引言

自动洗衣机是现代家庭中常用的家用电器之一。滚筒洗衣机也叫做前装式或水平轴洗衣机，在欧洲家庭中使用较多。近年来，滚筒式洗衣机以其节水、容量大、洗涤均匀、磨损率低以及自动化程度高等优点被越来越多的中国家庭所接受。滚筒洗衣机因其结构先天存在的偏心而产生很多振动问题，振动的激励源来自系统内部，存在变载、大变形、大偏心，系统通过弹性连接与外壳相连接，具有多个自由度，呈现复杂的运动状态。这种复杂的动力学问题而很难进行精确的数值计算。MSC.Adams是优秀的机械系统动态仿真软件。本文使用MSC.Patran/Nastran软件建立滚筒洗衣机箱体的柔性体模型，使用Pro/E建立其余刚性体模型，装配后倒入导虚拟样机软件ADAMS中，建立了滚筒洗衣机刚柔混合多体系统动力学模型。其流程如图1：

图1 建模流程图

1 柔性体建模

考虑滚筒洗衣机箱体的刚度最小，选其作柔化处理。在MSC.Partran中使用二维Shell单元建立箱体的有限元模型，如图2所示。建立的有限元模型的包含节点10173个，shell单元9885个，MPC 8个。首先保证建立的有限元模型于实际物理模型质量统一，经测量有限元模型质量为10.43kg，测得实际物理模型质量10.5kg，相对误差为0.67%。

在需要其他部件用RBE2建立MPC。将建好的有限元模型提交MSC.Nastran生成MNF(Modal Neutral File)文件，即模态中性文件，以及*.op2、*.out文件，然后在MSC.Adams中读入。

通过箱体物理模型的模态试验来验证有限元模型，前四阶频率对照如表1所示。去除边界条件等因素影响，可以看出有限元模型与实际模型在模态频率上基本一致。

图2 洗衣机箱体有限元模型
表1 模态测试与有限元模型模态计算结果前四阶的频率对照表

2 刚性体建模

滚筒洗衣机中其他部件在运动过程中刚性很大，变形可忽略不计，做刚形体处理，为了保证部件物理参数符合实际情况，使用Pro/E建立洗衣机的内桶、外桶、配重及电机，装配后使用接口软件Mech/Pro将装配好的模型导入到MSC.Adams中。

将箱体的柔性体模型及其余刚性体在ADAMS中装配好，按照其相互之间的连接关系定义约束，为了研究洗衣机在脱水工况下的行走特性，将洗衣机按照正常使用的情形以四个底脚放置于地面上，得到滚筒洗衣机的虚拟样机模型，如图3所示。洗衣机模型内部主要的未约束自由度数为4个，分别为滚筒在X-Y平面内的平动和绕Z轴的转动，以及洗衣机内桶在绕自身水平轴的转动。其中内桶的转动自由度通过旋转驱动约束，实际模型自由度数为3。

3 柔性连接部件建模

滚筒洗衣机滚筒部分的重量完全由上面两个拉伸弹簧承担，实验测得弹簧的刚度系数K=4851.5Newton/Meter。下面的两个阻尼器的作用一个是定位，限制滚筒在x-z平面内，另一个主要作用是减振，也是整个模型最重要的部分之一。阻尼器模型如图4所示。

图3 滚筒洗衣机的虚拟样机模型                      图4 阻尼器的ADAMS模型结构