有关吸油烟机动平衡问题的讨论

如果就其工作特点而言，吸油烟机与电风扇、排气扇等都同属于风机类家电产品，都存在着一个叶轮的动平衡问题。但是，由于吸油烟机所处的特殊工作环境，吸油烟机叶轮的动平衡特性是否可以长期保持，对于保证吸油烟机的使用效果来说是至关重要的。而吸油烟机叶轮的动平衡问题，实际上涉及到吸油烟机叶轮的制造与检测工艺、叶轮与蜗壳的组装过程、消费者在使用过程中对吸油烟机的维护清洗等一系列的因素在内。目前在公开发表的吸油烟机技术文献中，对吸油烟机叶轮动平衡进行讨论的论文是比较少的，因此笔者希望本文的内容能够对吸油烟机叶轮制造厂、吸油烟机整机制造厂以及吸油烟机的售后服务商有所参考。

2 吸油烟机叶轮动平衡的类型

笔者认为，吸油烟机、电风扇、排气扇、浴室暖风机甚至空调都属于风机类家电产品，这些家电产品都要依靠叶轮的高速旋转驱动空气快速流动才能够实现工作目的的。

根据风机叶轮的直径与叶轮盘面宽度的比值也就是“长径比”可以把叶轮划分为“单面平衡型”叶轮和“双面平衡型”叶轮。

2.1 当叶轮的直径比叶轮的宽度（即叶轮侧面投影厚度）大7~10倍即长径比大于l/10~1/7时，属于单面平衡型叶轮。毫无疑问，电风扇、排气扇等都属于此种类型，在这种情况下，如果发现叶轮存在动不平衡现象，只需要在叶轮质心所处直径的反向任意位置上安装一个同等力矩的校正质量，就可以使偏离轴心的叶轮质心恢复到轴心位置，使叶轮处于平衡状态（参见图1）。

2.2 对于长径比小于1/10~1/7的叶轮，采用以上方式就不适用了，长径比小于1/10~1/7的叶轮属于“双面平衡型”叶轮。在双面平衡型叶轮上，当叶轮处于无动力驱动状态时，若有两块相等的质量配置在轴线两端且轴心对称的位置上，此时叶轮质心并不表现出偏离叶轮转动轴线问题，叶轮实际上处于一种“静平衡”的状态下；但是如果叶轮一旦进入高速旋转状态时，这两块质量各自产生的离心力就构成一个力偶，叶轮的惯性轴和转动轴就不再重合，于是导致叶轮的轴承受到强烈振动；或者两块质量也不对称，并且惯性轴和转动轴相倾斜，于是叶轮质心偏离轴线，叶轮转动时的振动明显增大。这是在双面平衡型叶轮中最为普遍存在的动不平衡状态。要想消除叶轮的这种动不平衡状态，至少需要在两个平面上安装校正质量才可以实现（参见图2）。

除此之外，风机类家电产品的叶轮普遍还是一种“悬臂式”转子结构，即只是在叶轮与电动机主轴连接的一端有支承，叶 轮是处于悬空状态的，可以看作是结构力学上的“悬臂梁”结构，这一点在进行吸油烟机动平衡的状态分析时是不能忽视的（参见图2）。

在了解了叶轮的动平衡类型的划分方法之后，就可以对吸油烟机叶轮所属的动平衡类型做出判定吸油烟机叶轮属于悬臂式双面平衡型叶轮。在吸油烟机的设计、制造、安装、使用、 维护的一系列过程中，清楚地认识到吸油烟机叶轮动平衡的类型特点是十分重要的。

2.3 根据笔者目前所收集的吸油烟机叶轮的资料，认为在现有的吸油烟机产品中，所采用的叶轮基本上应当都属于悬臂式双面平衡型叶轮。从笔者所拆解、测量过的各种吸油烟机叶轮来看，目前吸油烟机叶轮的直径一般都在200mm左右（直径略小一些的为190mm，直径略大一些的为220mm），按照“单面平衡型”叶轮和“双面平衡型”叶轮的划分方法，如果以叶轮的直径210mm计算，则叶轮的宽度（由于目前在吸油烟机上普遍采用的是离心式 叶轮，从侧面看其宽度状态是十分明显的）应当在21~30mm之间；就是说当吸油烟机的叶轮宽度不大于30mm时，直径为210mm的叶轮才可以采用单面平衡方式对叶轮进行质心配平，才能保证吸油烟机在高速运转时不会因叶轮的动平衡状态出现非正常的振动现象。笔者对吸油烟机叶轮的动平衡问题一直给予认真注意。在拆解、测量各种吸油烟机的结构时，就特别注意吸油烟机叶轮的构造特点，并且在对浙江、江苏、广东等吸油烟机生产厂进行考察时，就有意专门了解各厂家对叶轮动平衡问题的控制程度，于是观察到有一些厂家实际上是在采用处理单面平衡型叶轮动平衡的方式来处理双面平衡型叶轮的动平衡问题。

实际上这个问题是很容易发现的：如果确定叶轮属于双面平衡类型，那么在叶轮上应当观察到至少两个配平片；如果叶轮属于双面平衡类型，而只观察到一个配平片的话，则可以认为其对叶轮的动平衡处理方式是不得当的。

3 叶轮在制造、周转过程中对动平衡问题的措施

目前，由于吸油烟机的生产制造过程已经实现了专业分工，吸油烟机的生产制造过程分别由零部件供应商和整机制造商来完成，在一般情况下吸油烟机的整机制造商已经不再自行制造叶轮，从供应链关系看吸油烟机的整机制造商所采购的叶轮动平衡指标应当是符合设计标准的，所以本文不准备对叶轮在制造过程中的动平衡问题进行讨论，只是打算指出一点：如果叶轮的生产厂在叶轮出厂时已经对叶轮的动平衡特性进行了严格测试与配平，那么就应该在叶轮的运输、周转过程中采取有效措施来保证叶轮的动平衡状态保持良好。但是笔者注意到目前这个问题并没有引起应有的注意，无论是叶轮的包装箱还是运输、周转过程中，并没有采取什么有效措施来保证叶轮不会受到意外的损伤：叶轮的外包装箱的强度不高；在包装箱内叶轮和叶轮之间、叶轮和包装箱之间都没有采取有效的防碰撞措施；叶轮包装箱的堆放也未给予特别的关注。这对于保持叶轮的动平衡状态是十分不利的，叶轮在出厂时具备的动平衡状态完全有可能因为叶轮在运输、周转过程中的意外因素而受到破坏：比如由于叶轮在运输、装卸、堆放时产生变形，其质心的变化肯定会影响到叶轮的动平衡状态的。

4 叶轮在组装过程中的动平衡问题

我们在从理论上讨论叶轮的动平衡状态时，是在制造叶轮的材料（材质是均匀的、连续的、各向同质也就是不含杂质的）、工艺（冲压、喷涂、铆接、装配）、形位公差（电动机的轴、叶轮的孔、叶轮叶片的加工尺寸）等等情况都处于理想状态下时进行的；但是在实际情况下这是不可能做到的，叶轮的实际状态与理想状态之间是存在一定误差的；例如笔者就曾经观察到一些处理工艺较差的叶轮叶片表面的涂料出现流淌现象，这对于叶轮的动平衡状态应当是有一定影响的。

在为吸油烟机安装叶轮的过程中，叶轮的动平衡特性是否能够得到保持，要受到以下几个因素的影响：

4.1 检测因素

叶轮动平衡的检测设备比较昂贵，检测方法也比较复杂，在许多的吸油烟机整机制造厂中是不具备对叶轮进行严格检测的技术手段的，一般只能采用一些相对简单的方法进行检测，如利用百分表来进行检测（参见图3）。

可以看出，采用百分表来检测叶轮的动平衡状态，只能得到一个大概的印象，因为采用这种方法只能对叶轮的径向跳动和轴向（端面）跳动获得一个近似值，不可能得到比较准确的数据，因此只能对叶轮的动平衡漂移有一个大致的了解；而且这种检测方式实际上是一种静平衡方式而并非动平衡方式，所获得的数据对在高速旋转状态下叶轮质心的位置只具有参考意义。

4.2 检测基准因素

在采用百分表方法检测叶轮时，采用的是普通的电动机的轴而不是采用专用样轴作为检测基准的，由于普通电动机的轴的公差没有进行过检测，这样对叶轮的检测结果与设计意图之间就可能形成一个较大的误差，如此一来叶轮动平衡特性的检测值与叶轮的设计意图之间就有了一个本来不应该存在的误差由此可见这种看起来貌似可靠的检测方法，其实并不可靠。

4.3 安装公差因素

在安装叶轮的过程中，并不考虑电动机的轴与叶轮的孔之间的公差分布状态，不是把预先经过检测与组合、具有较小公差误差的电动机和叶轮安装在一起，而是随意地进行电动机和叶轮的组装工作：一这样就难以避免出现电动机的轴和叶轮的孔都有较大的公差时，就会在电动机的轴与叶轮的结合部位出现较大的间隙，叶轮的动平衡状态同样也会受到影响（参见图4）。

5 叶轮在使用、维护过程中的动平衡问题

吸油烟机与其它的风机类家电产品最大的区别就是吸油烟机的工作环境十分恶劣，叶轮的动平衡特性在使用过程中的变化很大，其主要原因就是凝油对叶轮正常工作状态的影响。

吸油烟机是专门用来清除厨房内油烟的家用电器，吸油烟机的叶轮在驱动油烟运动的过程中，叶轮会由于与油烟的密切接触而在叶片表面上形成大量的凝油，这些凝油不仅会在吸油烟机的运转过程中形成强烈的气流噪声，并且会给吸油烟机叶轮的动平衡状态带来严重的不良影响。

5.1 叶轮上的凝油改变了叶轮原来的质量分布状态

叶轮在出厂时其质量分布状态可以看作是均匀分布的；但是不能忘记只要吸油烟机一旦投入使用，在叶片的表面上很快就会形成凝油。凝油具有流动性和凝固性，凝油在叶片上的流动与凝结是随机分布的、不均匀的（比如当吸油烟机停止运转时，凝结在叶片表面的凝油会在重力作用下向下流动形成凝油层，其质量分布就会集中在叶片的某些部位；当吸油烟机再次停机时，这一部分由于质量较大就可能仍然停留在与上次接近的位置，就有机会凝结更多数量的凝油，这样长此以往叶轮上的质量分布就会明显地出现改变），而且增加了叶轮的实际质量，叶轮的转动惯量也随之有了较大的变化，这些都会导致叶轮的动平衡状态产生较大的变化。于是吸油烟机电动机的负荷实际上是增加了；这种分布不均匀的凝油层所形成的附加质量，改变了叶轮的质量分布，并且可能使叶轮的惯性轴严重偏离电动机的转动轴，从而导致叶轮在旋转过程中产生比较剧烈的振动，这对于吸油烟机的安全使用是极为不利的。

5.2 清洗叶轮凝油也会破坏叶轮的动平衡特性

为了保持叶轮的正常工作，人们不得不经常性的拆卸、清洗叶轮，在拆卸、清洗叶轮的过程中，经常会严重地破坏叶轮的动平衡状态，这是由于在由非专业人员清洗叶轮的过程中，为了把被凝油粘得很紧的叶轮拆卸下来、并把黏附在叶轮上的凝油清洗干净，往往会采取一些野蛮作业方式，其结果往往是造成叶轮的严重受损，如叶片变形、电动机轴歪斜等等，都会使吸油烟机叶轮的动平衡状态受到严重的不利影响。

6 对吸油烟机叶轮动平衡特性保障措施的改进建

目前，我国吸油烟机的市场份额仍然在逐年增加，吸油烟机的市场竞争也十分激烈，但是各个吸油烟机厂家大都不约而同地把对吸油烟机的创新点集中在容易实现又能够被顾客直接看到的外观造型、表面结构等方面，对吸油烟机的内部结构、内部构件如叶轮的改进方面，投入的力度并不大。笔者认为，还是应当加大对吸油烟机具有变革性创新的力度，如本文所讨论的叶轮动平衡问题。

笔者认为，对吸油烟机叶轮的动平衡特性保障措施可以从以下几个方面进行：

① 建议吸油烟机的叶轮制造厂重新设计吸油烟机叶轮的包装箱，最好是设计成为可以周转使用的刚性专用包装箱，这样不仅可以保证叶轮不会在运输、装卸、堆放过程中受到损坏，而且可以降低包装箱的使用成本。

② 吸油烟机的整机制造厂家在目前不具备双面平衡检测条件时，可以采取以下方式尽量提高叶轮平衡性能的检测精度：

a 吸油烟机的整机制造厂在进行电动机和叶轮的组装以前、对电动机的轴公差和叶轮的孔公差进行测量和记录，按照检测结果对电动机和叶轮进行组配，以减少制造公差对叶轮动平衡特性的影响；

b 在装配过程中不再采用电动机的轴作为检测基准，改为使用经过严格检定的样轴作为检测叶轮时的基准，以减少制造公差对装配精度的影响；

c 建议为吸油烟机配套电动机的制造厂家和叶轮的制造厂家对电动机的轴和叶轮的孔进行磨削加工，以减少电动机的轴和叶轮之间的装配间隙，提高装配精度，可以有效地降低制造公差对叶轮动平衡特性的不良影响。

③ 设法改善吸油烟机叶轮的设计结构。尽量减少凝油在叶轮上的凝聚量，以尽量减少拆卸叶轮的次数。

④ 在吸油烟机的使用说明书中间应当详细地告知用户，在清洗叶轮的时候应当注意保护叶轮的动平衡状态，不能采用野蛮生硬的方式拆卸叶轮；如果在清洗后发现叶轮损坏比较严重，一定要及时更换新的叶轮。

7 对吸油烟机叶轮进行创新设计是解决问题的最好方法

对于如何能够比较彻底地克服吸油烟机叶轮在动平衡问题上的不足，笔者认为最理想的方法就是对吸油烟机叶轮的结构、形状、材料、加工工艺、安装工艺等等方面进行全新的设计，以符合双面平衡型叶轮在动平衡特性方面的要求，才是解决吸油烟机叶轮目前所存在的动平衡问题的根本方式。