1、引言

随着生活质量的提高，人们对个人居住品质提出了更高要求。洗衣机作为家庭生活重要的辅助工具，其振动噪音直接影响用户的感官体验，成为衡量洗衣机性能及竞争力的一个重要指标。因此，越来越多的制造商将减小振动噪音、提高声品质作为产品开发的目标[1]。

滚筒洗衣机在结构上主要由操控系统、进排水系统、传动系统、内外筒系统、支撑系统组成。其中，进排水系统主要包括电磁进水阀、进水管、皂盒、排水泵、排水管，传动系统主要包括电机、皮带轮、皮带、三脚架、轴承，内外筒系统主要包括内筒、外筒、配重、门封，支撑系统主要包括箱体、底脚、吊簧、减震器。完整的洗涤过程一般如下：操控系统控制洗涤程序选择以及进排水系统中的电磁进水阀进水，传动系统中的电机通过皮带、皮带轮带动内外筒系统中的内筒做有规律的正反方向转动，对衣物进行摔打揉搓，洗涤、漂洗、脱水完成后的污水通过排水泵排出筒外[2]。在此过程中，滚筒洗衣机各系统都会对其振动噪音产生一定影响。

研究滚筒洗衣机各系统对其振动噪音的影响主要有以下目的：

（1）有利于制造商通过一定改善措施使洗衣机的振动噪音水平满足消费者的感官要求，提升用户体验；

（2）有利于防止或减少振动造成的机器故障，减少维修成本以及市场不良率；

（3）有利于降低噪音污染，保护消费者健康，满足人们对高品质绿色生活的追求。

为规范家电产品的振动、噪音品质及指标，2000年以来，国际电工委员会及我国相继出台GB/T 4214.1-2000《家用电器及类似用途噪音测试方法第1部分通用要求》、GB/T 4214.4-2008《家用电器及类似用途噪音测试方法洗衣机和离心式脱水机特殊要求》、GB/T 4288-2008《家用和类似用途电动洗衣机》、IEC 60704-1 2010《家用电器及类似用途噪音测试方法第1部分通用要求》、IEC60704-2-4 2011《家用电器及类似用途噪音测试方法洗衣机和离心式脱水机特殊要求》等多项标准，要求洗衣机洗涤、脱水时的噪音不超过72dB[3]。这些标准的制定为洗衣机减震降噪研究指明了方向，为消费者选购提供了依据。

为增加洗衣机行业相关技术人员对家用洗衣机振动噪音问题的了解，使其在减震降噪方面开发出噪音低、声品质好的新技术、新结构，本文按照振动噪音问题出现的先后顺序，对进排水系统、传动系统、内外筒系统、支撑系统等四个主要影响洗衣机振动噪音的系统进行了分析与总结。

2、滚筒洗衣机各系统对振动噪音影响

滚筒洗衣机振动噪音分正常振动噪音及异常振动噪音，其产生是各系统复合作用的结果，在研究振动噪音影响因素时，需要分析各系统（部件）单独作用以及不同系统相互作用等不同维度下对滚筒洗衣机振动噪音的影响。

2.1 进排水系统对振动噪音的影响

进排水系统最重要的部件是电磁进水阀、排水泵。水龙头中的水通过电磁进水阀进入皂盒，然后皂盒中的水带着洗涤剂等进入外筒；当洗衣机洗涤、漂洗完毕，需要排水时，排水泵启动，将外筒中的水抽离。

2.1.1 电磁进水阀

电磁进水阀是水源控制开关，正常工作时，其产生异常振动的可能性极小，但却可能因自身加工精度、内部器件配合等问题产生较大的电磁噪音；另外，如果电磁进水阀被堵，无法正常进水，则电磁阀的电流会产生异常波动，导致异常电磁振动及噪音。解决以上问题的关键在于：

（1）尽量避免电磁进水阀在非进水状态下长时间工作，从而防止内部器件发热导致的进水阀老化问题，减少电磁噪音；

（2）在进水阀开口端处增加过滤装置，防止杂质等进入进水阀内，从而保证电磁进水阀进水通畅性，减少由于其堵塞而导致的异常电磁振动及噪音。

2.1.2 排水泵

对于上排水的滚筒洗衣机，洗涤完成后需要通过排水泵将水或者洗涤液排出，使得洗衣机正常工作的同时，其内筒、外筒不会因残水而发霉、发臭。排水泵可能引起的具体异常振动噪音问题如下：

（1）叶轮及排水泵刚刚启动时会有较大振动噪音；

（2）对上排水滚筒洗衣机来说，当排水泵处于满载或者空载时噪音很小；但在排水的最后阶段，由于残水较少，叶轮产生的离心力难以将残水排出，循环倒流回泵体会使得叶轮拍打半水半气混合物，从而产生听感极差的离散异音[4]；

（3）由于自身加工误差、内部器件配合不良等问题产生电磁噪音。

行业内洗衣机厂家针对以上问题的初步解决方案有：在排水泵可体内增加泄流孔，使得最后的残水通过泄流孔排出，减少半载噪音；通过在排水泵与箱体之间增加隔振的橡胶垫等来减少排水泵工作时的振动噪音；合理设计风机叶片的材料、形状及厚度等，缓和叶片与水流之间的拍打力；提高排水泵制造精度及装配精度，减少由设计公差或者安装不到位等导致的异常振动噪音。

2.2 传动系统对振动噪音的影响

传动系统主要部件为电机、皮带、皮带轮、三脚架（含轴）、轴承。当滚筒洗衣机工作时，电机通过皮带、皮带轮和三脚架带动内筒转动，对衣物进行洗涤、漂洗、脱水，其中三脚架和轴承用于支撑带轮和内筒转动。传动系统运转不平衡时会导致洗衣机产生异常振动噪音[5]。

2.2.1 电机

滚筒洗衣机主要通过物理力将衣物上的污垢去除，电机一方面提供物理力的动力源，另一方面还起到整机配重的作用。电机种类、设计精度及其程序控制等是否合理，直接决定了洗涤效果以及整机振动噪音的大小。其可能引发的振动噪音问题如下：

（1）串激电机的碳刷摩擦电机，会引起较大摩擦噪音；变频电机取消了碳刷，无此问题。

（2）电机转子动平衡问题：不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪音并加速轴承磨损；电机转速控制不当，可能引起电机与外筒共振，产生较大噪音。

（3）DD电机：定子、转子间气隙不均匀或者转子加强筋设计不合理可能会引起电机振动大、噪音大以及风阻大等。

（4）电机定子与转子、内筒轴与皮带轮等的安装同心度，也会对整机振动噪音产生一定影响。

2.2.2 皮带及皮带轮

皮带及皮带轮用于将电机输出的扭矩作用于内筒轴，使得内筒转动。皮带与皮带轮配合是否合理直接影响电机驱动内筒转动的效率以及整机振动噪音的大小。其引发振动噪音的原因如下：

（1）皮带打滑：当皮带摩擦力不足、带轮粗糙度不足或者负载过高、启动或暂停时惯性矩产生的载荷过大时，会引起皮带打滑，进而产生异常振动及异音；此时可通过增加皮带张力或楔数或表面粗糙度、增加带轮直径或粗糙度、对传动重新设计、优化电机启动时的转速等减小皮带打滑的可能性。

（2）皮带与皮带轮之间存在异物时，会引起传动时的磨擦振动及异音；此时需要清理皮带及皮带轮。

（3）皮带轮跑偏，使得皮带轮与内筒不同轴，从而产生异常振动及异音，此时需要矫正皮带轮同轴度或平行度。

为了减少异常振动及噪音的产生，要合理设计皮带及皮带轮的粗糙度以及皮带张力。粗糙度越大，噪音越大，也越容易因磨损而减少皮带寿命；粗糙度太小会使得皮带因摩擦力不足而打滑。皮带张力过大会使得传动噪音增大，张力过小容易引起打滑和跳带，使得异常振动及噪音加大。

2.2.3 三脚架及轴承

三脚架与内筒刚性连接为一体，轴承预装于外筒轴承座内，两者用于支撑带轮和内筒的转动；三脚架传动轴与轴承装配不合理，会导致内外筒组件的异常振动噪音。具体影响如下：

（1）三脚架传动轴与轴承配合间隙较大、三脚架轴表面粗糙度大会导致轴被磨细，轴本身刚度不足会导致其变形，轴磨细、轴变形均会产生轴承失效风险，并引发工作时的异常振动及噪音；此时可通过将公差配合间隙减小、改善表面粗糙度、增加热处理工艺或采用更好的材料保证轴本身刚度等防止轴磨细或者变形。

（2）与三脚架传动轴配合的水封被磨损，会使得轴承进水，导致其生锈，从而产生轴承异音。

（3）如果杂质等进入轴承，经滚珠碾压，会引起轴承异常振动及噪音。

（4）轴承与三脚架传动轴装配不同心或运转过程中不同心，导致高速运转时产生异常振动及噪音。

2.3 内外筒系统对振动噪音的影响

内外筒系统由内筒、外筒、配重、门封等组成。其中，外筒用于盛水、固定电机和配重以及通过轴承定位内筒；内筒在电机带动下通过转动对衣物进行洗涤、摔打；门封在门玻璃配合下，用于密封内筒、外筒，保证洗涤过程不漏水。

2.3.1 内筒、外筒及配重

滚筒洗衣机运行时，内筒、外筒的振动需要靠配重来调节，配重块会增加外筒运转的稳定性，抑制内外筒系统的振动[6]。内筒、外筒、配重的刚度、结构等是否合理，直接影响滚筒洗衣机的整机振动噪音大小。其可能引起的振动噪音问题如下：

（1）内筒：如果内筒半径偏差较大，会导致内外筒之间的间隙不合理，加大内筒沿径向方向的跳动，严重时会造成内筒摩擦外筒；内筒刚度弱，则容易产生变形，导致内筒振动量加大，一方面产生噪音，另一方面可能会摩擦或者撞击外筒。

（2）外筒：与减震器配合的插入孔如果间隙过大，会使得减震器在外筒插入孔中晃动，导致减震器摩擦或者撞击外筒的噪音增大，减弱了减震器的隔振效果。

（3）配重：过轻时，其抑制机器振动的能力较弱，会使得机器产生移位；此外还要注意，如果紧固配重的螺钉断裂或者配重表面渣粒掉入螺钉孔中，会导致机器振动加大，产生异常噪音。

要解决如上问题，要从以下三方面入手：减小设计公差、提高制造精度；通过动力学仿真不同壁厚的内外筒在不同偏心状态下的内外筒形变量及间隙变化，合理设计内筒、外筒壁厚、加强筋等结构，增大其刚度，防止内外筒因变形而导致开裂、相互摩擦等问题；合理配置配重的重量及位置，减少因配重重量不足或放置位置不当导致的机器移位。

2.3.2 门封

门封的主要功能是在门玻璃的配合下形成密封的洗涤环境，保证在滚筒洗衣机工作过程中不漏水。当滚筒洗衣机运转时，因内筒、外筒是悬挂于箱体上的运动部件，由于不平衡造成的偏载振动，必然会通过门封传递到箱体上，造成整机振动噪音加大。门封可能引起的具体异常振动噪音问题如下：

（1）门封的硬度过大会使得整机的共振转速降低，振幅增大；

（2）门封的硬度不足会使其容易松软起皱，导致机体振动时，门封缓冲不足；

（3）当门封与门内框之间的间隙设计不合理时，此间隙可能导致高速运转时门封与门体之间的相对振动，产生异音。

要解决如上问题，要从以下几方面入手：通过仿真分析来了解门封薄弱部位，并对薄弱处通过调整厚度、形状、增加加强筋等进行改善；合理选择耐高温、耐磨损、不易松软起皱或者不能过硬的门封材料，减少机器运转过程中的门封变形、缓冲不足、撕裂等问题；门封两条棱相接部位的倒角要尽量做大些，使得门封变形更均匀，振动传递更均匀，减小异常振动噪音；合理设计门封与门内框接触部位的间隙以及接触面的大小，减小间隙不合理导致的门封与门体之间的相对振动。

2.4 支撑系统对振动噪音的影响

支撑系统主要包括箱体、底脚、吊簧、减震器以及箱体壁内侧贴附的吸音棉等，其中，吊簧、减震器[7]将内外筒组件与箱体柔性连接起来。箱体强度及侧面压型、底脚吸振能力、吸音棉吸隔声能力、吊簧的刚度及减震器的阻尼系数设计是否合理直接影响滚筒洗衣机内外筒运转的平稳性以及箱体振动辐射噪音水平。

2.4.1 箱体

箱体一般采用优质薄钢板加工而成，作为其他系统安装的基体，在洗衣机工作时，箱体会间接受到内筒等转动部件的振动激励的作用。从动力学角度来看，箱体的力学性能、固有频率、动态响应等对洗衣机振动噪音大小有直接影响[8]。箱体对振动噪音的主要影响如下：

（1）箱体板材厚度：厚度不同，箱体的刚度也不同。厚度太小，会使得箱体刚度较小，固有频率降低，使得箱体在内筒低转速运转时更容易产生共振；另外，因低转速时，内外筒部件振幅较大，如果箱体刚度不足，则在内外筒部件的带动下容易产生变形。厚度太大，会使得箱体刚度较大，导致振动噪音辐射效率增大。

（2）箱体压型形状及压型深度，也会在一定程度上影响箱体的刚度大小，要在充分考虑不同压型形状及压型深度对箱体固有频率及箱体抵抗变形能力的影响下，合理设计其形状，压型形状、大小的优化，可以有效提高箱体刚度，在一定范围内减小箱体厚度，大大降低成本；另外，在保证箱体性能的情况下，还要提高压型的美观度。

（3）为了防止或减弱工作时内部系统产生的振动噪

音，通常会在箱体壁内侧贴附用于隔振、吸音或防止内外

筒等部件撞击到箱体的吸音棉，以降低工作时的振动噪

音。应用吸音棉时，需研究、对比不同厚度、不同材料的

吸音棉在洗衣机高频、中频、低频运行时的吸音、隔音效

果，根据不同机器的噪音实际情况，确定不同箱体应采

用的吸音棉类型。

2.4.2 底脚

底脚一般采用橡胶类材料制成，安装于箱体下方的四个角处，形成对整机系统的稳定支撑，主要用于滚筒洗衣机的吸振以及防止箱体移位。其刚度、阻尼力及摩擦力等均对箱体的振动噪音有一定影响。底脚的材料、硬度、形状不同，其刚度、阻尼力及摩擦力等也大小不一。底脚设计时要考虑如下问题：

（1）构成底脚的弹性材料的动/静刚度比：动/静刚度比是衡量底脚吸振能力的关键指标，其值越大，则在动态激励作用下抵抗变形的能力越高，吸振效果越好；例如，丁腈橡胶的动/静刚度比要比硅橡胶大一些，隔振效果则相对较好；另外，材料的损耗系数、耐候性、耐臭氧老化、耐化学品腐蚀等[9]性能也要作为材料选择时的主要参考指标。

（2）底脚的硬度：构成底脚的材料不同，其随着硬度变化导致的振幅变化趋势也不同；在洗衣机空筒、全载、半载的不同偏心状态下，通过充分验证构成底脚的不同材料（丁腈橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等）的不同硬度带来的箱体振幅变化规律，合理选择材料及硬度。

（3）底脚的形状：底脚形状（花瓣状、网格状、平面状等）不同，与地面接触的摩擦力不同，直接影响箱体位移量的大小，进而影响其振动及噪音；通过测试不同形状底脚在不同地面的摩擦力大小，配合其对箱体振动噪音的影响，合理设计其与地面接触的底面形状。

2.4.3 吊簧

外筒通过吊簧吊装于箱体上，吊簧主要用于减弱内外筒系统向箱体传递的振动，进而减小箱体产生的噪音。其刚度、悬挂角度（位置）等对内部系统的动态特性有很大的影响。吊簧对动平衡主要影响如下：

（1）刚度过大，可能造成箱体移位及箱体振动辐射噪音大，在这种情况下，如果不能有效改善吊簧刚度，则需从底脚的吸振、耐摩擦性能方面入手解决箱体移位问题。

（2）吊簧刚度较小，则无法有效减弱内外筒系统的振动及噪音。

（3）两根吊簧的刚度或者初始长度不匹配时，会导致机器偏心，造成振动噪音；此时需要尽量减小设计公差，保证两根吊簧的制造精度。

2.4.4 减震器

减震器主要用于提供阻尼力，降低内外筒系统运行时的振幅，其阻尼力、安装角度等对内部系统的动态特性有很大影响。减震器选用或设计不当，会导致外筒撞箱体、箱体移位以及由此产生的振动噪音大的问题。使用减震器时要考虑如下问题：通过动力学仿真、样机测试等，明确减震器在多种频率下，其阻尼力随加载周期延长的衰减曲线，选用稳定性较好、性能不易衰减、耐久性强以及温度敏感性较低的阻尼脂，保证其应用性能；一般情况下，箱体的固有频率越高，减震器阻尼力衰减越严重，因此，为了获得较佳减震效果，箱体固有频率应设计的低一些。两根减震器阻尼力匹配性及安装角度分布的平衡性、对称性；减震器固定销子质量问题或松动等等。对于滚筒洗衣机来说，在脱水启动阶段，振幅较大，此时减震器的阻尼越大越好；脱水稳态阶段，振幅较小，此时减震器的阻尼越小越好，以减少传递到箱体上的力。

3、总结

滚筒洗衣机振动噪音的产生是多系统、多因素综合作用的结果，要有效减小振动噪音，设计人员需要在充分了解振动噪音源的基础上，以理论和实践为基础，充分验证改善方案的合理性，不断优化整机振动噪音性能指标。

未来，贴近消费者需求的减震降噪技术将聚焦以下几个方向：通过3D加速度传感器检测机器的对角偏心情况，主动干预并控制悬挂系统等的动平衡；主控程序控制电机及传动系统的运转速度、运转状态，此方法可在不增加成本的情况下有效降低振动噪音；精确检测衣物重量及分布的电机控制技术及新型电机品类可以有效控制电机动态性能；建立声品质客观分析及主观评价等振动噪音测试系统；建立完善的振动噪音性能变化寿命试验管理体系和办法，提高产品可靠性；有效切断或弱化振动噪音传递的阻尼或吸音材料的研究；主动降噪技术：通过增加主动降噪装置，利用反相位声波，及时抑制噪音，优化整机声品质。

参考文献

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[2] 陈浩，保和平. 洗衣机原理与维修技术[M]. 河南:河南科学技术出版社，2001: 186.

[3] GB/T 4288-2008, 家用和类似用途电动洗衣机[S].

[4] 刘家峰，吉卫喜. 滚筒洗衣机减振技术的发展[J]. 机械工程师，2013,(4): 41.

[5] 孙益民. 滚筒洗衣机振动特性分析与仿真[D]. 江苏: 江南大学硕士学位论文，2008: (2).

[6] 中国家用电动洗衣机产业技术路线图（2015年版）[Z]. 北京: 中国家用电器协会，2015,(10).

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[8] 徐超，左言言，李晓川. 滚筒洗衣机箱体振动与噪声控制[J]. 环境工程，2008, 26(1): 57-60.

[9] 翁国文，张馨. 橡胶材料的选用[M]. 北京：化学工业出版社，2010: 26.