【技术探究】基于模态及频率响应的油烟机振动问题研究

某欧式吸油烟机在产品批产后，出现严重的抖动问题，其振动超过标准所规定150um振幅，集烟腔可以看见明显的抖动，严重影响产品的质量，导致产品停产。针对此款油烟机，采用模态分析及频率响应分析相结合的方法，对抖动进行分析并提出解决方案。

3.1 模态分析及模态测试验证

首先基于商业软件NASTRAN进行了模态分析，结果如图1所示，油烟机模态为17.03Hz，振型体现为油烟机顶盖局部模态。

图1 油烟机17.03Hz模态振型

为了验证仿真结果的准确性，对油烟机进行模态测试。测试使用西门子XS便携式设备，采用移动力锤法，如图2所示，油烟机（range hood）测试模型命名为“hood”，整机划分21个结点，固定响应点hood：2，移动敲击hood：1～21号点。

图2 油烟机模态测试模型

测试结果如图3所示，通过图1及图3，可以得出如下结论：

（1）仿真模态及实验模态振型在水平盖板图3红圈中所示区域处具有明显的局部模态。

（2）仿真模态频率17.03Hz，实验模态频率17.24Hz，仿真误差仅为1.2%。

图3 油烟机测试模态17.24Hz振型

综合仿真、实验的模态振型及模态频率对比结果，验证了仿真模型的准确性及有效性，后续的模型优化可以基于仿真模型进行。

在无烟道阻力的情况下，吸油烟机的最大档位的转速为1000r/min，转频为16.7Hz，因此结构振动模态应至少大于16.7Hz才能避免共振。由于油烟机运行过程中转速会随着烟道阻力升高而增大，而用户家中存在烟道阻力，故产品在用户使用过程中电机转速会上升，转动频率容易与仿真结果17.03Hz吻合，并发生明显共振。因此，需要进行结构优化提升油烟机模态。通过图1可以看出，17.03Hz模态主要是蜗壳、电机支架、油烟机盖板的振型，由此可以看出，蜗壳的刚度、电机支架刚度、油烟机盖板是影响油烟机模态及减振效果的主要结构，因此，设计了五个结构优化方案。

（1）方案一、二为蜗壳底板厚度分别为1.0mm、1.2mm，如图4所示。

图4 方案一、二：蜗壳底板厚度分别为1.0mm、1.2mm

（2）方案三为将电机支架从竖置改为横置，如图5所示。

图5 方案三：电机支架横置

（3）方案四为在电机支架处增加两个加强支架，如图6所示。

图6 方案四：增加电机加强支架

（4）方案五为电机支架更改为上下左右四个连接点，如图7所示。

图7 方案五：电机支架增加为上下左右四个挂点

针对优化方案及原始模型进行模态分析。模态频率分析结果如表1所示。

由表1可以看出：

（1）方案三模态频率低于原始模型，没有效果。

（2）方案一模态频率提升至18.5Hz，相比原始模型有一定提升。

（3）方案二、方案四、方案五的模态频率均提高至19Hz以上，更有效地提高油烟机模态，避免共振。

油烟机盖板是客户直接所见的结构，振动主要体现在油烟机盖板振动，因此，盖板的局部模态也需要进行优化。为了提高盖板局部模态，在方案四的基础上增加了盖板与集烟腔连接螺钉，形成方案六。优化前后模态对比如图8所示。

图8 盖板模态分析结果

由图8可以看出，经过结构优化后，模态盖板局部模态提升至19.3Hz，远大于电机转频，可以有效避免盖板局部共振。

3.2 振动传递函数分析

为了验证结构方案的有效性，针对方案一、二、四、五、六进行振动传递函数分析，进一步确定减振效果，振动传递函数结果如图9所示。

图9 各方案振动传递函数分析结果

由图9可以看出：

（1）各方案均能有效降低20Hz以内的振动传递。

（2）图示中红圈部分，方案六的振动传递有明显下降，起到减振效果最优。

3.3 测试验证

为了验证方案六的有效性，进一步对振动进行了测试。振动测试选用了6个电机，5个风轮，在互相组合下进行振动测试，测点为盖板左、中、右三个测点。测试结果如表2所示。

（1）在1号电机与5个风轮的匹配测试中，1号电机与2号风轮匹配下的振动最大。

（2）为了能找出电机与风轮互相组合下的振动最大值，进一步选择2号风轮与其他电机进行匹配测试，其中4号电机与2号风轮匹配的振动最大，为110um。

基于振动测试结果，可以得出以下结论：

（1）结构优化后，由于电机和风轮的不同，振动存在差异。

（2）不同电机和风轮的组合下，最差的的振动为110um，远小于原始机型，减振效果明显。

（3）经过减振设计后，符合企业标准不大于150um的要求。