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)開發(fā)部

廣東珠海

519070TheFamilyAirConditionerdepartmentofZhuhaiGreeElectricAppliancecompany

Zhuhai519070摘要

本文針對空調(diào)器殼體發(fā)出的熱脹冷縮聲響問題進(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策三個方面進(jìn)行介紹，從而在設(shè)計之初優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，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)普及到了千家萬戶，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)器的使用過程中，隨著溫度的變化，其殼體會發(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)量和用戶體驗。成因分析2.1

溫度變化通過對比家用空調(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)器殼體會發(fā)出異響，而送風(fēng)模式則不會發(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，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)象會越明顯。這也解釋了為什么殼體異響多集中在制冷制熱開機(jī)或停機(jī)的初始一段時間內(nèi)，而超出這段時間，家用空調(diào)器殼體溫度會趨于穩(wěn)定，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。2.2

摩擦振動眾所周知，聲音是由物體振動產(chǎn)生，以聲波的形式在介質(zhì)中傳播，聲波振動在傳播過程中被人耳接收到就是我們覺察到的聲音。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。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點附近位置，當(dāng)異響發(fā)生時，可以明顯感覺到空調(diào)器外殼局部的瞬間振動。通過人體感知來進(jìn)行聲源定位，這是排查異響噪聲的一種常用方法，特別是在缺乏檢測工具的情況下。物體產(chǎn)生振動的條件：一是受到力的擾動，二是以平衡位置為坐標(biāo)原點，受到的力與位移方向相反。由此可見，家用空調(diào)器異響振動的產(chǎn)生必然受到了指向平衡的力擾動。但是是什么力導(dǎo)致的振動呢？家用空調(diào)器在正常使用過程中，會受到重力、電機(jī)振動和摩擦力的作用。重力大小和方向是恒定的，電機(jī)振動正常來說也不會發(fā)生突變，并根據(jù)家用空調(diào)器送風(fēng)模式運(yùn)行不會出現(xiàn)異響現(xiàn)象，可以優(yōu)先排除重力和電機(jī)振動的影響。故應(yīng)是摩擦力導(dǎo)致的振動發(fā)生。摩擦力與位移方向相反，也符合物體產(chǎn)生振動的條件。家用空調(diào)器由眾多不同材料的零部件組成，各零部件通過螺釘、卡扣等結(jié)構(gòu)連接固定在一起，正常來說這種靜裝配接觸面存在壓力，但沒有相對運(yùn)動趨勢或相對運(yùn)動，不會出現(xiàn)摩擦力的擾動。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，物體受熱時會膨脹，遇冷時會收縮，此時零件相互接觸部位發(fā)生了相對運(yùn)動或有相對運(yùn)動趨勢，導(dǎo)致出現(xiàn)摩擦力的擾動。當(dāng)物體受到驅(qū)動力作用時，物體在運(yùn)動之前瞬間，受到阻力靜摩擦力作用，此時產(chǎn)生加速度a1。之后由于受力不平衡，物體開始運(yùn)動，靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ亮?，此時產(chǎn)生加速度a2。因動摩擦力小于靜摩擦力，在動靜轉(zhuǎn)換的瞬間，由于a2＞a1，加速度的變化造成沖擊振動，沖擊振動會產(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滑動。摩擦振動噪聲形成的機(jī)理非常復(fù)雜，主要有粘滑理論、自鎖滑動理論和模態(tài)耦合理論等，在此不作詳細(xì)論述。解決對策3.1消除或減少零件接觸(1)精益設(shè)計，減少零件拆分在家用空調(diào)器產(chǎn)品設(shè)計之初，采用精益設(shè)計理念和一體化設(shè)計思路，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?；虿捎孟冗M(jìn)的加工工藝來減少零件拆分，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導(dǎo)致接觸。但在加大零件配合間隙時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講，零件相互接觸面積越大，可以發(fā)生摩擦振動的點就越多，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可以有效減少接觸面積，降低表面粘著能，減少發(fā)聲點。3.2

改變接觸面狀態(tài)現(xiàn)代摩擦學(xué)理論認(rèn)為滑動表面之間的摩擦是由微凸體的變形、磨粒和微凸體對表面的犁削以及粘著三者綜合作用的結(jié)果。這三者對摩擦系數(shù)影響的程度取決于滑動界面的狀態(tài)。根據(jù)《表面粗糙度對摩擦尖叫噪聲特性》一文研究表明：表面粗糙度越大，產(chǎn)生摩擦尖叫噪聲的時間越推后，摩擦尖叫噪聲的強(qiáng)度越低[1]。故可通過改變接觸面狀態(tài)的方法來改善家用空調(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改善殼體異響噪聲，如制冷時通過提高出風(fēng)溫度，使殼體溫度不會劇變，但此法需要綜合考慮對用戶舒適性的影響。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)生相對運(yùn)動，初始靜摩擦力使運(yùn)動受阻，剪切應(yīng)變能積累，隨著相對運(yùn)動程度增大，滑動開始，能量釋放，產(chǎn)生振動異響。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，其解決對策可以從改變摩擦狀態(tài)和振動衰減方向進(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