Dynamic modeling and simulation of an automatic washing machine suspension system

Abstract

ÖZET Bir otomatik çamaşır makinasının çalışması sırasında en tehlikeli titreşimler sıkma programında gözlenmektedir. Bunun sebebi sıkma sırasında çamaşırın tambur içinde düzgün dağılmaması nedeniyle bir dengesiz yük oluşması ve bu yükün tambur ile birlikte dönmesi nedeniyle merkezkaç bir kuvvet yaratmasıdır. Bu kuvvet askı sistemi aracılığıyla gövdeye iletilmektedir. Askı sistemi titreşim yapan parçaların gövdeye çarpmasını önleyebilecek kadar sert aynı zamanda oluşan kuvvetleri sönümleyebilecek ve makinanın yürümesine neden olmayacak kadar esnek olmalıdır. Bu çalışmada, tambur tipi, önden-yüklemeli. tam-otomatik bir çamaşır makinasının dinamik davranışını büyük bir yaklaşıklıkla bade edebilen bir simulasyon modeli oluşturulmuştur. Model, en kötü yükleme durumlarında makina kazanının titreşim genliklerini ve sistemin yrüme ihtimalini en aza indirecek olan küfle, direngenlik ve sönümleme parametrelerinin tesbiti için kullanılmıştır. Fiziksel modelin geliştirilmesi sırasında, çamaşır makinesini oluşturan Sim komponentler ayrı ayrı incelenmiş, karakteristik büyüklükleri deneysel olarak belirlenmiştir. Askı sistemi komponentlerinin yarattığı kuvvetler bulunmuş, temel titreşim ve dinamik denge denklemleri kullanılarak matematiksel model oluşturulmuştur. Hazırlanan bilgisayar programında, çamaşır makinesinin çalışmasına etiti eden tüm faktörler - tambur dönme hızı, dengesiz yük miktarı, yay. amortisör ve körük karakteristikleri gövde ile zemin arasındaki sürtünme özellikleri - değiştirilebilmekte, etkileri sayısal olarak veya grafik halinde gözlenebilmektedir. Simulasyon sonuçlan, gerçek sistem üzerinde yapılan ivme. hız. titreşim genliği ölçümleri ile karşılaştırılarak modelin geçerliliği gösterilmiştir. Yapılan parametrik çalışmalarda, bilgisayar programına veri olarak girilen, askı sistemi komponentlerinin karakteristik değerleri, bu elemanlar için verilen tolerans değerleri içinde kalınarak, sistematik bir şekilde değiştirilmiştir. Her simulasyon deneyi sonunda maksimum titreşim genlikleri, makinenin yatay ve dikey doğrultuda hareket etmesine neden olacak minimum Simulasyon deneylerinden elde edilen sonuçlar birbirleri ile karşılaştırılarak, tamburun rezonans ve normal sıkma devrinde dönmesi sırasındaki tahrik grubu titreşimlerini en aza indirecek olan ve makinenin yürümemesi ve zıplamaması açısından bu paramefrelerdeki değişkenliklere duyarlığın en az olduğu `robust` bir tasarım için yay-amortisör-körük paramefreleri belirlenmiştir. Askı sistemi komponentlerinin toleranslarının en kötü durumlarda çakışması durumunda ortaya çıkan problemlerin daha çabuk ve kolayca giderilebilmesmi sağlayacak önerilerde bulunulmuştur.

iv ABSTRACT During the complete wash cycle of an automatic washing machine, the most severe vibrations on the oscillating parte are generated during the spinning cycle. This is because, during this mode of wash cycle, there is a tendency for the laundry to bunch up and gather onto one side of the drum thus causing unbalance in the rotating system. The centrifugal forces are then transmitted to the cabinet of the washing machine by the suspension unit Hence, a washer suspension unit should be designed so as to be just stiff enough, as not to allow the oscillating parts to touch the cabinet and yet not so stiff as to transmit forces to the cabinet that render it to step during spinning. In this thesis, a theoretical simulation model which is able to give good predictions of a drum-type, front-loading, full-automatic washing machine's dynamic behavior is devetopped and is used for tuning of the system mass, stiffness and damping characteristics such that acceptable limits of transient and steady-state vibration amplRutes are guaranteed for worst possible unbalance loading conditions. During formulation of the physical model, all of the important features describing the overall system are isolated, defined and qualified. These features are ttien represented in terms of a mathematical model programmed for the computer. In the model, all significant parameters that affect the machine's operation - revolutional speed of the drum, amount of washing load, characteristics of springs, dry-friction absorbers, bellows and friction between floor and machine base - can be varied. Nad, the model is tested out to make sure it is making correct predictions of the washing machine's response and is validated experimentally. The model is then ran to simulate the effects of various system configurations to assess relative costs and benefits. Input parameters are varied systematically over a range of values bracketing those of the actual system. At the end of each run, the magnitude of maximum displacements and minimum forces which cause the entire assemblage to step are recorded. Simulation results are compared with each other and a robust design which results in the least stepping possibility and the least oscillations is predicted. Comments are made in order to solve the problems, which may occur when the tolerances of suspension unit components coincide with each other at worst cases, quickly and easily.