佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 528000
摘要：近年来随着人民生活水平的提高，家用洗碗机逐步得到普及，振动和噪声成为用户关注和选择家用洗碗机的重要性能指标之一。本文从洗碗机的发展历史入手，分析了合理使用洗碗机材料的设计方法，并且在计算机技术的发展下，探讨了一种借助数值仿真技术实现家用洗碗机的降振降噪的设计思路，以供参考。
关键词：家用洗碗机；振动噪声；设计思路
1.家用洗碗机的发展历史及现状
洗碗机的发展历史悠久，在欧洲洗碗机是家庭和企业的厨房帮手，首个机器洗碗专利在1850年出现，是手动洗碗机。1929年德国的米勒（Miele）公司制造出了欧洲第一台电动家用洗碗机。1954年美国GE公司生产了第一台电动台式洗碗机，不仅洗涤性能有所提高，而且整机体积外形也有所改善。
随着科技的进步，在欧美国家已经把家用洗碗机发展成具有统一形象的厨房家电。欧美所代表的企业有米勒（Miele）、西门子SIEMENS）、惠而浦（Whirlpool）等公司。而在中国，洗碗机是美的集团旗下生产的一款家电产品，目前美的洗碗机的年产销量上百万台，是亚洲最大的洗碗机制造上，全球行业排名第五，并且与世界上各大知名洗碗机制造商建立了良好的战略关系。
2.解决洗碗机的振动噪声的必要性
从上述分析可知，家用洗碗机经过长久的发展，目前是很受欢迎的一款设备，家用洗碗机带给人们实际生活中是省时、省力、更方便的生活方式，家用洗碗机逐渐走进千家万户。洗碗机具备了洗碗机、消毒柜和碗柜的全部功能，自动洗碗机在全自动的洗涤过程中，清洗后的餐具完全可放到下次使用时才取出。
对于洗碗机而言，以超声波洗碗机为例，其清洗的原理是当超声波经过液体介质时，将以极高的频率压迫液体介质洗碗机振动，使液体分析产生正负交变的冲击波。当声强达到一定数值时，液体中急剧生长微小空化气泡并瞬时强烈闭合，产生强烈的微爆炸和冲击波使被清洗物表面的污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。在超声波洗碗机的运作过程中，其振动不可避免会造成振动。而对于消费者而言，一台安静运行的洗碗机的噪声会给用户带来好的心情，同时对于生产厂家来说，通过降低洗碗机的噪声，可以减少洗碗机的能量消耗，也符合国际上越来越认可的低碳环保要求，符合国家节能减排环保政策，是家电产品未来的发展趋势。因此，有必要探索一种解决洗碗机振动噪声的设计方法。
3.解决家用洗碗机振动噪声中材料的应用
目前洗碗机的噪声控制基本上是采用在洗碗机的内胆和内门上粘贴阻尼片的方法来降低洗碗机的运行噪声，而使用阻尼片降噪的同时会造成洗碗机能耗的增加，因此可以寻找一种能降低噪声的内胆和内门材料，如QuietSteel材料的应用就可以有效地起到降噪的作用。
QuietSteel材料一种复合静音材料，其主要是在两层钢板中间加入一层黏性核心物质制造而成。QuietSteel材料的独特设计能在指定的系统之内减少材料的振动，从而降低因振动产生的噪声。所以可以采用QuietSteel材料来制作洗碗机整体的内胆和内门。
4.一种家用洗碗机降振降噪的设计思路分析
除了应用降噪的材料外，随着计算机技术的发展，本文分析了一种借助数值仿真技术与少量试验相结合的方法，对洗碗机的内胆和水杯结构进行结构优化，降低洗碗机的振动和噪声。
4.1工作原理
在某家用洗碗机的振动噪声测试中，通过试验与数值仿真相结合的方式，首先需要建立三维结构。其工作原理为，水通过入水口进入洗碗机水杯，通过电热元件对水加热，然后洗涤泵将水杯中的水抽出，热水流通过一个或多个喷臂高压喷出，喷臂在水流的反作用力下旋转，使水喷到洗碗机内部各个角落，冲洗餐具，在高温水流和洗涤剂作用下，可有效除去餐具上的油污。
4.2振动及噪声来源
该洗碗机通过对样机振动噪声测试测得噪音较大处主要集中在100和200Hz附近，噪音的分贝值达到了52.72dB。而在样机的振动测试中，通过外壳的振动测试，发现振源（噪音源）主要来自于洗碗机的下部，并且振动的主要频率也是100Hz和200Hz左右。另外，在振动测试中，通过建模对洗碗机的箱体、内胆及内胆底板的模态进行分析，结果显示，内胆底板是影响振动的主要原因，因此需要对其进行优化设计。
4.3内胆底板结构优化方案
利用Optistruct软件通过加入加强筋的方式对内胆底板进行结构优化。在优化内胆底板时，需要综合考虑底板的对称性和排渣的通畅性。以底板的固有频率为目标函数，施加对称约束和方向约束。根据上面的加筋思路，结合实际，对内胆底板进行优化布局，将前面原来小横筋去掉，加3条纵筋，后面原来宽筋去掉，加2条纵筋，左右各加1条横筋，宽度均为40mm，深度5mm。经过优化之后，对底板第五阶模态优化前后对比，对比结果显示，优化前模态freq=114Hz、优化后模态freq=128Hz，第五阶模态固有频率增加了14Hz，结构优化后的内胆底板的第5阶模态固有频率显著增加，能够有效的避免内胆底板的共振。为了解内胆底板优化后内胆整体的振动响应情况，需要对内胆整体进行谐响应分析。利用RADIOSS软件对内胆底板优化后的内胆整体进行谐响应分析。内胆在100Hz激励下优化前后内胆特定位置的振动响应对比曲线，如图1所示，其中整体位于上方的曲线为原始设计，下方的曲线为新设计。从内胆整体的谐响应仿真分析结果可以看出，在几乎所有频率段优化设计的振动响应都是优于原始设计的。
图1
4.4结论
根据之前的试验和仿真分析，通过优化内胆底板结构来避免内胆底板的共振，从而降低洗碗机的振动和噪音。对优化后的洗碗机样机进行噪音测试，结果显示优化后的样机噪声为38.87dB<39dB，满足该洗碗机减振降噪的设计要求，这里所采用的洗碗机减振降噪方案是可行的。
结束语：综上所述，为了降低家用洗碗机的振动和噪声，本文分析了一种是用试验与数值仿真相结合的方式，采用这种方式显示除了极大的优越性，不仅能够有效降低洗碗机的振动噪声，并且能够极大的提高产品的设计效率，节约研发成本，缩短研发周期，因而值得更多的设计人员去研究与应用推广，从而有效推动我国家电行业的发展。
参考文献
[1]孙嘉燕，李保红，王述洋.洗碗机现状及实现中国洗碗机普及新探索[J].2012.
[2]海燕.洗涤更快，噪音更小—最新12款洗碗机测评[J].消费指南.2014.
[3]孙宏.脉冲式洗涤方式在洗碗机上的应用[J].家电科技.2014.
论文作者:张婧宜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/3
标签：洗碗机论文; 内胆论文; 噪声论文; 底板论文; 材料论文; 降噪论文; 噪音论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;