鮑 敏 李乾坤 馬長州 張魁倉

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

冰箱噪聲一直是消費(fèi)者評(píng)價(jià)冰箱質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于冰箱來說，主要噪聲源包括壓縮機(jī)、風(fēng)扇、制冷劑造成的壓力脈動(dòng)。振動(dòng)噪聲的主要來源是壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)本身的振動(dòng)通過相連零部件傳遞到冰箱箱體，當(dāng)壓縮機(jī)的激勵(lì)頻率接近相連零部件頻率時(shí)，箱體存在共振的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的噪聲，如圖1所示。

我司對(duì)開門冰箱在進(jìn)行噪聲測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)以下問題：冰箱噪聲較大，尤其有低頻刺耳的噪聲，噪聲基本在43 db左右，也有不少噪聲達(dá)到45 dB，壓縮機(jī)底板、箱體振動(dòng)都較大，多次噪聲測試，噪聲大的冰箱，在三分之一倍頻程63 Hz、80 Hz中心頻帶噪聲值較大。

本文通過噪聲測試、模態(tài)分析和振動(dòng)測試的結(jié)合方法，對(duì)對(duì)開門冰箱進(jìn)行分析，找到冰箱整機(jī)噪聲大的根本原因——壓縮機(jī)底板固有頻率與壓縮機(jī)激勵(lì)頻率接近，產(chǎn)生共振，從而造成冰箱整機(jī)噪聲較大；通過對(duì)壓縮機(jī)底板優(yōu)化，優(yōu)化后冰箱整機(jī)噪聲降低1.6 dB，并消除了低頻嗡嗡嗡聲。

1 實(shí)驗(yàn)測試

根據(jù)前期噪聲和振動(dòng)測試，壓縮機(jī)底板區(qū)域、箱體明顯感覺振動(dòng)較大，所以本次項(xiàng)目主要從模態(tài)、振動(dòng)角度進(jìn)行研究，消除整機(jī)產(chǎn)生的嗡嗡嗡的低頻聲，降低冰箱整機(jī)噪聲，并改善該型號(hào)整機(jī)噪聲水平。

1.1 噪聲測試

根據(jù)國標(biāo)六點(diǎn)法噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該對(duì)開門冰箱進(jìn)行噪聲測試，噪聲測試冰箱六個(gè)點(diǎn)方向均出現(xiàn)在三分之一倍頻程63 Hz、80 Hz中心頻帶噪聲值較大的情況，測試結(jié)果如圖2。通過分析，低頻噪聲主要為結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生，因此需再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)測試，進(jìn)一步驗(yàn)證分析的正確性。

圖1 冰箱振動(dòng)傳遞圖

1.2 振動(dòng)測試

振動(dòng)測試對(duì)分別在壓縮機(jī)，底板，箱體，門體分別布置加速度傳感器，如圖3所示。

該冰箱為變頻冰箱，根據(jù)冰箱的轉(zhuǎn)速范圍1 200～4 500 r/min，進(jìn)入冰箱維修模式，手動(dòng)調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速范圍1 200～4 500 r/min，測試壓縮機(jī)壓縮機(jī)，底板，箱體，門體各個(gè)頻率下的振動(dòng)趨勢，將各個(gè)頻率下的振動(dòng)數(shù)據(jù)繪制為表格（圖4）。

壓縮機(jī)頂部最大振動(dòng)不超過0.5 m/s2，壓縮機(jī)底板中間位置點(diǎn)振動(dòng)較大，最大值達(dá)到1.6 m/s2，較壓縮機(jī)頂部振動(dòng)大很多，振動(dòng)突變位置頻率為30 Hz和66 Hz附近，尤其是在66 Hz，底板振動(dòng)較大，初步判斷底板在頻率發(fā)生共振。

2 模態(tài)分析

2.1 模態(tài)分析理論

模態(tài)分析是用來研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性一種常見的方法，模態(tài)是指結(jié)構(gòu)固有的振動(dòng)特性，即固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型，這些參數(shù)的識(shí)別過程即為模態(tài)分析。

根據(jù)振動(dòng)理論，多自由度系統(tǒng)振動(dòng)方程公式：

式中：[M]為系統(tǒng)質(zhì)量矩陣；[K]為系統(tǒng)剛度矩陣；[C]為阻尼矩陣；{x(t)}、{x(t)}和{x (t)} 分別為位移、速度和加速度向量；{F(t)}為系統(tǒng)所受外力向量。

公式（2）中： f為系統(tǒng)的固有頻率。

圖2 噪聲測試

圖3 傳感器布置圖

圖4 振動(dòng)測試

2.2 模態(tài)仿真

首先從模態(tài)仿真的手段對(duì)底板進(jìn)行模態(tài)仿真，重點(diǎn)計(jì)算底板在裝配狀態(tài)下的模態(tài)，簡化壓縮機(jī)底板結(jié)構(gòu)，壓縮機(jī)和箱體簡化為質(zhì)量點(diǎn)，通過質(zhì)量點(diǎn)對(duì)壓縮機(jī)底板進(jìn)行配重，施加約束，完成壓縮機(jī)底板仿真模型的建立（如圖5）。

仿真計(jì)算前5階固有頻率（如表1），結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)底板前2階固有頻率未能避開壓縮機(jī)頻率，存在共振風(fēng)險(xiǎn)，再通過模態(tài)試驗(yàn)的方法，對(duì)模態(tài)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證模態(tài)仿真的可靠性。

2.3 模態(tài)試驗(yàn)

模態(tài)試驗(yàn)即通過試驗(yàn)的方式來識(shí)別模態(tài)參數(shù)。通過測得輸入和輸出信號(hào)，進(jìn)行低通濾波、A/D轉(zhuǎn)換、FFT變換，得到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)（FRF），應(yīng)用合適的模態(tài)參數(shù)估計(jì)方法，進(jìn)行曲線擬合，從而識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)—固有頻率、模態(tài)阻尼、模態(tài)振型。

根據(jù)底板模態(tài)仿真結(jié)果，選取合適的輸入、輸出布點(diǎn)，對(duì)壓縮機(jī)底板進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)。模態(tài)試驗(yàn)采用B&K MTC Hammer軟件和B&K硬件設(shè)備，采用移動(dòng)力錘法進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，底板處于整機(jī)安裝狀態(tài)。激勵(lì)力錘型號(hào)：8206-002，響應(yīng)選擇多個(gè)3向加速度傳感器，傳感器型號(hào)：4535-B。底板共劃分54個(gè)激勵(lì)點(diǎn)，移動(dòng)力錘分別對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)，壓縮機(jī)位置點(diǎn)跳過或最靠近點(diǎn)位置敲擊，如圖6。

完成輸入、輸出數(shù)據(jù)采集后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用迭代后的穩(wěn)態(tài)圖，自動(dòng)獲取模態(tài)參數(shù)，也可手動(dòng)拾取，點(diǎn)擊穩(wěn)態(tài)圖中的迭代結(jié)果圖標(biāo)，獲取模態(tài)參數(shù)后如圖7所示。

從模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果（圖8）看，底板第一階、第二階固有頻率分別為29 Hz、62.1 Hz，與仿真結(jié)果底板第一階31.5 Hz第二階64.5 Hz較接近，仿真結(jié)果的誤差在8 %，由于仿真模型的簡化，該誤差在合理范圍內(nèi)。

通過以上試驗(yàn)及分析，從而確定冰箱噪聲較大的根本原因——壓縮機(jī)底板固有頻率第一階、第二階與壓縮機(jī)激勵(lì)頻率接近（尤其第二階），產(chǎn)生共振，導(dǎo)致在三分之一倍頻程63 Hz、80 Hz中心頻帶噪聲值較大從而造成冰箱整機(jī)噪聲較大。

圖5 仿真模型

表1 前5階固有頻率值

圖6 模態(tài)試驗(yàn)

圖7 模態(tài)試驗(yàn)頻率提取

圖8 底板前2階模態(tài)振型

圖9 底板優(yōu)化后結(jié)構(gòu)

表2 優(yōu)化后底板固有頻率

圖10 底板優(yōu)化前后振動(dòng)測試

3 優(yōu)化方案

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

壓縮機(jī)的振動(dòng)通過管路、腳墊傳遞到壓縮機(jī)底板，再通過底板傳遞到箱體，因此底板的設(shè)計(jì)尤為重要。為解決前二階固有頻率較低，未避開壓縮機(jī)激勵(lì)頻率而產(chǎn)生的共振問題，對(duì)底板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化思路為提高底板固有頻率，通過改變結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量、約束等方法使其固有頻率避開壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，優(yōu)化后底板方案如圖9。

3.2 模態(tài)分析及振動(dòng)試驗(yàn)

對(duì)優(yōu)化后底板建立模態(tài)仿真模型，進(jìn)行模態(tài)分析，底板第一階、第二階固有頻率明顯避開壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，如表2所示。

對(duì)優(yōu)化后底板進(jìn)行振動(dòng)測試，優(yōu)化前后振動(dòng)測試結(jié)果如圖10。

原狀態(tài)壓縮機(jī)底板存在明顯的突變和共振峰，最大值為1.6 m/s2，優(yōu)化后底板振動(dòng)隨壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化較平穩(wěn)，不存在突變和振動(dòng)峰，不存在共振風(fēng)險(xiǎn)，加速度最大值不超過0.5 m/s2。優(yōu)化后底板進(jìn)行噪聲測試，測試六個(gè)點(diǎn)三分之一倍頻程63 Hz、80 Hz中心頻帶噪聲值明顯下降，冰箱整機(jī)噪聲降低1.6 dB。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)開門冰箱噪聲較大的研究，根據(jù)振動(dòng)的傳遞進(jìn)行分析，確定共振部件，再通過模態(tài)分析的方法，對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使得底板固有頻率避開壓縮機(jī)激勵(lì)頻率，解決冰箱共振問題，為冰箱減振降噪提供解決方法思路。