HyperWorks在洗衣机NVH设计中的应用

HyperWorks在洗衣机NVH设计中的应用本文的目的是研究如何在洗衣机NVH设计中利用CAE手段，降低开发成本，缩短开发周期，提高洗衣机NVH开发水平。本文主要阐述了如何利用HyperWorks的网格划分及模态分析方法，通过在关键位置增加阻尼贴片及结构增强件，成功解决了某国际著名家电厂商倾斜式滚筒洗衣机洗衣过程中的噪声振动问题及由振动引起的洗衣机走动问题。1概述洗衣机的振动、噪声指标即NVH指标是影响用户直观感受，使用舒适性的最重要的因素之一，已经成为衡量洗衣机质量档次以及决定客户购买的重要参数之一。各家电厂商都希望用最短的时间和最少的成本设计出令客户满意的舒适安静的洗衣机。随着人们环保意思的日益增强，洗衣机振动与噪声问题己成为洗衣机的重要性能指标。洗衣机技术发展至今，普通洗衣机一般能满足振动噪声方面的国家强制法规的要求的，然而倾斜式滚筒由于其独特的布局，振动与噪声问题是其广泛推广的最大的拦路虎。由于客户越来越苛刻的舒适性要求，NVH性能的好坏直接影响用户对倾斜式滚筒洗衣机的第一印象及该类型洗衣及的声誉和市场的销售量，同时也是该洗衣机能否被客户和市场接受和认同的关键因素。1.1洗衣机的振动噪声的来源及特点洗衣机的振动噪声主要来源于马达噪声及滚筒洗衣噪声等。这些声源的噪声经由空气和结构两个途径传出洗衣机。其中经由空气传播的噪声主要是机体表面辐射噪声和气流流动噪声，而结构传播的噪声主要是马达等引起洗衣机机体振动而向机外辐射的噪声。空气传播和结构传播噪声的能量因机型、结构以及噪声的频率成分的变化而有所差别。800Hz以上的中、高频噪声主要通过空气传出机体，而400Hz以下的低频噪声主要通过结构传出机体。1.2洗衣机的振动噪声控制技术控制洗衣机振动噪声的途径主要有减弱振动声源强度，吸声处理和减小机体振动噪声辐射三个方面。1.2.1减弱声源强度降低洗衣机上任何声源的噪声能量都有利于控制机内噪声，尤其是降低马达噪声和滚筒系统噪声更具重要意义。例如对马达进行屏蔽处理可使整机噪声水平大幅降低。1.2.2吸声处理在机体内使用能减少反射声的吸声材料可以有效降低机体混响声。1.2.3减小机体振动噪声辐射洗衣机机体的振动是洗衣机的主要噪声原因之一。特别是倾斜式滚筒洗衣机的振动，不光会引起噪声，还会引起洗衣机的走动。减少洗衣机机体振动主要有两种方式。一种是在洗衣机外围钣金上增加阻尼贴片，减少钣金自身的振动，降低钣金振动引起的能量辐射。另一种是在机体的薄弱位置增加增强件，加强机体的整体刚度，以此来避开洗衣机脱水过程中滚筒周期运动引起的机体共振。本文针对以上问题，主要阐述了如何利用HyperWorks的网格划分及模态分析方法，通过在关键位置增加阻尼贴片及结构增强件，成功解决了某国际著名家电厂商倾斜式滚筒洗衣机洗衣过程中的振动噪声问题以及由振动引起的洗衣机走动问题。2洗衣机机体有限元网格的建立2.1网格划分由于洗衣机机体多为板金件，塑料件对机体整体刚度的影响不大。所以使用Altair公司的HyperMesh软件，对板金件抽取中面后，采用面单元划分网格，网格划分的结果如下图2所示。同时，根据实际情况设定材料属性及形状属性。点击图片查看大图图1CAD原始模型点击图片查看大图图2FEA网格模型2.2边界条件的设定及分析方法为了模拟洗衣机的真实情况，我们将洗衣机的四个地脚底面全约束，计算地脚约束状态下的前20阶模态。求解器采用Altair公司的RADIOSS。RADIOSS是著名的多学科分析软件包，具有显式、隐式求解器，拥有拉格朗日、欧拉、ALE、SPH等算法，及有限元、有限体积等数值处理技术；可用于解决结构的线性问题，如强度、刚度、模态、振动噪声平顺性(NVH)等问题。3计算结果及方案以下是洗衣机白机体的前5阶模态计算云图及对应的模态频率值。点击图片查看大图图3前5阶模态云图3.1NVH改善措施一由模态分析结果可知，洗衣机机体左右两块板金存在较大共振，对整体噪音的影响很大。为了抑制洗衣过程中钣金振动引起的能量辐射，需要在该共振板金位置处施加汉高的高效能阻尼贴片203H，如下图所示。阻尼材料通过将机械振动能转化为热能而耗散，可以很好的控制振动和降低噪声。点击图片查看大图图4阻尼贴片位置3.2NVH改善措施二由模态分析结果可知，洗衣机的1阶模态频率过低，只有18.0Hz。洗衣机在脱水过程中滚筒的转速很高，很容易引起机体的共振。再加上倾斜式滚筒洗衣机因为其独特的布局，会产生水平方向的分力，导致脱水过程中洗衣机产生走动，影响用户的使用感受。为了避免机体产生的共振，需要对洗衣机机体结构进行加强。下图是1阶模态的应变能分布图。图中红色区域应变能吸收多，结构薄弱，需要对该处结构进行加强。如下图6所示，通过在前部横梁及后部地脚连接处增加汉高结构增强件，同时加强地脚硬度，可以很好的提高洗衣机机体结构的刚度。加强后，1阶模态频率上升为20.1Hz，基本可以避免脱水过程中引起的机体共振，洗衣机的走动也得到大幅改善。点击图片查看大图图5一阶模态应变能分布云图点击图片查看大图图6NVH改善措施二决了某国际著名家电厂商倾斜式滚筒洗衣机洗衣过程中的振动噪声问题及由振动引起的洗衣机走动问题。基于继续完善洗衣机NVH设计分析的流程和方法，下一步工作可以利用HyperWorks的机构分析功能MotionView，对洗衣机的运动部件进行机构动态仿真，从根本上解决洗衣机的振动噪声问题。