家用空调器壳体“热胀冷缩”声响成因及解决

家用空调器壳体“热胀冷缩”声响成因及解决杨永祥刘慧YANGYongxiang

LIUHui珠海格力电器股份有限公司家用空调技术开发部

广东珠海

519070TheFamilyAirConditionerdepartmentofZhuhaiGreeElectricAppliancecompany

Zhuhai519070摘要

本文针对空调器壳体发出的热胀冷缩声响问题进行分析，主要从空调器壳体发出声响的现象、产生声响的原因以及解决对策三个方面进行介绍，从而在设计之初优化结构设计，减少空调器壳体出现声响的概率。关键词

家用空调器；热胀冷缩；声响Abstract

Thispaperanalyzestheproblemofthe“hotswellingandcoldcontractinon”emittedbythefamilyairconditioner,theintroductionmainlybasedonthefollowingthreeaspects:the

phenomenonofthesoundinfamilyairconditioner,thecausesofthesoundandthesolutionofthesoundinfamilyairconditioner.Thusoptimizestructuraldesignatthebeginningofthedesigntoreducetheprobabilityofthesoundinthefamilyairconditioner.Keywords

TheFamilyAirConditioner;hotswellingandcoldcontraction;sound引言家用空调器目前已经普及到了千家万户，是人们提高生活质量不可缺少的家用电器。但在家用空调器的使用过程中，随着温度的变化，其壳体会发出一些“噼里啪啦”的响声，在安静的环境里尤其明显，这就是人们所描述的空调壳体“热胀冷缩”异响。此异响噪声严重的话会影响到人们的正常休息，因而有必要分析其成因并找到控制措施，以提升产品质量和用户体验。成因分析2.1

温度变化通过对比家用空调器在不同运行模式下的壳体“热胀冷缩”异响情况，我们可以发现：制冷模式和制热模式家用空调器壳体会发出异响，而送风模式则不会发生此现象。在制冷模式或制热模式，空调器壳体及环境温度会降低或升高；在送风模式下，空调器壳体及环境温度基本不变。由此可见，此异响现象的产生与空调器壳体温度变化有关。温度变化越剧烈，壳体异响现象会越明显。这也解释了为什么壳体异响多集中在制冷制热开机或停机的初始一段时间内，而超出这段时间，家用空调器壳体温度会趋于稳定，达到新的平衡状态。2.2

摩擦振动众所周知，声音是由物体振动产生，以声波的形式在介质中传播，声波振动在传播过程中被人耳接收到就是我们觉察到的声音。家用空调器壳体“热胀冷缩”异响是声音的一种，必然起源于振动。我们可以用手轻触家用空调器外壳，若是恰好触摸在振动点附近位置，当异响发生时，可以明显感觉到空调器外壳局部的瞬间振动。通过人体感知来进行声源定位，这是排查异响噪声的一种常用方法，特别是在缺乏检测工具的情况下。物体产生振动的条件：一是受到力的扰动，二是以平衡位置为坐标原点，受到的力与位移方向相反。由此可见，家用空调器异响振动的产生必然受到了指向平衡的力扰动。但是是什么力导致的振动呢？家用空调器在正常使用过程中，会受到重力、电机振动和摩擦力的作用。重力大小和方向是恒定的，电机振动正常来说也不会发生突变，并根据家用空调器送风模式运行不会出现异响现象，可以优先排除重力和电机振动的影响。故应是摩擦力导致的振动发生。摩擦力与位移方向相反，也符合物体产生振动的条件。家用空调器由众多不同材料的零部件组成，各零部件通过螺钉、卡扣等结构连接固定在一起，正常来说这种静装配接触面存在压力，但没有相对运动趋势或相对运动，不会出现摩擦力的扰动。但由此前论述可知，家用空调器壳体异响现象是伴随着壳体温度变化产生的，根据热胀冷缩理论，在外压强不变的情况下，物体受热时会膨胀，遇冷时会收缩，此时零件相互接触部位发生了相对运动或有相对运动趋势，导致出现摩擦力的扰动。当物体受到驱动力作用时，物体在运动之前瞬间，受到阻力静摩擦力作用，此时产生加速度a1。之后由于受力不平衡，物体开始运动，静摩擦力转变为动摩擦力，此时产生加速度a2。因动摩擦力小于静摩擦力，在动静转换的瞬间，由于a2＞a1，加速度的变化造成冲击振动，冲击振动会产生噪声。故家用空调器壳体“热胀冷缩”异响的直接原因是零件配合接触面的相对滑动。摩擦振动噪声形成的机理非常复杂，主要有粘滑理论、自锁滑动理论和模态耦合理论等，在此不作详细论述。解决对策3.1消除或减少零件接触(1)精益设计，减少零件拆分在家用空调器产品设计之初，采用精益设计理念和一体化设计思路，减少零件拆分，零件越少，其相互接触配合面越少，可以有效避免产生摩擦振动。或采用先进的加工工艺来减少零件拆分，如3D打印工艺。(2)加大零件配合间隙家用空调器壳体零件大多是塑料件，塑料件尺寸精度较低容易变形，加大零件配合间隙可以有效避免零件尺寸波动导致接触。但在加大零件配合间隙时需要综合考虑装配可靠性及产品美观性。(3)避免大面接触从概率论角度来讲，零件相互接触面积越大，可以发生摩擦振动的点就越多，出现异响现象的概率越高，故应避免大面积接触。如采用细筋接触，在保证装配效果同时可以有效减少接触面积，降低表面粘着能，减少发声点。3.2

改变接触面状态现代摩擦学理论认为滑动表面之间的摩擦是由微凸体的变形、磨粒和微凸体对表面的犁削以及粘着三者综合作用的结果。这三者对摩擦系数影响的程度取决于滑动界面的状态。根据《表面粗糙度对摩擦尖叫噪声特性》一文研究表明：表面粗糙度越大，产生摩擦尖叫噪声的时间越推后，摩擦尖叫噪声的强度越低[1]。故可通过改变接触面状态的方法来改善家用空调器壳体异响噪声。一般常用的手段是在家用空调器壳体零件接触面处粘贴绒布、增加蚀纹或润滑剂。3.3

控制温度变化由上论述可知，家用空调器温度变化越剧烈，壳体异响现象会越明显。故可以从控制空调器温度变化剧烈程度的角度来改善壳体异响噪声，如制冷时通过提高出风温度，使壳体温度不会剧变，但此法需要综合考虑对用户舒适性的影响。结论家用空调器壳体“热胀冷缩”异响其机理是家用空调器在制冷/制热开机或停机后，温度发生变化，壳体零件因热胀冷缩现象导致轮廓发生改变，零件相互接触部位发生相对运动，初始静摩擦力使运动受阻，剪切应变能积累，随着相对运动程度增大，滑动开始，能量释放，产生振动异响。家用空调器壳体“热胀冷缩”异响是温度变化引起的摩擦振动，其解决对策可以从改变摩擦状态和振动衰减方向进行，如消除或减少零件接触、改变接触面状态、采用高阻尼材料等。参考文献[1].王安宇，莫继良，盖