摘要：滚筒洗衣机在工作时，机箱受到来自滚筒及电机等旋转部件的振动载荷激励作用，其动态特性直接影响洗衣机的整体性能，对洗衣机的机箱进行模态分析将有助于识别机箱的动态特性，得到的相关数据对机箱结构的改进和减振降噪都具有一定的指导意义。
关键词：滚筒洗衣机机箱；动态特性
引言：结合实验模态与有限元理论模态分析，对滚筒洗衣机的机箱进行振动特性分析，首先，采用有限元软件ANSYS理论模态分析对机箱进行模态求解，得到计算模态参数；另外，用脉冲激励法对机箱进行模态实验，得到实验模态参数。通过比较理论模态与实验模态参数，结果表明吻合较好。
一、有限元模态分析的基本理论
具有有限个自由度的弹性系统的有限元运动方程，可通过虚功原理推导出来，其矩阵形式为
二、机箱有限元模型的建立
通过 Pro/E建立滚筒洗衣机机箱的三维实体模型。由于洗衣机的机箱是一个箱体类零件，其结构上分布有加强筋、凸台、孔等，但在建立机体的三维实体模型时，不可能也没有必要对每个细节都一一考虑。因此，在建模时对其进行了必要的简化，即略去箱体表面进 /排水管道孔、螺栓孔，最后将模型导入 ANSYS进行有限元计算。
在实际工作过程中，机箱各个面大部分处于弯曲扭转变形状态下，因此采用 4节点 shell63的板壳单元就可以很好地模拟其应力和变形状态。由于在洗衣机机箱的实体模型中包含许多圆孔和直角轮廓，为了兼顾计算时间和计算精度的要求，对网格划分的数量和单元形状进行了控制：在 Meshtool中用sizecontrol命令对机箱的每个不同面进行单元数量指定；在Meshareas中采用自由网格划分，因为自由网格对于单元形状无限制，并且不要求有特定规则的面或线，这样就有效地降低了单元数目，最后得到机箱的单元总数为 44757个，其划分网格后有限元。
三、洗衣机机箱的试验模态分析
3.1测试系统
在对洗衣机机箱进行试验模态分析时，为使测试系统固有频率小于机箱的第1阶固有频率，用橡皮绳将机箱吊起来，使整个机箱处于“自由-自由”状态。
为了测量机箱的传递函数，应人为给机箱施加激振力，本试验采用锤击法，对机箱施加瞬态脉冲冲击激励，该方法易于在现场实现，且精度高。将实际的激振力信号通过力传感器转换为电信号，响应信号（即测点的加速度信号）则通过压电晶体加速度传感器转换为电信号。将激励信号和响应信号用智能动态分析仪进行谱分析和三维谱阵分析，得到各测点的传递函数。
3.2测点布置与激振方案
考虑到洗衣机机箱的外形结构特点，选择合适的假设模型，并根据假设模型布置足够多的测点，同时限于试验条件，在机箱外表共设测点 147个。用力锤在各测点垂直于机体依次激励，在机箱一侧的第 63个测点拾振。为了提高信噪比，在每个激振点分别敲击 5次，将 5次测得的响应数据进行线性平均。
四、动态修改及分析
4.1动态修改方案
根据以上分析对机箱进行了结构动态修改：改变机箱左右两侧面的凹槽的排列方式，同时在机箱左右两侧内表面的中间应力集中位置分别增加加强筋，这样就改变了机箱的质量；增加了机箱整体尤其是两侧面的刚度，以避免机箱振动与滚筒和电机激励的共振。
4.2谐响应分析
为验证机箱结构动态特性修改方案的有效性，对改进前后的机箱分别进行了谐响应分析，并加以比较。谐响应分析的力学模型是借助模态分析的有限元模型，将滚筒和电机等旋转部件的激励力加到机箱上，采用 ANSYS软件谐响应分析中的模态叠加法对机箱进行谐响应分析求解。得到了激振频率为0 ～ 100 Hz时机箱结构各节点的位移响应曲线。改进后机箱的低阶频率有所提高，振幅也有了明显的降低，低阶振型得到明显改善，说明了此动态修改方案的正确性﹑有效性。
结束语：通过 Pro/E软件建立了机箱实体模型，并利用 ANSYS有限元分析软件对滚筒洗衣机机箱进行了模态分析计算，获得了该机体的固有频率和振型。经模态试验结果验证，说明了有限元模型正确、计算结果有一定的可信度。通过模态分析发现，机箱两侧面振动较为强烈。在此分析基础上，对机箱结构进行了动态修改，并模拟洗衣机工作情况，对改进前、后的机箱分别作了谐响应分析，通过分析可知机箱的振动特性得到了明显改善，表明了动态修改方案的有效性，同时为机箱进一步结构优化设计提供了一定的参考依据。
参考文献
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论文作者:严剑辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/19
标签：机箱论文; 模态论文; 模型论文; 动态论文; 洗衣机论文; 有限元论文; 特性论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;