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波轮式全自动洗衣机脱水振动与抑制机理的研究

陈海卫

   我国洗衣机业的发展已有30年历史,目前年产量约占世界总产量的40%,居于世界首位。但由于国内该产业起步于技术引进与技术模仿,基础研究开展不足,核心技术掌握不够,制约了该产业的进一步发展,使得产品设计长期处于跟随状态,产品自身缺乏核心竞争力。目前,国内产品多限于中低端市场,高端市场占有率很低。 对于洗衣机产品而言,振动与噪声是考核其性能的重要指标。由于脱水过程常伴有强烈振动,脱水振动问题一直受到生产厂家重视。本课题以波轮式全自动洗衣机为基本研究对象,对其脱水振动与抑制机理进行深入研究。考虑到稳态响应、稳定性与瞬态响应是系统动态特性的三个主要方面,而目前脱水振动研究多限于稳态响应分析,缺乏基本的稳定性研究,本课题重点讨论波轮式全自动洗衣机脱水振动稳定性问题,同时对其稳态响应研究进行必要补充。此外,还讨论了系统刚柔耦合建模问题,为课题进一步发展做初步铺垫。 悬挂系统与平衡环是波轮式全自动洗衣机主要抑振部件。为此,第二章与第三章分别研究了波轮式全自动洗衣机自身悬挂结构的基本特点与稳定性问题;第四章分析了平衡环的动力学特性;在以上三章基础上,第五章对两者作用进行综合。 为研究波轮式全自动洗衣机自身悬挂结构特点,第二章在暂不考虑平衡环作用前提下,首先分析悬挂系统阻尼构成,并给出其详细全面的力学描述;推导了各部件动能表达式,进而应用Lagrange方程建立脱水振动模型;讨论系统静平衡位置求取方法与调平措施;分析系统6阶刚体模态;在第二章振动模型基础上,第三章引入旋转坐标变换完成自治系统转化,讨论自治系统平衡点的求取方法与稳定性问题,指出了脱水振动中由于切向阻尼过小所引发的Hopf分岔现象,进而应用参数延拓法对系统平衡点进行局部分岔分析,讨论了影响脱水振动稳定性的主要因素;最后通过实验与仿真验证了脱水振动失稳的存在。通过这两章的研究,可充分认识波轮式全自动洗衣机自身悬挂结构的特点与稳定性问题。 平衡环工作原理源于圆盘转子的自动定心现象。为此,第四章在平面模型基础上,以目前应用最为广泛的双球模型为基础,分析平衡环稳定性问题。首先将环内流体离散为两刚性小球,近似液体平衡环作用,建立系统自治形式描述方程,进而讨论其平衡解约束条件、稳定性及影响因素;分析了稳定区域内液体平衡环近似方法与稳态模型间的差别,指出单层结构液体平衡环难以实现系统完全平衡,而多层结构可大大改善偏心较小时平衡环的抑振能力。通过该章的研究,可充分了解平衡环动力学特性,为三维模型分析做好铺垫。 在以上三章分析基础上,第五章以三维模型为基础,采用双球模型近似平衡环作用,建立系统自治形式描述;通过对平衡点求解,指出三维模型平衡点与平面模型的类似。通过局部分岔分析,指出平衡环的存在可有效减小第三章Hopf分岔点处切向阻尼系数的大小;此外,该章还指出了轴向阻尼较小情况下脱水振动中失稳区域M与N ;详细讨论了失稳区域N的影响因素,并得到了实验验证;分析了脱水稳定区域内液体平衡环的重要作用,推导了保证系统振动摆角较小的约束方程式。通过该章研究,可深入了解平衡环对脱水振动稳定性与脱水振动稳态响应的影响。 除以上内容之外,第六章还对系统刚柔耦合建模方法进行研究。采用浮动坐标系方法和修正的Craig-Bampton模态,推导盛水桶柔性描述,进而通过Euler-Lagrange方程建立系统刚柔耦合模型;采用α方法求解,分析脱水振动中盛水桶变形情况,并通过与ANSYS结果对比,验证模型正确性。这一章为课题进一步进展做出铺垫。 最后,为便于设计人员对脱水过程进行动力学特性分析,第七章开发了脱水振动仿真分析软件,并给出一种抑制脱水振动的设计思路。……   
[关键词]:洗衣机;脱水振动;平衡环;稳定性;刚柔耦合
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:江南大学2010年