淺談空調(diào)室外機電機支架的設計

高偉 呂錦鑾

摘? ?要：目前空調(diào)電機支架的結構設計仍然依靠經(jīng)驗為主導，在業(yè)界并未形成統(tǒng)一的標準。為了有效降低室外機風機腔的噪聲，本文從空調(diào)外機結構設計的角度作分析，從空調(diào)外機噪聲來源入手，給出減震空調(diào)外機機架設計方案和材料選擇，給出直型電機支架設計方案，并對風葉翻面設計進行改進，當翻面設計為與風葉方向相同時，能降低噪聲，增加風量，提高空調(diào)外機風機效率。本文對空調(diào)室外機電機支架噪聲來源入手作分析，給出減震空調(diào)外機機架設計方案，以便對實際的制造使用提供參考。

關鍵詞：空調(diào)外機機架? 結構設計? 外機材料? 外機噪聲

中圖分類號：TM341? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0077-02

空調(diào)室外機主要用于商業(yè)場所或家庭住宅，而室外機風機系統(tǒng)通過螺絲釘固定在電機支架上，形成一個組件后，再固定在底盤上。目前空調(diào)電機支架的結構設計仍然依靠經(jīng)驗為主導，在業(yè)界并未形成統(tǒng)一的標準。為了有效降低室外機風機腔的噪聲，電機支架的設計需要從結構形式、加工方式等方面進行考慮[1]。良好的機架設計對空調(diào)外機的使用壽命、能耗、效率和使用舒適度有顯著作用[2][3]

1? 空調(diào)外機噪聲分析

1.1 空調(diào)外機結構復雜

空調(diào)外機主要結構包括殼體、冷凝器、風機組件和壓縮機組件。殼體由面板、側板、頂蓋和底殼等部件組成，相互之間通過螺釘硬連接;冷凝器由翅片和管路組成，管路的走向曲折復雜，管路內(nèi)部還存在螺紋結構，制冷劑在管路中以氣態(tài)和液態(tài)交替的方式流動;風機組件由電機、風葉、電機支架組成，固定于底殼和面板之間;壓縮機組件內(nèi)有氣缸、電磁系統(tǒng)、油路系統(tǒng)等，結構更為復雜。

1.2 空調(diào)外機噪聲源廣

據(jù)噪聲源的不同，包括空調(diào)內(nèi)固體間、固體和液體間、液體間、固體和氣體間產(chǎn)生的噪聲。固體間的噪聲源包括電機線圈和電機定子鐵芯之間產(chǎn)生的摩擦噪聲，風機運動時和外機殼體間的傳遞噪聲，壓縮機運行時因抖動傳遞到管路的噪聲等。固體和液體間產(chǎn)生的噪聲主要包括壓縮機和管路系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑與管路內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生的噪聲，制冷劑自身也會因流向復雜而形成液體間沖擊的噪聲，風葉轉動時與空氣相互摩擦會產(chǎn)生固體和氣體之間的噪聲。各種噪聲源產(chǎn)生的噪聲疊加會導致空調(diào)外機噪聲放大。

1.3 空調(diào)外機降噪功能設計不足

空調(diào)外機系統(tǒng)會主動產(chǎn)生噪聲，因此在設計過程中也需要考慮減震設計。但是因為空調(diào)外機設計并沒有統(tǒng)一標準，甚至有些廠商可能并未考慮減震設計，導致空調(diào)外機在運行過程中噪聲大影響用戶感受，不良的震動也會影響到空調(diào)的使用壽命。在空調(diào)的制造材料方面，整體殼體板材的厚度、支架的剛度和強度、壓縮機的結構和工作方式，都會對噪聲的生成產(chǎn)生影響。在外機的架設方面，架設距離地面的高度，打入墻體內(nèi)的鋼筋深度，與空調(diào)內(nèi)機連接的孔洞大小，也會對空調(diào)外機的噪聲產(chǎn)生影響。

2? 空調(diào)外機結構設計

2.1 減噪外機結構設計方案

目前電機支架主要采用三種方式，分為直型電機支架、弓形電機支架和半截電機支架等。

2.1.1 結構形式設計

電機支架的結構設計合理性主要與風葉、電機安裝方式及安裝后的重心是否合適有關。理論上，由于風葉伸進距離與風量呈對數(shù)關系，風葉的伸進距離并不能過多，當伸進距離達到一定閾值后，繼續(xù)伸進風量增加不明顯。此外，由于前側擋板的限制，風葉不能無限制的伸進。因此風葉的伸進距離為2/3時最為合適。弓形的支架會使電機重心前移，增加集震源的力矩，使震動容易放大，直型支架可以有效規(guī)避此問題，同時在電機安裝位置增加凸包可以增加支架強度，減少震動的傳遞。三款不同的電機支架的結構形式，如圖1所示。

2.1.2 翻邊方向設計

為了架線方便省事，電機的翻邊均是與扇葉方向相反朝后，這樣設計帶來的影響會導致室外進風量降低、噪聲增大、效率降低。因此，在電機支架設計過程中，考慮到提高進風量，降低噪聲，提高效率，翻邊的設計應與風葉方向相同朝前。試驗結果如表1所示，在同轉速下、電機支架翻邊朝后時，所產(chǎn)生的噪音高于翻邊朝前噪音1dB左右，效率降低4%左右;在同轉速下，電機支架翻邊朝后風量低于翻邊朝前，減少量約為100m3/h。實驗結果表明，翻面設計為與風葉方向相同時，能降低噪聲，增加風量，提高空調(diào)外機風機的效率。

2.2 加工方式的選擇

對于相應的減震機架設計需采用對應的加工方式，目前常見的加工方式包括單沖模，連續(xù)模和三次元。

2.2.1 單沖模

單沖模是無導向裝置的沖裁模和成形模[4]。在零件的制作過程中，每個機床只執(zhí)行一個工序，這會導致加工效率低、精度低、功耗大，無法大規(guī)模批量生產(chǎn)，且生產(chǎn)的大批零件無法保證一致性和精確性，目前這種加工方式只適合生產(chǎn)小批零件。

2.2.2 連續(xù)模

連續(xù)模工序直接從板、條、帶、卷材等不同原材料上，用不同結構類型的多工位模具一模成形，制作出各種復雜形狀的沖裁件和立體成形件的模具結構形式[5]。當連續(xù)模工作時，壓力機完成一個行程，連續(xù)模上的不同工位分別完成所需要的全部沖壓作業(yè)。當原材料在進給方向上連續(xù)通過模具中的所有工位時，完成一個行程或一組沖壓部件。因此，當連續(xù)模生產(chǎn)時，不僅效率高，而且制造的部件具有良好的一致性和高互換性，更便于實現(xiàn)生產(chǎn)的無人化、機械化、自動化和操作安全性。與其他類型的模具相比，多工位連續(xù)模結構復雜，難以制造和維護，并且成本高，其結構設計時需要預留連料點，否則無法實現(xiàn)，而且連續(xù)模頭尾兩件是廢件。

2.2.3 三次元

三次元的主要特點是采用機械手進行連續(xù)生產(chǎn)。每個操作工位獨立完成一個工序，工位間通過機械手臂進行抓取和移動，這樣做的一個顯著的特點是生產(chǎn)效率高[6]。其優(yōu)點是加工后的零件一致性和互換性得到提高，同時大批量零件的精確度、精密性也明顯加強。但是，采用機械臂的方式也會帶來設備成本提高、維護周期長，設計過程中要求也相應提高。

2.2.4 實際應用

在實際應用中，選用哪種結構，通常要根據(jù)交貨期T、質量Q、成本C三要素權衡確定[7]，同時也需要考慮到公司內(nèi)部現(xiàn)有的生產(chǎn)線，不能因為采用連續(xù)模導致現(xiàn)有生產(chǎn)線必須改造。在現(xiàn)有的成形技術水平與條件下，在保證沖壓件質量的基礎上，最短的生產(chǎn)周期和最低的制造成本是模具選擇的基本原則。正常情況下，零件尺寸處于中小級別的薄板沖壓件，在條件允許的條件下最好選用合適的連續(xù)模沖制。使用連續(xù)模在大多數(shù)情況下都能達到?jīng)_件的質量要求，但需求量小時則未必經(jīng)濟合算。多工位連續(xù)模只有在大批量生產(chǎn)時才能顯示出明顯的優(yōu)勢。在選擇零件加工方式時，有必要估算該零件的總產(chǎn)量，這樣更容易取得更好的經(jīng)濟效益。

2.3 制作材料

考慮到減震設計的需求，空調(diào)外機的電機在設計過程中，可以考慮采用新型材料，如橡膠材料、輕質鋼材。外殼的設計可以采用高阻尼材料，吸收噪聲，降低噪聲的傳播。在機架的連接處，要接合牢固，對于滑輪或者軸承處，必要時可涂抹潤滑油，減低震動效果。

3? 結語

針對空調(diào)室外機電機支架設計，本文從空調(diào)外機噪聲來源出發(fā)，對噪聲來源進行分析。并針對噪聲特點，給出減震減噪空調(diào)外機機架設計方案，采用直型電機支架（中間凸包）可以有效提高減震、降噪的可能性，并對支架翻面設計進行改進，當翻面設計為與風葉方向相同時，能降低噪聲，增加風量，提高空調(diào)外機風機效率。

參考文獻

[1] 宋永喜.空調(diào)室外機振動噪音的傳遞路徑研究[D].昆明理工大學，2016.

[2] 魯琦，殳國華.基于單片機的紅外超聲室內(nèi)定位系統(tǒng)[J]. 微處理機，2006（2）：66-68.

[3] 王倩，王清周，崔春翔，等.多孔CuAlMn形狀記憶合金的制備及其壓縮特性[J].河北工業(yè)大學學報，2012，41（1）：57-60，65.

[4] 趙廣平，劉小紅.模具設計[M].江西：江西高校出版社， 2008.

[5] 張正修，李欠娃.多工位連續(xù)模的類型、結構及制造[J]. 鍛壓裝備與制造技術，2002，37（5）：58-62.

[6] 黃偉.三次元送料機械手的設計與軌跡的規(guī)劃和優(yōu)化[D].中北大學，2015.

[7] 王喜.成形極限應力圖及其在多道次拉深成形中的應用研究[D].南京航空航天大學，2006.