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关于空调注塑结构抖动、异响分析报告

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张阔南哲

[导读] 摘要：为了解决空调冷暖状态转变存在的异响影响客户感官体验品质的问题，该文从异响产生的机理、处理途径、发展研究3个方面出发，通过开发过程中对空调异响的反复测试、分析、改进、研究及试验论证，提出详细的改进方案。

        格力电器（石家庄）有限公司河北石家庄 050000
        摘要：为了解决空调冷暖状态转变存在的异响影响客户感官体验品质的问题，该文从异响产生的机理、处理途径、发展研究3个方面出发，通过开发过程中对空调异响的反复测试、分析、改进、研究及试验论证，提出详细的改进方案。并通过整改模拟验证试验，结果表明，对消除或减弱异响问题效果显著，明显提升空调感官体验质量，为后续空调设计提供可借鉴的方案方法。
        关键词：空调塑料；异响；改善
        一、目前现状
        空调作为当前家庭必备的环境电器，给客户提供直观的温感享受，同时客户对空调等产品的感观体验重视度越来越高。随之噪音、异响是空调领域面临的新的难题。长时间生活在噪音环境，会造成失眠、疲劳无力、记忆力衰退，以至产生神经刷图哦症候群等严重疾病。[2]如何去降低噪音、消除异响一直是空调研究人员所关注的重点。
        异响一般是指非正常或不必要的声音，这些声音另乘客/顾客感到厌烦、不安或不愉悦。[1]噪音、声响的产生主要是冷热交替过程中零件接触点出现位移，产生的摩擦音。目前消除噪音的途径有几种：消除或者减弱声源的强度、隔绝异响的传播途径、用吸声处理减弱无法规避的异响。[1]空调噪音、异响的整改主要依靠在噪音产生点粘贴海绵、绒布等缓冲材料来减少、消除声音。
        二、噪音产生机理分析
        噪音、声响的产生主要是冷热交替过程中零件接触点出现位移，产生的摩擦音。其产生机理主要有以下几点：
        1、不同材料在冷热交替过程中热胀冷缩量的差异；
        当配合结构材料不一致时，如ABS与HIPS相配合，其线性膨胀率不一，处于同一温度状态时，ABS膨胀/收缩速率比HIPS大，即ABS与HIPS必定会产生摩擦。
        2、同种材料温度环境差异导致热胀冷缩量的差异；
        空调进出风位置存在局限性，制冷制热过程中，壳体整体温度分布不一。不同温区的塑料件热胀冷缩的幅度不同，彼此接触点出现位移。由于注塑件表面平滑，摩擦不会受到阻碍，所以，当温度大幅升高或降低时，注塑件结构摩擦运动加剧，就容易造成异响。
        3、曲面结构在冷热环境下发生强直或进一步收紧的结构变化；
        空调大部分外观件，如面板、装饰板等注塑件，并不是一个规则的状态，往往为了追求美观，多为曲面结构，由于注塑生产过程受温度影响严重，曲面结构力学性能较为不稳定，在挤压或冷热交替过程中，对装配过程、性能均会产生不良后果。
        4、材料表面处理等对表面及力学性能产生影响
        随着审美提升，一部分空调注塑件为了美观进行表面喷漆加工。HIPS 物理堆砌基本组成含有丁腈橡胶成分，在喷漆过程中，容易受到有机溶剂的浸润溶胀或溶解。物理堆砌方式表现更为明显，所以HIPS 进行喷漆时力学性能变化幅度较大。当这部分注塑件相配合时，由于其性能发生了变化，温度升高/降低时，曲面结构会发生较为严重的强直或者进一步收缩，也会导致摩擦运动的加剧，极易造成抖动情况。

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        5、接触区结构限制，使其在位移过程中有明显的跳动。
        当两个注塑件装配面存在结构变化，比如台阶、凸台等，其接触方式通常为面与面接触，为了装配效果，其接触尺寸、厚度通常相同。当温度变化时，注塑件产品由于所处温度区间不同，膨胀/收缩速率也不同，产品便会出现摩擦，当温度持续变化时，接触面部分位移至台阶处，当位移至极限位置时，便会产生错位，造成明显跳动。
        三、噪音消除的研究分析
        （一）优化材料选用
        塑料热胀冷缩受温度、时间、材料自身属性影响严重，最终膨胀/收缩量为三因素共同作用的结果。
        从材料角度考虑，温度变化大选用线性膨胀率小的材料，比如HIPS，减缓位移量，延长变化时间；温度变化小的选用线性膨胀率大的材料，比如ABS，适当增加变形量，随着时间变化，与装配件变形量相匹配，同步膨胀/收缩，两者之间摩擦缩小或消除，不会引起异响或分贝低于人耳可接受程度。
        （二）、产品结构优化以进行噪音规避
        既定的方案涉及减小零部件之间的接触面积，本方案也属于结构数模预研，规避Squeak几种不相容塑料材质相互接触的零部件之间，理论上，越小的实际基础面积，其产生的Squeak也就越弱。即设计断面应优先选用线面接触和点面接触，避免面面接触。[1]
        对空调中产生声响、噪音隐患处结构，可驱使注塑件膨胀朝一个方向进行，定向释放应力，如把卡扣孔洞的长或宽稍稍延长，使注塑件沿横向或纵向运动，减少摩擦力；针对台阶结构，由于产品变形，位移量增大，可增加摩擦方向位移量，沿摩擦方向加胶，扩大台阶面积，有效释放零件变形，降低噪音、声响。
        （三）、增加缓冲除噪结构
        1、接触面粘贴海绵、绒布进行缓冲降噪，绒布表面植绒结构，热胀冷缩过程中避免注塑件配合点直接摩擦，降低甚至消除异响。
        2、增加接触点表面纹理，释放接触面摩擦力，利用晒纹把接触面软化、胶化处理，使注塑件膨胀/收缩时，其压力获得良好释放，减小接触面摩擦力，降低噪音、异响；通过把晒纹纹理做得更加密集，达到软化目的。
        要想从根本上解决该问题，一方面是原材料属性的改进，增加HIPS原料的强度、线性膨胀率，提高材料的性能，使相配合的两种材料属性保持一致；另一方面则是对配合结构的改善，减少结构间的摩擦，即便膨胀/收缩速率不一致，使其接触面阻力增大，摩擦运动停止，则结构便会更加稳定，自然可消除异响、抖动异常。
        参考文献：
        [1]蒋雄，邱德平，汽车内饰塑料件NVH异响改善，汽车工程师，2018（4）：31—34；
        [2]邱适林，浅析中央空调噪音源及降噪举措，电子世界，2019/15。
        作者简介：
        张阔（1986），男，河北石家庄人，本科，主要从事空调结构及机械加工工艺研究。