基于MSC_ADAMS的滚筒洗衣机动态特性研究

第25卷第7期2008年7月

机　械　设　计

JOURNALOFMACHINEDESIGNVol.25　No.7

Jul.　　2008

基于MSC.ADAMS的滚筒洗衣机动态特性研究

魏玉东,高建,杨志永

(天津大学机械工程学院,天津　300072)

3

摘要:滚筒洗衣机的核心部分———内外筒合成体(吊装体)运动的不平衡,是洗衣机噪声和振动发生的振源。文中

将其作为研究对象,首先应用Pro/E和MSC.ADAMS建立了洗衣机吊装体的参数化样机模型,并给出了虚拟样机的仿真设计方案。通过对样机工作过程的仿真,分析研究其振动机理,确定了吊装体中影响振动的关键因素,从而为滚筒洗衣机的优化设计提供了一种新思路。

关键词:滚筒洗衣机;内外筒合成体(吊装体);虚拟样机中图分类号:TH113.2　　文献标识码:A　　文章编号:1001-2354(2008)07-0051-03　　洗衣机行业是我国家电行业的支柱产业,但是国内多数洗

衣机厂家的设计制造仍停留在模仿型和经验型阶段,并没有完全掌握洗衣机设计制造的关键技术。此外,国内洗衣机行业竞争激烈,生产厂家各自为战,相互之间缺乏交流,以致洗衣机研发水平发展缓慢,与国外厂商相比还具有一定的差距。国内洗衣机厂家需要根据国内家庭的实际情况,对洗衣机进行优化设计,才能设计并生产出高性价比的商品,以满足国内用户的需求。

滚筒式洗衣机以其清洁性好、优点,高,,、噪音问题显得尤为突出。

针对滚筒洗衣机的减振降噪问题已有不少相关的研究。例如文献[1]将现代测试手段与模态分析技术相结合,应用试验模态分析方法对某全自动滚筒洗衣机机箱进行了模态试验,得到其固有频率、模态振型等模态参数,并根据试验结果对机箱做出了一定程度的改进。文献[2]从滚筒洗衣机结构与运行过程的力学特性出发,结合滚筒洗衣机噪声测量的结果,发现了衣物随机形成的不平衡质量是滚筒洗衣机噪声测试结果具有不确定性的原因,并提出了改进滚筒洗衣机噪声测量与评价方法的建议。文献[3,4]采用实验的方式,对洗衣机振动信号进行频谱分析,得出其产生振动的真正原因。并根据分析结果,借助于正交理论,以有效值为指标,对洗衣机悬架系统上的吊簧刚度、减振器阻尼系数、上下配重质量等各结构参数进行优化,从而有效地降低了洗衣机甩干时的振动。文献[5]采用有限元技术模拟洗衣机的振动过程,综合考虑结构的振动原因与振动形式,使其分析数据接近系统的实际运行状态,从而可以分析研究激励、结构等因素对振动过程的影响。

应用MSC.ADAMS可以方便地建立参数化样机模型,采用多刚体系统动力学原理对其进行仿真计算,进一步分析样机的各方面性能,从而为优化设计提供依据[6]。为准确分析与研究滚筒洗衣机的动态特性,文中将采用Pro/E和MSC.ADAMS建立洗衣机内外筒合成体(以下称吊装体)的参数化样机模型,模拟其工作过程,确定吊装体中影响振动的关键零部件,从而为产品优化设计提供参考。

3收稿日期:2007-10-22;修订日期:2007-12-12

1　创建虚拟样机模型

1.1　吊装体结构描述

、外筒、、成。,外筒的下面固定有,,进行洗衣或脱水。其结构简图

。

图1　滚筒洗衣机结构示意图

1.2　建立虚拟样机

滚筒洗衣机的整机装配和吊装体装配分别如图2a和图2b

所示。

(a)整机装配图　　　　　(b)吊装体装配图

图2　滚筒洗衣机整机装配图

在Pro/E环境下,完成洗衣机吊装体的三维实体设计,并

根据零部件间的拓扑结构关系,采用运动副装配方式建立吊装体的虚拟样机模型。使用MSC.ADAMS集成到Pro/E环境中的Mechpro模块,在虚拟样机模型中生成刚体及简单约束等,然后将该模型导入ADAMS环境中,并在此环境中定义复杂约束和驱动等。使用Pro/E和MSC.ADAMS建立虚拟样机模型的一

作者简介:魏玉东(1971-),男,江苏干于人,工程师,硕士,研究方向:机械工程

。

基于MSC_ADAMS的滚筒洗衣机动态特性研究

般步骤如图3所示

。

得,外筒振幅随不平衡质量的增大而增大。(3)对比图6与图7

可得,电机转速对外筒振幅的影响不大。

图5　不平衡质量为1.25kg,电机转速为800r/min时

吊装体外筒振幅曲线

图3　建立仿真模型的一般步骤

对于文中研究的吊装体模型的关键部件,如吊簧、减振器

(阻尼器)等,需在MSC.ADAMS中创建。吊簧和减振器可看作两刚体之间的柔性连接,并可简化为线性弹簧阻尼器。经以上步骤完成的吊装体虚拟样机模型如图4所示

。

图kg,电机转速为800r/min时

吊装体外筒振幅曲线

图4　吊装体虚拟样机模型

2　动态特性仿真分析

借助MSC.ADAMS进行动态特性仿真分析主要包括以下

几方面:(1)运动分析。是否完成预期的运动,在运动仿真过程中有无参数值的突变、仿真的骤停。(2)设置仿真输出。使用ADAMS/PostProcessor对吊装体外筒的振幅进行测量。(3)输出样机模型各关键部件与振幅的关系曲线,并与经验数据进行对比。

为了接近真实性,并根据待分析洗衣机吊装体系统的实际情况,定义电机驱动为:在电机中定义一质量为1.45kg的旋转驱动体,从开始启动到匀速的匀加速时间为3s,匀速运行7s。若样机无法完成运动仿真,或在仿真过程中有异常,则检查模型是否有多余或者不正确的约束或运动副,进一步完善模型,直到运动仿真可以进行。经过仿真分析可知,样机模型可以完成预期的运动,运行过程中无突变现象发生。

将不平衡质量设置为1.25kg,电机通过ADAMS/PostPro2cessor模块测得的吊装体外筒振幅曲线如图5所示。不平衡质量为2.50kg,电机转速为800r/min时测得振幅曲线如图6所示。不平衡质量为2.50kg,电机转速为1200r/min时测得振幅曲线如图7所示。分析图5和图6可得以下结论:(1)洗衣机在启动过程中外筒振幅有较大的突变,这是因为惯性负载的作用,然后逐渐进入平稳状态。在平稳状态中,曲线的振动频率与电机的旋转频率相等,符合受迫振动的规律,与实际情况相符。(2)不平衡质量在洗衣机运行过程中产生了随转速变化的离心力,激起洗衣机的振动,并引发噪声。对比图5与图6可

图7　不平衡质量为2.5kg,电机转速为1200r/min时

吊装体外筒振幅曲线

文中对于影响吊装体振动的几个关键部件与振幅的关系进行了相关的研究。分析了当设计变量中只有一个变量在变化范围内取不同值时,目标函数的变化情况。首先定义设计变量与目标函数,然后运行仿真,得到吊簧弹性刚度、减振器阻尼系数、配重块密度(为计算方便,定义其密度为设计变量,而没直接定义质量)与振幅的关系曲线如图8～图10所示

。

图8　吊簧弹性刚度与振幅关系曲线

由图8可得,吊装体外筒振幅随吊簧弹性刚度的增大先减小后增大,并在3.5N/mm时达到最小。总体来看,吊簧刚度对振幅影响不大。由图9可知,振幅随减振器阻尼系数的增大而减小,并在0～0.1N s/mm范围内影响非常明显,而在大于0.

基于MSC_ADAMS的滚筒洗衣机动态特性研究

2004,6(4):63-65.

1N s/mm

时对振幅的影响不大。但是,根据洗衣机的设计经验,增大阻尼系数反而使隔振效果变差。因此,结合减振和隔振两个方面考虑,阻尼系数取0.15N s/mm为宜。由图10可

[2]　陆国强.前开式滚筒洗衣机噪声评定方法初探[J].噪声与振动

控制,2005,5(5):64-67.

[3]　郑红梅,刘正士,李志远.新型倾斜轴洗衣机振动分析与减振的

知,振幅随配重块质量的增大而减小,但盲目增大总质量会使洗衣机过于笨重。

实验研究[J].实验力学,2004,19(4):477-482.

[4]　邓寅喆,陈慧宝.全自动洗衣机的噪声控制研究[J].噪声与振

动控制,2001,4(05):44-48.

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[6]　李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京:国防工业出版社,

2006.

Studyondynamicscharacteristicsoftumblertypedwash2

图9　

减振器阻尼系数与振幅关系曲线

ingmachinebasedonMSC.ADAMS

WEIYu2dong,GAOJian,YANGZhi2yong

(SchoolofMechanicalEngineering,TianjinUniversity,Tian2jin300072,China)

Abstract:Movementimbalanceofinnerandoutertum2blers(body)ofthecorepor2tionofvibrationsourceofonmachine.Letthemovementisuspendedassemblybodybetakenasthetargetofstudyinthispaper,theparameterizedprototypemodelofthesus2pendedassemblingbodyofwashingmachinewasestablishedfirstlybytheuseofPro/EandMSC.ADAMSandthesimulationdesigningschemeofvirtualprototypewaspresented.Bymeansofsimulationontheworkingprocessofprototype,itsvibrationmechanismwasanalyzedandstudied,andthekeyfactorthatinfluencesthevibra2tionofthesuspendedassemblingbodyweredetermined,thuspro2videdanewtrainofthoughtfortheoptimizationdesignofthetum2blertypedwashingmachine.

Keywords:tumblertypedwashingmachine;compoundbodyofinnerandoutertumblers(suspendedassemblingbody);virtualprototype

Fig10Tab0Ref6

图4　结论

基于Pro/E与MSC.ADAMS建立了滚筒洗衣机吊装体系统

的仿真模型,通过对样机的动力学分析,得到了影响整机动态性能的关键部件,并提出了改善洗衣机性能的指导思路,为滚筒洗衣机物理样机的设计、动态性能的控制提供了有益的理论依据和数据参考。虚拟样机设计流程回避了对各种非线性复杂因素进行理论分析的困难,使研究更接近实际。

参考文献

[1]　申秀敏,左言言.洗衣机机箱模态试验研究[J].家电科技,

“JixieSheji”7622

(上接第42页)

机参数,发挥振动破碎机的最佳性能。若进行深入理论分析,

可指导样机实验,对于进一步研究和开发高效振动辊式破碎机具有重要的理论与实际意义。

参考文献

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(4):1-22.

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[J].河北科技大学学报,2006(3):230-233.

Dynamicsanalysisonvibrationrollertypedcrusher

NISu2huan,CHENQing2guo,HOUShu2jun(SchoolofElectron2MechanicalEngineering,HebeiUniversityofScienceandTechnology,shijiazhuang050054,China)

Abstract:Akindofnewvibrationrollertypedcrusherwasin2troduced;itsdynamicsequationandstandardstatusequationforthe6DOFmovementofrigidbodywereestablished.Thecharacteristicsofmotionofmovingjawanditstrackofmotionwerestudiedbymeansofnumericalanalysismethod.Themovementofmovingjawhasbeenverifiedtobeanonsynchronousvibrationandassuredtheadditionofsecondaryjawandcouldletthevibrationenergybeabletobeintroducedtothematerialfrombothsides,thusenhancedthevibrationintensityandraisedthecrushingeffect.

Keywords:vibrationrollertypedcrusher;Lagrange;numeri2calsimulation

Fig6Tab0Ref3“JixieSheji”7566