高伟 吕锦銮
摘 要：目前空调电机支架的结构设计仍然依靠经验为主导，在业界并未形成统一的标准。为了有效降低室外机风机腔的噪声，本文从空调外机结构设计的角度作分析，从空调外机噪声来源入手，给出减震空调外机机架设计方案和材料选择，给出直型电机支架设计方案，并对风叶翻面设计进行改进，当翻面设计为与风叶方向相同时，能降低噪声，增加风量，提高空调外机风机效率。本文对空调室外机电机支架噪声来源入手作分析，给出减震空调外机机架设计方案，以便对实际的制造使用提供参考。
关键词：空调外机机架 结构设计 外机材料 外机噪声
中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章編号：1674-098X（2020）01（b）-0077-02
空调室外机主要用于商业场所或家庭住宅，而室外机风机系统通过螺丝钉固定在电机支架上，形成一个组件后，再固定在底盘上。目前空调电机支架的结构设计仍然依靠经验为主导，在业界并未形成统一的标准。为了有效降低室外机风机腔的噪声，电机支架的设计需要从结构形式、加工方式等方面进行考虑[1]。良好的机架设计对空调外机的使用寿命、能耗、效率和使用舒适度有显著作用[2][3]
1 空调外机噪声分析
1.1 空调外机结构复杂
空调外机主要结构包括壳体、冷凝器、风机组件和压缩机组件。壳体由面板、侧板、顶盖和底壳等部件组成，相互之间通过螺钉硬连接;冷凝器由翅片和管路组成，管路的走向曲折复杂，管路内部还存在螺纹结构，制冷剂在管路中以气态和液态交替的方式流动;风机组件由电机、风叶、电机支架组成，固定于底壳和面板之间;压缩机组件内有气缸、电磁系统、油路系统等，结构更为复杂。
1.2 空调外机噪声源广
据噪声源的不同，包括空调内固体间、固体和液体间、液体间、固体和气体间产生的噪声。固体间的噪声源包括电机线圈和电机定子铁芯之间产生的摩擦噪声，风机运动时和外机壳体间的传递噪声，压缩机运行时因抖动传递到管路的噪声等。固体和液体间产生的噪声主要包括压缩机和管路系统内的制冷剂与管路内壁摩擦产生的噪声，制冷剂自身也会因流向复杂而形成液体间冲击的噪声，风叶转动时与空气相互摩擦会产生固体和气体之间的噪声。各种噪声源产生的噪声叠加会导致空调外机噪声放大。
1.3 空调外机降噪功能设计不足
空调外机系统会主动产生噪声，因此在设计过程中也需要考虑减震设计。但是因为空调外机设计并没有统一标准，甚至有些厂商可能并未考虑减震设计，导致空调外机在运行过程中噪声大影响用户感受，不良的震动也会影响到空调的使用寿命。在空调的制造材料方面，整体壳体板材的厚度、支架的刚度和强度、压缩机的结构和工作方式，都会对噪声的生成产生影响。在外机的架设方面，架设距离地面的高度，打入墙体内的钢筋深度，与空调内机连接的孔洞大小，也会对空调外机的噪声产生影响。
2 空调外机结构设计
2.1 减噪外机结构设计方案
目前电机支架主要采用三种方式，分为直型电机支架、弓形电机支架和半截电机支架等。
2.1.1 结构形式设计
电机支架的结构设计合理性主要与风叶、电机安装方式及安装后的重心是否合适有关。理论上，由于风叶伸进距离与风量呈对数关系，风叶的伸进距离并不能过多，当伸进距离达到一定阈值后，继续伸进风量增加不明显。此外，由于前侧挡板的限制，风叶不能无限制的伸进。因此风叶的伸进距离为2/3时最为合适。弓形的支架会使电机重心前移，增加集震源的力矩，使震动容易放大，直型支架可以有效规避此问题，同时在电机安装位置增加凸包可以增加支架强度，减少震动的传递。三款不同的电机支架的结构形式，如图1所示。
2.1.2 翻边方向设计
为了架线方便省事，电机的翻边均是与扇叶方向相反朝后，这样设计带来的影响会导致室外进风量降低、噪声增大、效率降低。因此，在电机支架设计过程中，考虑到提高进风量，降低噪声，提高效率，翻边的设计应与风叶方向相同朝前。试验结果如表1所示，在同转速下、电机支架翻边朝后时，所产生的噪音高于翻边朝前噪音1dB左右，效率降低4%左右;在同转速下，电机支架翻边朝后风量低于翻边朝前，减少量约为100m3/h。实验结果表明，翻面设计为与风叶方向相同时，能降低噪声，增加风量，提高空调外机风机的效率。
2.2 加工方式的选择
对于相应的减震机架设计需采用对应的加工方式，目前常见的加工方式包括单冲模，连续模和三次元。
2.2.1 单冲模
单冲模是无导向装置的冲裁模和成形模[4]。在零件的制作过程中，每个机床只执行一个工序，这会导致加工效率低、精度低、功耗大，无法大规模批量生产，且生产的大批零件无法保证一致性和精确性，目前这种加工方式只适合生产小批零件。
2.2.2 连续模
连续模工序直接从板、条、带、卷材等不同原材料上，用不同结构类型的多工位模具一模成形，制作出各种复杂形状的冲裁件和立体成形件的模具结构形式[5]。当连续模工作时，压力机完成一个行程，连续模上的不同工位分别完成所需要的全部冲压作业。当原材料在进给方向上连续通过模具中的所有工位时，完成一个行程或一组冲压部件。因此，当连续模生产时，不仅效率高，而且制造的部件具有良好的一致性和高互换性，更便于实现生产的无人化、机械化、自动化和操作安全性。与其他类型的模具相比，多工位连续模结构复杂，难以制造和维护，并且成本高，其结构设计时需要预留连料点，否则无法实现，而且连续模头尾两件是废件。
2.2.3 三次元
三次元的主要特点是采用机械手进行连续生产。每个操作工位独立完成一个工序，工位间通过机械手臂进行抓取和移动，这样做的一个显著的特点是生产效率高[6]。其优点是加工后的零件一致性和互换性得到提高，同时大批量零件的精确度、精密性也明显加强。但是，采用机械臂的方式也会带来设备成本提高、维护周期长，设计过程中要求也相应提高。
2.2.4 实际应用
在實际应用中，选用哪种结构，通常要根据交货期T、质量Q、成本C三要素权衡确定[7]，同时也需要考虑到公司内部现有的生产线，不能因为采用连续模导致现有生产线必须改造。在现有的成形技术水平与条件下，在保证冲压件质量的基础上，最短的生产周期和最低的制造成本是模具选择的基本原则。正常情况下，零件尺寸处于中小级别的薄板冲压件，在条件允许的条件下最好选用合适的连续模冲制。使用连续模在大多数情况下都能达到冲件的质量要求，但需求量小时则未必经济合算。多工位连续模只有在大批量生产时才能显示出明显的优势。在选择零件加工方式时，有必要估算该零件的总产量，这样更容易取得更好的经济效益。
2.3 制作材料
考虑到减震设计的需求，空调外机的电机在设计过程中，可以考虑采用新型材料，如橡胶材料、轻质钢材。外壳的设计可以采用高阻尼材料，吸收噪声，降低噪声的传播。在机架的连接处，要接合牢固，对于滑轮或者轴承处，必要时可涂抹润滑油，减低震动效果。
3 结语
针对空调室外机电机支架设计，本文从空调外机噪声来源出发，对噪声来源进行分析。并针对噪声特点，给出减震减噪空调外机机架设计方案，采用直型电机支架（中间凸包）可以有效提高减震、降噪的可能性，并对支架翻面设计进行改进，当翻面设计为与风叶方向相同时，能降低噪声，增加风量，提高空调外机风机效率。
参考文献
[1] 宋永喜.空调室外机振动噪音的传递路径研究[D].昆明理工大学，2016.
[2] 鲁琦，殳国华.基于单片机的红外超声室内定位系统[J]. 微处理机，2006（2）：66-68.
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[4] 赵广平，刘小红.模具设计[M].江西：江西高校出版社， 2008.
[5] 张正修，李欠娃.多工位连续模的类型、结构及制造[J]. 锻压装备与制造技术，2002，37（5）：58-62.
[6] 黄伟.三次元送料机械手的设计与轨迹的规划和优化[D].中北大学，2015.
[7] 王喜.成形极限应力图及其在多道次拉深成形中的应用研究[D].南京航空航天大学，2006.
