Optimization of Dynamic Components in New Generation Washing Machines

Abstract

Diese Masterarbeit untersucht eine Frontlader-Waschmaschine mit horizontaler Rotationsachse aus mechanischer Sicht. Für die dynamische Analyse der Trommel zusammen mit dem Aufhängungssystem wurde ein lineares mathematisches Modell mit sechs Freiheitsgraden hergeleitet und in MATLAB implementiert. Zur Validierung des Modells wurden dessen Eigenwerte und Dämpfungsgrade mit denen eines ADAMS-Mehrkörperdynamikmodells einer beispielhaften Waschmaschine verglichen. Die Herleitung der Modellgleichungen basierte auf der Lagrange-Mechanik. Das mathematische Modell wurde dazu genutzt, eine Parameterstudie im überkritischen Drehzahlbereich durchzuführen. Aufgrund der Linearität der Modellgleichungen wurden die Analysen größtenteils unter Verwendung der analytischen Lösungen für eine harmonische Anregung des Systems durchgeführt. Die wichtigsten konstruktiven Herausforderungen wie Kollisionen, Laufverhalten und Schwingungen werden durch die Untersuchung von Verschiebungen und Kräften behandelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen dazu beitragen, die Aufhängungssysteme von zukünftigen Waschmaschinen zu verbessern und den Grundstein für weitere Analysen im kritischen Drehzahlbereich bilden. Sie erlauben die Identifikation von Parameterbereichen, welche Schwingungsamplituden, übertragene Kräfte und die Neigung zum "Walking", reduzieren.

In this master's thesis, a front-loaded, horizontal-axis washing machine is examined from a mechanical point of view. For the dynamic analysis of the drum together with the suspension system, a linear mathematical six-degree-of-freedom model was derived and implemented in MATLAB. The model was validated by comparing eigenfrequencies and damping ratios with those obtained from an ADAMS multi-body dynamics model of an exemplary washing machine. The derivation of the model equations was based on Lagrangian mechanics. The model was utilized to carry out a parameter study in the supercritical speed range for variations of the suspension parameters, such as spring stiffness, spring angle, damping coefficient, damper angle, and damper positioning. Due to the linearity of the model equations, the analyses were mostly done using the analytical solutions for a harmonic excitation of the system. The major design challenges, like collisions, walking behavior, and vibrations, are addressed by examining displacement and forces. The results aim to improve the suspension systems of future washing machines and lay the foundation for further analyses in the critical speed range. They allow for the identification of parameter regions that reduce vibration amplitudes, transmitted forces, and walking tendencies.