随着科技进步的提高，消费者对诸如洗衣机、电冰箱等家电的用户舒适性、安全性、智能化、轻量化等越来越重视。滚筒洗衣机以其洗净比高、衣物缠绕率低、节能节水等优点，广受消费者青睐。本案例以某型号滚筒洗衣机为研究对象，具体零部件组成如图1所示。主要由箱体、吊簧及减振器、筒体悬挂组件组成。

图1 滚筒洗衣机整机结构图

滚筒洗衣机悬挂系统的设计在振动性能中起着至关重要的作用。对于一个真实的物理模型，想要完全模拟真实运动情况是不可能的，且也是没必要的，只需要抓住主要研究对象，忽略一些次要因素的影响，比较接近的仿真出机械系统真实运动规律即可。所以本案例做出以下几条假设：

(1)忽略吊簧和阻尼器的质量，把它们看成理想的元件。

(2)不考虑各个运动副之间的摩擦阻力，所有零部件之间的装配为理想装配。

(3)除了弹簧和阻尼器以外，其它部件全部视为刚体。

(4)将偏心衣物看作质量不改变的刚体，固定于洗衣机内筒上。

(5)箱体视为刚体，且固定在大地上，弹簧、阻尼器固定于箱体。

将悬挂系统抽象为由滚筒系统（内外筒、电机、配重），偏心负载（脱水衣服），吊弹簧和阻尼器组成的振动系统。振动系统包含六个自由度：沿坐标轴三个方向的平移自由度，和围绕坐标轴的三个旋转自由度。悬架系统结构及参数示意简图如图2所示。

图2 悬架系统结构及参数示意简图

Adams是目前常用的多体动力学仿真软件，通过建立多体动力学模型进行仿真分析，可以帮助设计人员发现设计缺陷并提出改进建议。该软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库以及完全参数化的机械系统几何模型。求解器使用拉格朗日方程方法,在多刚性系统动力学理论中建立系统动力学方程，虚拟机械系统的静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。利用Adams软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型。在几何模型上施加力、力矩和运动激励，执行一组与实际状况相同的运动仿真测试，所得的测试结果就是机械系统工作过程的实际运动情况。

将滚筒洗衣机悬挂系统的CAD组件通过Parasolid模型数据接口导入AdamsView里，并根据组件之间的连接关系建立相应的运动副，见表1。用ADAMS/View的弹簧模块定义吊簧和阻尼器，刚度、阻尼系数、安装角度参照表2，同时，将适当的预载荷添加到两个弹簧中以平衡系统的重力，约束和预载完成后悬架系统的模型如图3所示。

表1 悬挂系统主要构件约束关系

表2 悬挂系统各个参数

图3滚筒洗衣机悬挂系统多体动力学模型

在本案例中，通过向外筒和内筒之间的旋转副添加旋转驱动来代替电机的作用。在滚筒洗衣机的脱水工作情况下，衣物不平衡离心力是整个机器振动的原始因素。为了使旋转曲线平滑过渡，避免突然变化，内筒设置为STEP函数，设置完成以后的速度曲线如图4所示，旋转方向为逆时针。

图4内筒转速曲线

滚筒洗衣机振动的主要原因是滚筒的振动，振幅太大的话会和箱体发生碰撞，为了不让它们相撞，且延长洗衣机部件的使用时间，就要设置合理的空隙。选用门封前端面中心作为测量点，如图5所示。将测量点q的振幅作为研究脱水阶段悬架系统的目标函数。

图5 测量点q位置

设置100s为整个模拟时间，每一步的时间长度为0.05s，并从静态平衡位置开始模拟。得出了测量点q的幅度如图6所示。从图中可以看出，测量q的最大振幅出现在第一加速的过程中，最后振动幅度稳定在2.25mm内，经过时域分析，ADAMS仿真模型可以达到预期的运动。

图6 测量点q位移随时间变化曲线

使用以上多体动力学分析模型，可以任意修改设计参数，快速验证测量点位移的变化趋势，为优化方向提供指导。

基于ADAMS软件的多体动力学分析具有实验测试无法比拟的优点，首先实验测试前的准备、实验台的搭建、传感器的安装等耗时耗力，而模拟过程十分的方便。其次，仿真测试除了可以输出位移曲线外，还可以根据实际情况，输出加速度曲线、速度曲线，并可以方便的对曲线进行编辑、导出仿真数据或者图片、视频等。最后软件仿真可以任意修改模型的参数，可以方便进行下一步的优化和模型的修改，大大缩短了研发周期。

参考文献：

[1]包文杰.滚筒洗衣机悬挂系统的优化[D].东南大学.

[2]郭远虎,刘雷.基于ADAMS的滚筒洗衣机悬挂系统参数优化[J].机械工程师, 2017(2):3.

[3]张建明,徐飞.基于MSC.ADAMS的洗衣机振动系统建模与仿真[J].家电科技, 2007(1):2.