李语亭江俊钟泽王利亚黄文才胡海宏
美的冰箱事业部用户与产品中心安徽合肥  230601
摘要：通过因子分析，确定了碰撞速度是影响冰箱抽屉碰撞噪音的最主要原因；依据经典力学牛顿第二定律，推导了滑轨抽屉碰撞速度的计算公式。实验结果显示出撞击速度与碰撞噪音之间的关系，并利用对数方程[A×ln（v+B）+C]拟合出预测公式。经过实验对照，拟合结果
具有较高吻合度。在后续的冰箱滑轨抽屉设计中，结合理论推导公式及拟合方程可定量的预测抽屉碰撞噪音，在产品设计初期即可针对相
应参数进行优化设计。
关键词：碰撞噪音；抽屉；噪音预测；冰箱
Prediction of drawer impact noise of refrigerator
LI Yuting  JIANG Jun  ZHONG Ze  WANG Liya  HUANG Wencai  HU Haihong
Users & Products Centre, Midea Refrigerator Division  Hefei  230601
Abstract: Factor analysis confirms that impact velocity is the main factor affecting the refrigerator drawer impact noise. According to the second law of classical mechanics, the calculation formula for crash speed of drawer is derived. The relationship between impact velocity and impact noise is obtained experimentally, and we use the logarithmic equation [A×ln(v+B)+C] to fit the prediction formula. Comparing with the experiment, the fitting result has a high coincidence. Theoretical and fitting formulas can be used in the design of refrigerator drawers to quantitatively predict the impact noise. The corresponding parameters can be optimized at the beginning of product design.
Keywords: Impact Noise；Drawer；Noise Prediction；Refrigerator
中图分类号：TM925.21
DOI:10.19784/jki.issn1672-0172.2020.99.071
1  引言
近年来，随着家电行业不断发展，研究水平不断提高，科研人员及工程师在家电噪音领域的研究也在不断深入。在冰箱减振降噪领域，科研人员对传统三大噪音源——压缩机噪音、风道风扇噪音、系统
噪音已有了大量的研究，基于这些技术积累和降噪手段，冰箱固有声源噪音不断优化。然而在冰箱与用户交互的运动部件噪音领域，其研究仍然在起步阶段，部分研究集中在门体强度[1]、翻转梁力学研究[2]、铰链顺畅性[3]等方向。未来，冰箱噪音体验的提升不会再局限于传统三大噪音源，会更多体现在交互噪音当中。
在前期的研究中[4]，本文针对某款法式多门冰箱的滑轨抽屉，进行了碰撞噪音的机理分析及实验研究，定性得到了冰箱滑轨抽屉碰撞噪音的相关控制要点，并实际改善了此款冰箱的抽屉碰撞噪音。为给后续产品设计提供更加具体和准确的指导，本文针对抽屉碰撞噪音进行了进一步的实验研究和理论分析，确定了碰撞噪音的最大影响因子，并提出其理论计算公式。同时，通过实验定量给出碰撞噪音的预测公式。
2  因子研究
对于碰撞噪音问题，其本质为多余能量的释放。在冰箱滑轨抽屉的碰撞中，碰撞前的主要能量为抽屉动能，碰撞瞬间的能量释放主要为门封弹性耗散和碰撞噪音。若将整个碰撞看作一个封闭的能量过程，碰撞噪音的大小应只与另两项相关，此处在实际
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冰箱结构中，主要影响因子为：门封材质、门封面积、门封碰撞变形量、抽屉质量、碰撞速度。目前，冰箱门封材质均为软质聚氯乙烯（PVC ），因此重点分析后四个因子。
设计实验进行单因子验证，通过控制变量法，在只有一个因子变化的情况下进行碰撞噪音测试，测试结果如图1所示。随着门封面积、门封碰撞变形量、抽屉质量的改变，碰撞噪音呈离散分布，无明显相关性；但是随着碰撞瞬间速度的变化，碰撞噪音与其有明显的线性正相关。由此，我们可以确定，碰撞瞬间速度是影响碰撞噪音
大小的最主要因素。
图1
碰撞噪音因子分析
图2 滑轨结构图
3  理论分析
根据上文结论，以滑轨抽屉为载体，进一步研究碰撞瞬间速度的计算。目前，冰箱滑轨抽屉所使用的C 型三节金属滑轨，通过其中两根弹簧提供自锁力，如图2-A 所示。当抽屉闭合时自锁弹簧会由于抽屉安装的限位作用，处于轻微拉伸状态以提供持续闭锁力，此时
将弹簧拉伸量定义为L 0。
当抽屉打开，滑轨中的自锁弹簧逐渐拉伸，在拉伸到某一长度后，圆形限位结构缓慢卡入凹糟使弹簧保持拉伸状态（如图2-B ），此时将弹簧拉伸量定义为L 1。抽屉关闭至一定位置时，滑轨轨道滑动至自锁位置使圆形滑块脱出凹槽，在弹性力作用下加速关闭直至碰撞，这里定义抽屉越过自锁结构后的速度为v 1。此外，定义抽屉自身及负载质量为M ；滑轨等效摩擦系数固定为μ；抽屉倾斜角度为α（向下为正）；单个弹簧弹性系数为k ；抽屉碰撞瞬间速度为v 。整个系统以抽屉打开方向为正，弹簧完全闭合位置为零点。那么，整个抽屉闭合碰撞过程中的x 方向受力由如下几个部分组成，自锁弹簧的弹力：
F k =-4kx 滑轨摩擦力：F μ=Mgμ cos  α
抽屉重力在x 方向分量：F G =Mg sin  α
依据经典力学牛顿第二定律[5]则有：Ma =F k +F μ+F G
化为微分等式并带入相应表达式：
对此微分方程带入边界条件（x =L 1时，v =v 0）进行求解，可得：
抽屉关闭碰撞瞬间x =L 0，因此瞬间碰撞速度为：
以上，当冰箱滑轨抽屉的相应参数确定时，可依据上述公式预测碰撞瞬间速度值的大小。
4  实验和数据分析
依据上述理论分析及因子研究，碰撞速度可由滑轨抽屉的基本参数进行理论计算，而速度是决定碰撞噪音的主要因子。因此设计实验针对速度与噪音的相关性进行研究。实验所用样机为五门法式冰箱，冷冻有三个滑轨抽屉，冷藏为左右对开门体设计。如图
3所示，冰箱左侧布置激光位移传感器，测试抽屉关闭过程中位移的变化，对位移进行时间求导，可得
到碰撞瞬间的速度；同时，冰箱正前方1 m 处布置噪声传感器，距离地面高1 m 。采集使用DASP INV3062V 便携式数据采集卡及配套软件。传声器使用PCB ，频响范围20 Hz ～20 KHz ；激光位移传感器量程：100 mm ～1000 mm ，精度：0.1 mm 。实验时，首先将抽屉拉开，当软件开始采集后，以不同的推力关闭抽屉，经过多次实验测试碰撞瞬间噪声及碰撞速度，
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并分析对应数据。实验所用样机中抽屉碰撞噪音随速度变化如图4中散点所示，随着碰撞速度的增加，碰撞噪声声压级呈增大趋势；随着碰撞速度的不断增加，碰撞噪声声压级增大速率放缓。声压级国际上一般定义[6]如下：
其中p e 为声压有效值；p ref 为参考声压，在空气中，参考声压p ref
一般取2×10-5Pa 。在本文所涉及的碰撞系统中，声压的参数是由于抽屉碰撞产生的振动[7]，
这些平面的振动与撞击速度有着必然的联系。通过传统振动方程求解其振动规律及其复杂，并且其输入条件的测量存在较多不确定性[8]。
因此，这里我们结合实验结果以及声压级定义，通过数学拟合的方式，利用对数函数拟合出符合实验规律的实际计算公式。基于实际测试数据，使用SPL =A ×l n （v +B ）+C 形式对数拟合，其中A,B,C
为拟合常数，v 为碰撞瞬间速度。样机中抽屉拟合公式为：
SPL =-11.4078ln(v+0.00880)+95.7046
拟合曲线如图4中红线所示，拟合公式与实际数据相关系数为0.8747。针对样机上、下抽屉以及上、中加重抽屉（增加上、中抽屉质量以达到中、下抽屉质量）进行实验测试，并进行数学拟合，结果如图5A ～5D ，拟合公式分别为：
抽屉滑轨怎么安装SPL 1=-10.6974(v+0.0088)+92.0525；SPL 2=-12.0081ln(v+0.0410)+98.0568；SPL 3=-10.3532ln(v+0.0155)+95.3125；SPL 4=-11.3574ln(v+0.0647)+97.0802。
相关系数分别为：0.9066；0.8907；0.8896；0.8536，相关性较好，确定了拟合方法的普适性。根据不同抽屉工况进行误差分析，使用同型号不同样机进行对比实验，
对比实测碰撞噪音与公式计算
图3
实验冰箱及布点示意图
图4 中抽屉碰撞噪音实验拟合图
图5 上下抽屉及质量改变碰撞噪音拟合图
图6
误差分析
的预测值，结果如图6所示。抽屉碰撞噪声拟合公式计算误差小于5%，实际测试值与预测值误差在3 dB左右。预测结果较为准确。
5  结论及展望
本文通过因子梳理，分析了影响冰箱抽屉碰撞噪音大小的最主要因素，从经典力学牛顿第二定律出发，推导了滑轨抽屉最终碰撞速度的计算公式。根据碰撞噪音相关机理，利用实验方法得出最终碰撞速度与碰撞噪音之间的关系，并利用对数方程拟合出预测公式。根据不同抽屉参数的拟合预测公式中常数A、B、C的相对大小发现一定的规律性，例如常数A与碰撞面积大小具有一定相关性，而常数C与抽屉质量相关性较高，后续可针对其规律进行更深入的研究。目前，结合理论推导公式及拟合方程，已可以在冰箱开发初期指导滑轨抽屉设计，依据相关参数预测抽屉碰撞噪音，利用各个参数的影响程度，进行针对性优化。参考文献
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