因并找到控制措施，以提升產(chǎn)品質(zhì)量和用戶(hù)體驗(yàn)。成因分析2.1

溫度變化通過(guò)對(duì)比家用空調(diào)器在不同運(yùn)行模式下的殼體“熱脹冷縮”異響情況，我們可以發(fā)現(xiàn)：制冷模式和制熱模式家用空調(diào)器殼體會(huì)發(fā)出異響，而送風(fēng)模式則不會(huì)發(fā)生此現(xiàn)象。在制冷模式或制熱模式，空調(diào)器殼體及環(huán)境溫度會(huì)降低或升高；在送風(fēng)模式下，空調(diào)器殼體及環(huán)境溫度基本不變。由此可見(jiàn)，此異響現(xiàn)象的產(chǎn)生與空調(diào)器殼體溫度變化有關(guān)。溫度變化越劇烈，殼體異響現(xiàn)象會(huì)越明顯。這也解釋了為什么殼體異響多集中在制冷制熱開(kāi)機(jī)或停機(jī)的初始一段時(shí)間內(nèi)，而超出這段時(shí)間，家用空調(diào)器殼體溫度會(huì)趨于穩(wěn)定，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。2.2

摩擦振動(dòng)眾所周知，聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生，以聲波的形式在介質(zhì)中傳播，聲波振動(dòng)在傳播過(guò)程中被人耳接收到就是我們覺(jué)察到的聲音。家用空調(diào)器殼體“熱脹冷縮”異響是聲音的一種，必然起源于振動(dòng)。我們可以用手輕觸家用空調(diào)器外殼，若是恰好觸摸在振動(dòng)點(diǎn)附近位置，當(dāng)異響發(fā)生時(shí)，可以明顯感覺(jué)到空調(diào)器外殼局部的瞬間振動(dòng)。通過(guò)人體感知來(lái)進(jìn)行聲源定位，這是排查異響噪聲的一種常用方法，特別是在缺乏檢測(cè)工具的情況下。物體產(chǎn)生振動(dòng)的條件：一是受到力的擾動(dòng)，二是以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，受到的力與位移方向相反。由此可見(jiàn)，家用空調(diào)器異響振動(dòng)的產(chǎn)生必然受到了指向平衡的力擾動(dòng)。但是是什么力導(dǎo)致的振動(dòng)呢？家用空調(diào)器在正常使用過(guò)程中，會(huì)受到重力、電機(jī)振動(dòng)和摩擦力的作用。重力大小和方向是恒定的，電機(jī)振動(dòng)正常來(lái)說(shuō)也不會(huì)發(fā)生突變，并根據(jù)家用空調(diào)器送風(fēng)模式運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)異響現(xiàn)象，可以?xún)?yōu)先排除重力和電機(jī)振動(dòng)的影響。故應(yīng)是摩擦力導(dǎo)致的振動(dòng)發(fā)生。摩擦力與位移方向相反，也符合物體產(chǎn)生振動(dòng)的條件。家用空調(diào)器由眾多不同材料的零部件組成，各零部件通過(guò)螺釘、卡扣等結(jié)構(gòu)連接固定在一起，正常來(lái)說(shuō)這種靜裝配接觸面存在壓力，但沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)摩擦力的擾動(dòng)。但由此前論述可知，家用空調(diào)器殼體異響現(xiàn)象是伴隨著殼體溫度變化產(chǎn)生的，根據(jù)熱脹冷縮理論，在外壓強(qiáng)不變的情況下，物體受熱時(shí)會(huì)膨脹，遇冷時(shí)會(huì)收縮，此時(shí)零件相互接觸部位發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，導(dǎo)致出現(xiàn)摩擦力的擾動(dòng)。當(dāng)物體受到驅(qū)動(dòng)力作用時(shí)，物體在運(yùn)動(dòng)之前瞬間，受到阻力靜摩擦力作用，此時(shí)產(chǎn)生加速度a1。之后由于受力不平衡，物體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦力，此時(shí)產(chǎn)生加速度a2。因動(dòng)摩擦力小于靜摩擦力，在動(dòng)靜轉(zhuǎn)換的瞬間，由于a2＞a1，加速度的變化造成沖擊振動(dòng)，沖擊振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲。故家用空調(diào)器殼體“熱脹冷縮”異響的直接原因是零件配合接觸面的相對(duì)滑動(dòng)。摩擦振動(dòng)噪聲形成的機(jī)理非常復(fù)雜，主要有粘滑理論、自鎖滑動(dòng)理論和模態(tài)耦合理論等，在此不作詳細(xì)論述。解決對(duì)策3.1消除或減少零件接觸(1)精益設(shè)計(jì)，減少零件拆分在家用空調(diào)器產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，采用精益設(shè)計(jì)理念和一體化設(shè)計(jì)思路，減少零件拆分，零件越少，其相互接觸配合面越少，可以有效避免產(chǎn)生摩擦振動(dòng)。或采用先進(jìn)的加工工藝來(lái)減少零件拆分，如3D打印工藝。(2)加大零件配合間隙家用空調(diào)器殼體零件大多是塑料件，塑料件尺寸精度較低容易變形，加大零件配合間隙可以有效避免零件尺寸波動(dòng)導(dǎo)致接觸。但在加大零件配合間隙時(shí)需要綜合考慮裝配可靠性及產(chǎn)品美觀性。(3)避免大面接觸從概率論角度來(lái)講，零件相互接觸面積越大，可以發(fā)生摩擦振動(dòng)的點(diǎn)就越多，出現(xiàn)異響現(xiàn)象的概率越高，故應(yīng)避免大面積接觸。如采用細(xì)筋接觸，在保證裝配效果同時(shí)可以有效減少接觸面積，降低表面粘著能，減少發(fā)聲點(diǎn)。3.2

改變接觸面狀態(tài)現(xiàn)代摩擦學(xué)理論認(rèn)為滑動(dòng)表面之間的摩擦是由微凸體的變形、磨粒和微凸體對(duì)表面的犁削以及粘著三者綜合作用的結(jié)果。這三者對(duì)摩擦系數(shù)影響的程度取決于滑動(dòng)界面的狀態(tài)。根據(jù)《表面粗糙度對(duì)摩擦尖叫噪聲特性》一文研究表明：表面粗糙度越大，產(chǎn)生摩擦尖叫噪聲的時(shí)間越推后，摩擦尖叫噪聲的強(qiáng)度越低[1]。故可通過(guò)改變接觸面狀態(tài)的方法來(lái)改善家用空調(diào)器殼體異響噪聲。一般常用的手段是在家用空調(diào)器殼體零件接觸面處粘貼絨布、增加蝕紋或潤(rùn)滑劑。3.3

控制溫度變化由上論述可知，家用空調(diào)器溫度變化越劇烈，殼體異響現(xiàn)象會(huì)越明顯。故可以從控制空調(diào)器溫度變化劇烈程度的角度來(lái)改善殼體異響噪聲，如制冷時(shí)通過(guò)提高出風(fēng)溫度，使殼體溫度不會(huì)劇變，但此法需要綜合考慮對(duì)用戶(hù)舒適性的影響。結(jié)論家用空調(diào)器殼體“熱脹冷縮”異響其機(jī)理是家用空調(diào)器在制冷/制熱開(kāi)機(jī)或停機(jī)后，溫度發(fā)生變化，殼體零件因熱脹冷縮現(xiàn)象導(dǎo)致輪廓發(fā)生改變，零件相互接觸部位發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，初始靜摩擦力使運(yùn)動(dòng)受阻，剪切應(yīng)變能積累，隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)程度增大，滑動(dòng)開(kāi)始，能量釋放，產(chǎn)生振動(dòng)異響。家用空調(diào)器殼體“熱脹冷縮”異響是溫度變化引起的摩擦振動(dòng)，其解決對(duì)策可以從改變摩擦狀態(tài)和振動(dòng)衰減方向進(jìn)行，如消除或減少零件接觸、改變接觸面狀態(tài)、采用高阻尼材料等。參考文獻(xiàn)[1].王安宇，莫繼良，蓋