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滚筒式洗衣机的振动模态分析

杨晓文  
【摘要】: 滚筒洗衣机的振动和噪声是洗衣机稳定运行的重要指标,洗衣机振动不仅产生很大的噪声,而且对洗衣机机械与电器部件的寿命产生很大影响。由于洗衣机的结构特点,在整体的内部有各种各样的部件,同时衣物在洗衣机运行过程中随机形成不平衡质量,所以洗衣机在工作过程中的振动不可避免。同时由于洗衣机的结构是弹性悬挂系统,而且连接状态复杂,属多自由度复杂的非线性振动,因此从结构优化角度对于洗衣机振动分析和减振设计一直需要探讨更为有效的理论建模方法。 本文采用有限元分析法对小天鹅超大容量滚筒洗衣机的箱体进行了模态分析及瞬态响应分析。模态分析能够得到模型的固有频率及振型等相关信息,而瞬态响应则能够得到模型上任何节点上振幅随时间变化的曲线图,通过模态试验分析对比验证理论模型正确性,因而能较全面反映了洗衣机整机的振动特性,并能根据洗衣机结构设计对可能形成的振动进行预测,从而实现设计方案的优化。主要包括以下内容: 1)用有限元软件ANSYS模拟洗衣机箱体的实际振动情况,并进行了振动模态分析,系统研究了洗衣机箱体的振动规律,采用有限元软件模态计算中的兰索斯法进行模态计算,获得了洗衣机箱体的固有频率和振型,确定实际系统结构的固有频率的范围,为进一步研究洗衣机的结构优化和动态响应奠定了基础。研究结果表明,振型主要表现为侧面板不同模态阶数下沿Y方向发生的二阶弯曲振动,沿Z方向发生的二阶弯曲振动以及沿其对角线方向的二阶弯曲振动。 2)通过有限元模型的瞬态分析,获得了解洗衣机箱体任一点某一时刻的动态响应,瞬态响应分析可得到测量点的时间历程曲线,然后可以求得响应的峰值,能够对可能形成的振动进行预测,分别计算了在750、800、900、1000r/min时,洗衣机箱体振动的瞬态响应分析,研究结果表明,在750(12.5Hz)、1000(16.7Hz)r/min时,侧面板的中心点振幅较大,在800(13.3Hz)r/min时,侧面板的角点振幅较大。在900r/min附近工作较稳定,为洗衣机结构设计和改进提供指导。 3)从减振设计的角度,对于洗衣机箱体进行了结构设计改进,从而显著增加的整体刚度。根据模态分析理论,采用有限元软件对洗衣机改进前后洗衣机箱体进行计算求解。通过对模态的分析和研究,预测箱体在某一频域内各阶模态振型及其频率,评定改进后其动态特性能否满足设计要求,进而为洗衣机箱体结构的合理设计提供了依据。研究结果表明,改进后的洗衣机在运行中都具有良好的动力特性,振动幅值显著减小,振动指标均满足设计要求。 4)对洗衣机实物作了振动测试,对比有限元的模态计算结果和试验模态分析数据,计算模态与试验模态的各振型出现顺序与固有频率基本吻合,验证了瞬态分析中选定各点随时间变化速度等动态响应,证明本文所采用的研究洗衣机箱体振动模态的方法是行之有效的。


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