有關(guān)吸油煙機(jī)動(dòng)平衡問題的討論

如果就其工作特點(diǎn)而言，吸油煙機(jī)與電風(fēng)扇、排氣扇等都同屬于風(fēng)機(jī)類家電產(chǎn)品，都存在著一個(gè)葉輪的動(dòng)平衡問題。但是，由于吸油煙機(jī)所處的特殊工作環(huán)境，吸油煙機(jī)葉輪的動(dòng)平衡特性是否可以長(zhǎng)期保持，對(duì)于保證吸油煙機(jī)的使用效果來說是至關(guān)重要的。而吸油煙機(jī)葉輪的動(dòng)平衡問題，實(shí)際上涉及到吸油煙機(jī)葉輪的制造與檢測(cè)工藝、葉輪與蝸殼的組裝過程、消費(fèi)者在使用過程中對(duì)吸油煙機(jī)的維護(hù)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(jī)技術(shù)文獻(xiàn)中，對(duì)吸油煙機(jī)葉輪動(dòng)平衡進(jìn)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(jī)葉輪制造廠、吸油煙機(jī)整機(jī)制造廠以及吸油煙機(jī)的售后服務(wù)商有所參考。

2 吸油煙機(jī)葉輪動(dòng)平衡的類型

筆者認(rèn)為，吸油煙機(jī)、電風(fēng)扇、排氣扇、浴室暖風(fēng)機(jī)甚至空調(diào)都屬于風(fēng)機(jī)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(dòng)空氣快速流動(dòng)才能夠?qū)崿F(xiàn)工作目的的。

根據(jù)風(fēng)機(jī)葉輪的直徑與葉輪盤面寬度的比值也就是“長(zhǎng)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(zhǎng)徑比大于l/10~1/7時(shí)，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(dòng)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(gè)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(duì)于長(zhǎng)徑比小于1/10~1/7的葉輪，采用以上方式就不適用了，長(zhǎng)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(dòng)力驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，若有兩塊相等的質(zhì)量配置在軸線兩端且軸心對(duì)稱的位置上，此時(shí)葉輪質(zhì)心并不表現(xiàn)出偏離葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線問題，葉輪實(shí)際上處于一種“靜平衡”的狀態(tài)下；但是如果葉輪一旦進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，這兩塊質(zhì)量各自產(chǎn)生的離心力就構(gòu)成一個(gè)力偶，葉輪的慣性軸和轉(zhuǎn)動(dòng)軸就不再重合，于是導(dǎo)致葉輪的軸承受到強(qiáng)烈振動(dòng)；或者兩塊質(zhì)量也不對(duì)稱，并且慣性軸和轉(zhuǎn)動(dòng)軸相傾斜，于是葉輪質(zhì)心偏離軸線，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)明顯增大。這是在雙面平衡型葉輪中最為普遍存在的動(dòng)不平衡狀態(tài)。要想消除葉輪的這種動(dòng)不平衡狀態(tài)，至少需要在兩個(gè)平面上安裝校正質(zhì)量才可以實(shí)現(xiàn)（參見圖2）。

除此之外，風(fēng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(diǎn)在進(jìn)行吸油煙機(jī)動(dòng)平衡的狀態(tài)分析時(shí)是不能忽視的（參見圖2）。

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

2.3 根據(jù)筆者目前所收集的吸油煙機(jī)葉輪的資料，認(rèn)為在現(xiàn)有的吸油煙機(jī)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(cè)量過的各種吸油煙機(jī)葉輪來看，目前吸油煙機(jī)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(jì)算，則葉輪的寬度（由于目前在吸油煙機(jī)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(jī)的葉輪寬度不大于30mm時(shí)，直徑為210mm的葉輪才可以采用單面平衡方式對(duì)葉輪進(jìn)行質(zhì)心配平，才能保證吸油煙機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)因葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)出現(xiàn)非正常的振動(dòng)現(xiàn)象。筆者對(duì)吸油煙機(jī)葉輪的動(dòng)平衡問題一直給予認(rèn)真注意。在拆解、測(cè)量各種吸油煙機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)，就特別注意吸油煙機(jī)葉輪的構(gòu)造特點(diǎn)，并且在對(duì)浙江、江蘇、廣東等吸油煙機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行考察時(shí)，就有意專門了解各廠家對(duì)葉輪動(dòng)平衡問題的控制程度，于是觀察到有一些廠家實(shí)際上是在采用處理單面平衡型葉輪動(dòng)平衡的方式來處理雙面平衡型葉輪的動(dòng)平衡問題。

實(shí)際上這個(gè)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(gè)配平片；如果葉輪屬于雙面平衡類型，而只觀察到一個(gè)配平片的話，則可以認(rèn)為其對(duì)葉輪的動(dòng)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(duì)動(dòng)平衡問題的措施

目前，由于吸油煙機(jī)的生產(chǎn)制造過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了專業(yè)分工，吸油煙機(jī)的生產(chǎn)制造過程分別由零部件供應(yīng)商和整機(jī)制造商來完成，在一般情況下吸油煙機(jī)的整機(jī)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(jī)的整機(jī)制造商所采購的葉輪動(dòng)平衡指標(biāo)應(yīng)當(dāng)是符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的，所以本文不準(zhǔn)備對(duì)葉輪在制造過程中的動(dòng)平衡問題進(jìn)行討論，只是打算指出一點(diǎn)：如果葉輪的生產(chǎn)廠在葉輪出廠時(shí)已經(jīng)對(duì)葉輪的動(dòng)平衡特性進(jìn)行了嚴(yán)格測(cè)試與配平，那么就應(yīng)該在葉輪的運(yùn)輸、周轉(zhuǎn)過程中采取有效措施來保證葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)保持良好。但是筆者注意到目前這個(gè)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(yùn)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(huì)受到意外的損傷：葉輪的外包裝箱的強(qiáng)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(duì)于保持葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)是十分不利的，葉輪在出廠時(shí)具備的動(dòng)平衡狀態(tài)完全有可能因?yàn)槿~輪在運(yùn)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(yùn)輸、裝卸、堆放時(shí)產(chǎn)生變形，其質(zhì)心的變化肯定會(huì)影響到葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)的。

4 葉輪在組裝過程中的動(dòng)平衡問題

我們?cè)趶睦碚撋嫌懻撊~輪的動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)，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(dòng)機(jī)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(shí)進(jìn)行的；但是在實(shí)際情況下這是不可能做到的，葉輪的實(shí)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(duì)于葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是有一定影響的。

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

4.1 檢測(cè)因素

葉輪動(dòng)平衡的檢測(cè)設(shè)備比較昂貴，檢測(cè)方法也比較復(fù)雜，在許多的吸油煙機(jī)整機(jī)制造廠中是不具備對(duì)葉輪進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)的技術(shù)手段的，一般只能采用一些相對(duì)簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行檢測(cè)，如利用百分表來進(jìn)行檢測(cè)（參見圖3）。

可以看出，采用百分表來檢測(cè)葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)，只能得到一個(gè)大概的印象，因?yàn)椴捎眠@種方法只能對(duì)葉輪的徑向跳動(dòng)和軸向（端面）跳動(dòng)獲得一個(gè)近似值，不可能得到比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，因此只能對(duì)葉輪的動(dòng)平衡漂移有一個(gè)大致的了解；而且這種檢測(cè)方式實(shí)際上是一種靜平衡方式而并非動(dòng)平衡方式，所獲得的數(shù)據(jù)對(duì)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(cè)基準(zhǔn)因素

在采用百分表方法檢測(cè)葉輪時(shí)，采用的是普通的電動(dòng)機(jī)的軸而不是采用專用樣軸作為檢測(cè)基準(zhǔn)的，由于普通電動(dòng)機(jī)的軸的公差沒有進(jìn)行過檢測(cè)，這樣對(duì)葉輪的檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)意圖之間就可能形成一個(gè)較大的誤差，如此一來葉輪動(dòng)平衡特性的檢測(cè)值與葉輪的設(shè)計(jì)意圖之間就有了一個(gè)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(cè)方法，其實(shí)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(dòng)機(jī)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(cè)與組合、具有較小公差誤差的電動(dòng)機(jī)和葉輪安裝在一起，而是隨意地進(jìn)行電動(dòng)機(jī)和葉輪的組裝工作：一這樣就難以避免出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軸和葉輪的孔都有較大的公差時(shí)，就會(huì)在電動(dòng)機(jī)的軸與葉輪的結(jié)合部位出現(xiàn)較大的間隙，葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)同樣也會(huì)受到影響（參見圖4）。

5 葉輪在使用、維護(hù)過程中的動(dòng)平衡問題

吸油煙機(jī)與其它的風(fēng)機(jī)類家電產(chǎn)品最大的區(qū)別就是吸油煙機(jī)的工作環(huán)境十分惡劣，葉輪的動(dòng)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(duì)葉輪正常工作狀態(tài)的影響。

吸油煙機(jī)是專門用來清除廚房?jī)?nèi)油煙的家用電器，吸油煙機(jī)的葉輪在驅(qū)動(dòng)油煙運(yùn)動(dòng)的過程中，葉輪會(huì)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(huì)在吸油煙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中形成強(qiáng)烈的氣流噪聲，并且會(huì)給吸油煙機(jī)葉輪的動(dòng)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(shí)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(jī)一旦投入使用，在葉片的表面上很快就會(huì)形成凝油。凝油具有流動(dòng)性和凝固性，凝油在葉片上的流動(dòng)與凝結(jié)是隨機(jī)分布的、不均勻的（比如當(dāng)吸油煙機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，凝結(jié)在葉片表面的凝油會(huì)在重力作用下向下流動(dòng)形成凝油層，其質(zhì)量分布就會(huì)集中在葉片的某些部位；當(dāng)吸油煙機(jī)再次停機(jī)時(shí)，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(jī)會(huì)凝結(jié)更多數(shù)量的凝油，這樣長(zhǎng)此以往葉輪上的質(zhì)量分布就會(huì)明顯地出現(xiàn)改變），而且增加了葉輪的實(shí)際質(zhì)量，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之有了較大的變化，這些都會(huì)導(dǎo)致葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)產(chǎn)生較大的變化。于是吸油煙機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷實(shí)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)，這對(duì)于吸油煙機(jī)的安全使用是極為不利的。

5.2 清洗葉輪凝油也會(huì)破壞葉輪的動(dòng)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(huì)嚴(yán)重地破壞葉輪的動(dòng)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(huì)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(dòng)機(jī)軸歪斜等等，都會(huì)使吸油煙機(jī)葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)受到嚴(yán)重的不利影響。

6 對(duì)吸油煙機(jī)葉輪動(dòng)平衡特性保障措施的改進(jìn)建

目前，我國(guó)吸油煙機(jī)的市場(chǎng)份額仍然在逐年增加，吸油煙機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也十分激烈，但是各個(gè)吸油煙機(jī)廠家大都不約而同地把對(duì)吸油煙機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)集中在容易實(shí)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(duì)吸油煙機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部構(gòu)件如葉輪的改進(jìn)方面，投入的力度并不大。筆者認(rèn)為，還是應(yīng)當(dāng)加大對(duì)吸油煙機(jī)具有變革性創(chuàng)新的力度，如本文所討論的葉輪動(dòng)平衡問題。

筆者認(rèn)為，對(duì)吸油煙機(jī)葉輪的動(dòng)平衡特性保障措施可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

① 建議吸油煙機(jī)的葉輪制造廠重新設(shè)計(jì)吸油煙機(jī)葉輪的包裝箱，最好是設(shè)計(jì)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(huì)在運(yùn)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(jī)的整機(jī)制造廠家在目前不具備雙面平衡檢測(cè)條件時(shí)，可以采取以下方式盡量提高葉輪平衡性能的檢測(cè)精度：

a 吸油煙機(jī)的整機(jī)制造廠在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)和葉輪的組裝以前、對(duì)電動(dòng)機(jī)的軸公差和葉輪的孔公差進(jìn)行測(cè)量和記錄，按照檢測(cè)結(jié)果對(duì)電動(dòng)機(jī)和葉輪進(jìn)行組配，以減少制造公差對(duì)葉輪動(dòng)平衡特性的影響；

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

c 建議為吸油煙機(jī)配套電動(dòng)機(jī)的制造廠家和葉輪的制造廠家對(duì)電動(dòng)機(jī)的軸和葉輪的孔進(jìn)行磨削加工，以減少電動(dòng)機(jī)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(duì)葉輪動(dòng)平衡特性的不良影響。

③ 設(shè)法改善吸油煙機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)候應(yīng)當(dāng)注意保護(hù)葉輪的動(dòng)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(shí)更換新的葉輪。

7 對(duì)吸油煙機(jī)葉輪進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)是解決問題的最好方法

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