王 成 吴增元 郑叶红

（惠而浦(中国)股份有限公司 合肥 230022）

引言

洗衣机的振动性能一直是用户评价产品优劣的重要标准之一，洗衣机研发人员也不断地寻找振动优化的方案[1]。洗衣机底脚对产品的振动等级有着重大的影响，所以底脚振动性能是产品研发人员需要重视的参数指标。振动性能优秀的底脚需要，一、产品在工作频率范围内尽量不产生共振；二、底脚粘滞性较好，保证底脚具有良好的阻尼比和摩擦系数[2]。所以，开发人员在产品开发过程中，需要对底脚的振动性能进行系统分析。产品开发过程中的测试过程是研发环节中比较耗时耗力的过程，底脚的振动性能分析过程也存在同样的问题。通过文本研究，可以实现快速地对底脚振动性能进行对比分析，有利于降低产品开发过程中的时间和人力的成本。

1 测试系统设计

1.1 测试系统环境搭建

1.1.1 硬件搭建

1）洗衣机简化振动模型搭建

洗衣机振动系统是一种多自由度的负载振动系统，通过数值计算获取整机振动性能的方法是一个复杂和繁琐的过程，并且数值计算的结果与真实情况的振动数据不可避免的存在或多或少的偏差，所以复杂的数值计算不适合快速产品开发的工程应用。

可以通过简化洗衣机的振动模型方法，根据实验进行模型和实际整机振动性能进行对标的方法获取模型与实际整机振动性能的关系，然后通过简化模型的测试就可以获得整机的振动性能。

洗衣机的整体如图4所示，可以简化成一个质量快，四个底脚简化成一个底脚（底脚为弹簧和阻尼器集合），这就变成一个最简单的带有阻尼器的单自由的振动系统。如图1所示，通过圆形质量和一个底脚组合，底脚安装于圆形质量快的中心位置。

2）PC、LMS数据采集系统和传感器

测试系统需要一台PC，用于运行LMS测试软件并记录采集数据；需要一套LMS数据采集系统，用于模拟信号转数字信号；还需要单向加速度传感器和力锤传感器各一个，用于将实际的物理信号转换成模拟电信号。

3）硬件连接和传感器测试点设置

PC、LMS数据采集系统和传感器的连接如图2所示。PC与LMS数据采集系统通过数据线连接，用于数字信号的相互传输；LMS数据采集系统与传感器通过数据线连接，LMS采集系统为传感器提供恒流源，传感器反馈给LMS采集系统模拟电压电信号。

分析系统的底脚振动性能，即上下运动的振动分析，所以力锤的锤击点选择圆形质量快的中心点位置且力锤垂直向下锤击；由于质量快是近似刚体的部件，所以单向加速度传感器放置在质量快的平面的任何一个固定位置，保证单向加速度传感器的方向朝上（或朝下）即可。图3为测试点示意图。

1.1.2 软件搭建

LMS公司的Test lab软件包含丰富的工程模块，可以根据实际需求选择相应的测试模块。本系统选择FRF测试模块。

1.2 测试系统重复性评估

如图5所示两种样品的FRF曲线，其中1_1、1_2、1_3和 2_1、2_2、2_3分别是1号和2号样品的三次测试。如表1所示，两种样品的三次测试结果的均值和极差值可以基本判断测试系统重复性满足要求。

1.3 简化模型振动性能与实际整机振动性能对标

1.3.1 共振频率点对标原理

图1 振动模型

图2 测试硬件设备

图3 测试点示意图

图4 整机

图5 频响曲线

由于单自由度的振动系统的共振频率与质量和弹簧弹性系数有关[3]，由于整机系统作为一个质量M，四个底脚构成的弹性系数K，则共振频率计算公式如式1；振动模型是圆形质量快质量m和一个弹性系数k的底脚构成，并且k/K=a、m/M=b，则共振频率与实际整机的共振频率关系见如式2。根据式2可以预测模型的振动频率点与整机振动频率点为线性关系。

1.3.2 减振能力对标原理

由于整机振动幅值是不同频率下不同大小激励力产生的振动幅值，而频响函数的幅度值是不同频率下同等大小激励力产生的振动幅值取对数，所以频响曲线中不同频率点的幅度值大小不能代表整机不同转速下振动优劣。但是，如果不同底脚的频响曲线的共振频率点一致（或者相近），则对应两种底脚在整机情况下的共振转速也一致（或相近），因为同转速下的整机振动激励力基本一致，所以此时频响曲线共振点的幅度大小可以对标底脚减振能力优劣。

1.3.3 实际对标

选取两种已知振动性能的底脚样品进行对标分析。两个样品在振动模型上测试的频响曲线如图5所示，横坐标是频率，纵坐标是对数幅度值；两种底脚样品的实际整机振动特性如图7所示，横坐标是洗衣机转速，纵坐标是洗衣机单边振动幅值，曲线图例和图6一致。实际整机振动性能和模型振动性能测试关键数据如表2所示，从表中可以实际整机共振转速与模型共振频率的比例为8.62、8.69，验证了整机和模型共振频率点线性关系正确；由于这两个频响曲线共振点相近，可以通过FRF曲线的幅度值对标底脚样品1的整机振动性能更优，图6中的实际振动曲线验证了底脚样品1振动性能更优。

表1 共振点数据

2 测试数据分析与实际整机验证

通过振动模型采集四种底脚样品的频响曲线，如图8所示。图中1#是目前性能最好的底脚，2#、3#和4#是新开发的底脚。根据1.3所述，对标可得到整机1 400 rpm转速对应模型中的161 Hz。图中可以得到三个结论：①3#和4#共振频率在1 400 rpm范围内；②1#和2#底脚共振频率避开了1 400 rpm转速范围；③因为1#和2#的共振频率接近且1#比2#在共振点的幅度值小，所以预测1#的减振阻尼效果比2#优秀。

图6 底脚对标样品在模型上的频响曲线

图7 底脚对标样品在整机上振动曲线

表2 底脚对标样品分别在模型和整机上的共振点数据

图8 底脚测试样品在模型上的频响曲线

图9 底脚测试样品在整机上的振动曲线

通过实际整机的测试结果如图9所示（图例与图8一致），可以验证上述结论1和2的正确性，由于转速限制，暂时不能验证3的结论，但也可以作为快速评估的参考。

3 结论

本文从振动系统的简化和测试系统环境搭建到模型和实际整机参数对标和测试数据分析，完整的介绍了一个快速评价底脚振动性能的方案。根据本文的评价方法，研发设计人员可以快速完成对底脚样品的性能分析，检验人员可以快速的对入厂单品进行抽样验证。通过本文，希望和行业一起交流学习，文中的不足之处也希望同行人员可以给予指正。