有關(guān)吸油煙機動平衡問題的討論

如果就其工作特點而言，吸油煙機與電風(fēng)扇、排氣扇等都同屬于風(fēng)機類家電產(chǎn)品，都存在著一個葉輪的動平衡問題。但是，由于吸油煙機所處的特殊工作環(huán)境，吸油煙機葉輪的動平衡特性是否可以長期保持，對于保證吸油煙機的使用效果來說是至關(guān)重要的。而吸油煙機葉輪的動平衡問題，實際上涉及到吸油煙機葉輪的制造與檢測工藝、葉輪與蝸殼的組裝過程、消費者在使用過程中對吸油煙機的維護清洗等一系列的因素在內(nèi)。目前在公開發(fā)表的吸油煙機技術(shù)文獻(xiàn)中，對吸油煙機葉輪動平衡進行討論的論文是比較少的，因此筆者希望本文的內(nèi)容能夠?qū)ξ蜔煓C葉輪制造廠、吸油煙機整機制造廠以及吸油煙機的售后服務(wù)商有所參考。

2 吸油煙機葉輪動平衡的類型

筆者認(rèn)為，吸油煙機、電風(fēng)扇、排氣扇、浴室暖風(fēng)機甚至空調(diào)都屬于風(fēng)機類家電產(chǎn)品，這些家電產(chǎn)品都要依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動空氣快速流動才能夠?qū)崿F(xiàn)工作目的的。

根據(jù)風(fēng)機葉輪的直徑與葉輪盤面寬度的比值也就是“長徑比”可以把葉輪劃分為“單面平衡型”葉輪和“雙面平衡型”葉輪。

2.1 當(dāng)葉輪的直徑比葉輪的寬度（即葉輪側(cè)面投影厚度）大7~10倍即長徑比大于l/10~1/7時，屬于單面平衡型葉輪。毫無疑問，電風(fēng)扇、排氣扇等都屬于此種類型，在這種情況下，如果發(fā)現(xiàn)葉輪存在動不平衡現(xiàn)象，只需要在葉輪質(zhì)心所處直徑的反向任意位置上安裝一個同等力矩的校正質(zhì)量，就可以使偏離軸心的葉輪質(zhì)心恢復(fù)到軸心位置，使葉輪處于平衡狀態(tài)（參見圖1）。

2.2 對于長徑比小于1/10~1/7的葉輪，采用以上方式就不適用了，長徑比小于1/10~1/7的葉輪屬于“雙面平衡型”葉輪。在雙面平衡型葉輪上，當(dāng)葉輪處于無動力驅(qū)動狀態(tài)時，若有兩塊相等的質(zhì)量配置在軸線兩端且軸心對稱的位置上，此時葉輪質(zhì)心并不表現(xiàn)出偏離葉輪轉(zhuǎn)動軸線問題，葉輪實際上處于一種“靜平衡”的狀態(tài)下；但是如果葉輪一旦進入高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，這兩塊質(zhì)量各自產(chǎn)生的離心力就構(gòu)成一個力偶，葉輪的慣性軸和轉(zhuǎn)動軸就不再重合，于是導(dǎo)致葉輪的軸承受到強烈振動；或者兩塊質(zhì)量也不對稱，并且慣性軸和轉(zhuǎn)動軸相傾斜，于是葉輪質(zhì)心偏離軸線，葉輪轉(zhuǎn)動時的振動明顯增大。這是在雙面平衡型葉輪中最為普遍存在的動不平衡狀態(tài)。要想消除葉輪的這種動不平衡狀態(tài)，至少需要在兩個平面上安裝校正質(zhì)量才可以實現(xiàn)（參見圖2）。

除此之外，風(fēng)機類家電產(chǎn)品的葉輪普遍還是一種“懸臂式”轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，即只是在葉輪與電動機主軸連接的一端有支承，葉 輪是處于懸空狀態(tài)的，可以看作是結(jié)構(gòu)力學(xué)上的“懸臂梁”結(jié)構(gòu)，這一點在進行吸油煙機動平衡的狀態(tài)分析時是不能忽視的（參見圖2）。

在了解了葉輪的動平衡類型的劃分方法之后，就可以對吸油煙機葉輪所屬的動平衡類型做出判定吸油煙機葉輪屬于懸臂式雙面平衡型葉輪。在吸油煙機的設(shè)計、制造、安裝、使用、 維護的一系列過程中，清楚地認(rèn)識到吸油煙機葉輪動平衡的類型特點是十分重要的。

2.3 根據(jù)筆者目前所收集的吸油煙機葉輪的資料，認(rèn)為在現(xiàn)有的吸油煙機產(chǎn)品中，所采用的葉輪基本上應(yīng)當(dāng)都屬于懸臂式雙面平衡型葉輪。從筆者所拆解、測量過的各種吸油煙機葉輪來看，目前吸油煙機葉輪的直徑一般都在200mm左右（直徑略小一些的為190mm，直徑略大一些的為220mm），按照“單面平衡型”葉輪和“雙面平衡型”葉輪的劃分方法，如果以葉輪的直徑210mm計算，則葉輪的寬度（由于目前在吸油煙機上普遍采用的是離心式 葉輪，從側(cè)面看其寬度狀態(tài)是十分明顯的）應(yīng)當(dāng)在21~30mm之間；就是說當(dāng)吸油煙機的葉輪寬度不大于30mm時，直徑為210mm的葉輪才可以采用單面平衡方式對葉輪進行質(zhì)心配平，才能保證吸油煙機在高速運轉(zhuǎn)時不會因葉輪的動平衡狀態(tài)出現(xiàn)非正常的振動現(xiàn)象。筆者對吸油煙機葉輪的動平衡問題一直給予認(rèn)真注意。在拆解、測量各種吸油煙機的結(jié)構(gòu)時，就特別注意吸油煙機葉輪的構(gòu)造特點，并且在對浙江、江蘇、廣東等吸油煙機生產(chǎn)廠進行考察時，就有意專門了解各廠家對葉輪動平衡問題的控制程度，于是觀察到有一些廠家實際上是在采用處理單面平衡型葉輪動平衡的方式來處理雙面平衡型葉輪的動平衡問題。

實際上這個問題是很容易發(fā)現(xiàn)的：如果確定葉輪屬于雙面平衡類型，那么在葉輪上應(yīng)當(dāng)觀察到至少兩個配平片；如果葉輪屬于雙面平衡類型，而只觀察到一個配平片的話，則可以認(rèn)為其對葉輪的動平衡處理方式是不得當(dāng)?shù)摹?

3 葉輪在制造、周轉(zhuǎn)過程中對動平衡問題的措施

目前，由于吸油煙機的生產(chǎn)制造過程已經(jīng)實現(xiàn)了專業(yè)分工，吸油煙機的生產(chǎn)制造過程分別由零部件供應(yīng)商和整機制造商來完成，在一般情況下吸油煙機的整機制造商已經(jīng)不再自行制造葉輪，從供應(yīng)鏈關(guān)系看吸油煙機的整機制造商所采購的葉輪動平衡指標(biāo)應(yīng)當(dāng)是符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的，所以本文不準(zhǔn)備對葉輪在制造過程中的動平衡問題進行討論，只是打算指出一點：如果葉輪的生產(chǎn)廠在葉輪出廠時已經(jīng)對葉輪的動平衡特性進行了嚴(yán)格測試與配平，那么就應(yīng)該在葉輪的運輸、周轉(zhuǎn)過程中采取有效措施來保證葉輪的動平衡狀態(tài)保持良好。但是筆者注意到目前這個問題并沒有引起應(yīng)有的注意，無論是葉輪的包裝箱還是運輸、周轉(zhuǎn)過程中，并沒有采取什么有效措施來保證葉輪不會受到意外的損傷：葉輪的外包裝箱的強度不高；在包裝箱內(nèi)葉輪和葉輪之間、葉輪和包裝箱之間都沒有采取有效的防碰撞措施；葉輪包裝箱的堆放也未給予特別的關(guān)注。這對于保持葉輪的動平衡狀態(tài)是十分不利的，葉輪在出廠時具備的動平衡狀態(tài)完全有可能因為葉輪在運輸、周轉(zhuǎn)過程中的意外因素而受到破壞：比如由于葉輪在運輸、裝卸、堆放時產(chǎn)生變形，其質(zhì)心的變化肯定會影響到葉輪的動平衡狀態(tài)的。

4 葉輪在組裝過程中的動平衡問題

我們在從理論上討論葉輪的動平衡狀態(tài)時，是在制造葉輪的材料（材質(zhì)是均勻的、連續(xù)的、各向同質(zhì)也就是不含雜質(zhì)的）、工藝（沖壓、噴涂、鉚接、裝配）、形位公差（電動機的軸、葉輪的孔、葉輪葉片的加工尺寸）等等情況都處于理想狀態(tài)下時進行的；但是在實際情況下這是不可能做到的，葉輪的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)之間是存在一定誤差的；例如筆者就曾經(jīng)觀察到一些處理工藝較差的葉輪葉片表面的涂料出現(xiàn)流淌現(xiàn)象，這對于葉輪的動平衡狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是有一定影響的。

在為吸油煙機安裝葉輪的過程中，葉輪的動平衡特性是否能夠得到保持，要受到以下幾個因素的影響：

4.1 檢測因素

葉輪動平衡的檢測設(shè)備比較昂貴，檢測方法也比較復(fù)雜，在許多的吸油煙機整機制造廠中是不具備對葉輪進行嚴(yán)格檢測的技術(shù)手段的，一般只能采用一些相對簡單的方法進行檢測，如利用百分表來進行檢測（參見圖3）。

可以看出，采用百分表來檢測葉輪的動平衡狀態(tài)，只能得到一個大概的印象，因為采用這種方法只能對葉輪的徑向跳動和軸向（端面）跳動獲得一個近似值，不可能得到比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，因此只能對葉輪的動平衡漂移有一個大致的了解；而且這種檢測方式實際上是一種靜平衡方式而并非動平衡方式，所獲得的數(shù)據(jù)對在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下葉輪質(zhì)心的位置只具有參考意義。

4.2 檢測基準(zhǔn)因素

在采用百分表方法檢測葉輪時，采用的是普通的電動機的軸而不是采用專用樣軸作為檢測基準(zhǔn)的，由于普通電動機的軸的公差沒有進行過檢測，這樣對葉輪的檢測結(jié)果與設(shè)計意圖之間就可能形成一個較大的誤差，如此一來葉輪動平衡特性的檢測值與葉輪的設(shè)計意圖之間就有了一個本來不應(yīng)該存在的誤差由此可見這種看起來貌似可靠的檢測方法，其實并不可靠。

4.3 安裝公差因素

在安裝葉輪的過程中，并不考慮電動機的軸與葉輪的孔之間的公差分布狀態(tài)，不是把預(yù)先經(jīng)過檢測與組合、具有較小公差誤差的電動機和葉輪安裝在一起，而是隨意地進行電動機和葉輪的組裝工作：一這樣就難以避免出現(xiàn)電動機的軸和葉輪的孔都有較大的公差時，就會在電動機的軸與葉輪的結(jié)合部位出現(xiàn)較大的間隙，葉輪的動平衡狀態(tài)同樣也會受到影響（參見圖4）。

5 葉輪在使用、維護過程中的動平衡問題

吸油煙機與其它的風(fēng)機類家電產(chǎn)品最大的區(qū)別就是吸油煙機的工作環(huán)境十分惡劣，葉輪的動平衡特性在使用過程中的變化很大，其主要原因就是凝油對葉輪正常工作狀態(tài)的影響。

吸油煙機是專門用來清除廚房內(nèi)油煙的家用電器，吸油煙機的葉輪在驅(qū)動油煙運動的過程中，葉輪會由于與油煙的密切接觸而在葉片表面上形成大量的凝油，這些凝油不僅會在吸油煙機的運轉(zhuǎn)過程中形成強烈的氣流噪聲，并且會給吸油煙機葉輪的動平衡狀態(tài)帶來嚴(yán)重的不良影響。

5.1 葉輪上的凝油改變了葉輪原來的質(zhì)量分布狀態(tài)

葉輪在出廠時其質(zhì)量分布狀態(tài)可以看作是均勻分布的；但是不能忘記只要吸油煙機一旦投入使用，在葉片的表面上很快就會形成凝油。凝油具有流動性和凝固性，凝油在葉片上的流動與凝結(jié)是隨機分布的、不均勻的（比如當(dāng)吸油煙機停止運轉(zhuǎn)時，凝結(jié)在葉片表面的凝油會在重力作用下向下流動形成凝油層，其質(zhì)量分布就會集中在葉片的某些部位；當(dāng)吸油煙機再次停機時，這一部分由于質(zhì)量較大就可能仍然停留在與上次接近的位置，就有機會凝結(jié)更多數(shù)量的凝油，這樣長此以往葉輪上的質(zhì)量分布就會明顯地出現(xiàn)改變），而且增加了葉輪的實際質(zhì)量，葉輪的轉(zhuǎn)動慣量也隨之有了較大的變化，這些都會導(dǎo)致葉輪的動平衡狀態(tài)產(chǎn)生較大的變化。于是吸油煙機電動機的負(fù)荷實際上是增加了；這種分布不均勻的凝油層所形成的附加質(zhì)量，改變了葉輪的質(zhì)量分布，并且可能使葉輪的慣性軸嚴(yán)重偏離電動機的轉(zhuǎn)動軸，從而導(dǎo)致葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生比較劇烈的振動，這對于吸油煙機的安全使用是極為不利的。

5.2 清洗葉輪凝油也會破壞葉輪的動平衡特性

為了保持葉輪的正常工作，人們不得不經(jīng)常性的拆卸、清洗葉輪，在拆卸、清洗葉輪的過程中，經(jīng)常會嚴(yán)重地破壞葉輪的動平衡狀態(tài)，這是由于在由非專業(yè)人員清洗葉輪的過程中，為了把被凝油粘得很緊的葉輪拆卸下來、并把黏附在葉輪上的凝油清洗干凈，往往會采取一些野蠻作業(yè)方式，其結(jié)果往往是造成葉輪的嚴(yán)重受損，如葉片變形、電動機軸歪斜等等，都會使吸油煙機葉輪的動平衡狀態(tài)受到嚴(yán)重的不利影響。

6 對吸油煙機葉輪動平衡特性保障措施的改進建

目前，我國吸油煙機的市場份額仍然在逐年增加，吸油煙機的市場競爭也十分激烈，但是各個吸油煙機廠家大都不約而同地把對吸油煙機的創(chuàng)新點集中在容易實現(xiàn)又能夠被顧客直接看到的外觀造型、表面結(jié)構(gòu)等方面，對吸油煙機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部構(gòu)件如葉輪的改進方面，投入的力度并不大。筆者認(rèn)為，還是應(yīng)當(dāng)加大對吸油煙機具有變革性創(chuàng)新的力度，如本文所討論的葉輪動平衡問題。

筆者認(rèn)為，對吸油煙機葉輪的動平衡特性保障措施可以從以下幾個方面進行：

① 建議吸油煙機的葉輪制造廠重新設(shè)計吸油煙機葉輪的包裝箱，最好是設(shè)計成為可以周轉(zhuǎn)使用的剛性專用包裝箱，這樣不僅可以保證葉輪不會在運輸、裝卸、堆放過程中受到損壞，而且可以降低包裝箱的使用成本。

② 吸油煙機的整機制造廠家在目前不具備雙面平衡檢測條件時，可以采取以下方式盡量提高葉輪平衡性能的檢測精度：

a 吸油煙機的整機制造廠在進行電動機和葉輪的組裝以前、對電動機的軸公差和葉輪的孔公差進行測量和記錄，按照檢測結(jié)果對電動機和葉輪進行組配，以減少制造公差對葉輪動平衡特性的影響；

b 在裝配過程中不再采用電動機的軸作為檢測基準(zhǔn)，改為使用經(jīng)過嚴(yán)格檢定的樣軸作為檢測葉輪時的基準(zhǔn)，以減少制造公差對裝配精度的影響；

c 建議為吸油煙機配套電動機的制造廠家和葉輪的制造廠家對電動機的軸和葉輪的孔進行磨削加工，以減少電動機的軸和葉輪之間的裝配間隙，提高裝配精度，可以有效地降低制造公差對葉輪動平衡特性的不良影響。

③ 設(shè)法改善吸油煙機葉輪的設(shè)計結(jié)構(gòu)。盡量減少凝油在葉輪上的凝聚量，以盡量減少拆卸葉輪的次數(shù)。

④ 在吸油煙機的使用說明書中間應(yīng)當(dāng)詳細(xì)地告知用戶，在清洗葉輪的時候應(yīng)當(dāng)注意保護葉輪的動平衡狀態(tài)，不能采用野蠻生硬的方式拆卸葉輪；如果在清洗后發(fā)現(xiàn)葉輪損壞比較嚴(yán)重，一定要及時更換新的葉輪。

7 對吸油煙機葉輪進行創(chuàng)新設(shè)計是解決問題的最好方法

對于如何能夠比較徹底地克服吸油煙機葉輪在動平衡問題上的不足，筆者認(rèn)為最理想的方法就是對吸油煙機葉輪的結(jié)構(gòu)、形狀、材料、加工工藝、安裝工藝等等方面進行全新的設(shè)計，以符合雙面平衡型葉輪在動平衡特性方面的要求，才是解決吸油煙機葉輪目前所存在的動平衡問題的根本方式。