范晶晶

摘 要：文章概述了車(chē)用定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)的工作原理，以及市場(chǎng)應(yīng)用對(duì)于該產(chǎn)品的主要集中抱怨——NVH問(wèn)題，通過(guò)分析鎖定問(wèn)題根源，并針對(duì)性地提出優(yōu)化方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品NVH性能的升級(jí)，使產(chǎn)品更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：車(chē)用定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)；NVH；齒輪防旋副；導(dǎo)向桿式防旋副

中圖分類(lèi)號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-41-04

Abstract： This article describes working principle of the fixed displacement wobble plate compressor on vehicle， with its main complaints focus on NVH from market application. To solve this problem and reduce complaint， the source of NVH problem is confirmed through analysis. And the solution is proposed and verified to be effective for NVH improvement， which makes product more competitive in market.

Keywords： the fixed displacement wobble plate compressor on vehicle； NVH； anti-rotation gear pair； guide rod type anti-rotation

CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-41-04

引言

現(xiàn)階段，車(chē)用制冷壓縮機(jī)，大多是由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率直連驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制面板開(kāi)關(guān)控制電磁離合器的吸合，使得壓縮機(jī)工作（壓縮制冷劑），配合整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)作達(dá)到制冷的目的。其中，定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)，因其產(chǎn)品性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟、成本低廉、市場(chǎng)驗(yàn)證充分等諸多因素，目前仍舊為全球車(chē)用制冷壓縮機(jī)主要產(chǎn)品類(lèi)型之一。隨著時(shí)代和科技的進(jìn)步，汽車(chē)行業(yè)的規(guī)范，人們對(duì)于生活質(zhì)量提升的需求，對(duì)于車(chē)用空調(diào)的性能評(píng)判，除了傳統(tǒng)溫降能力、溫降速度、溫控的要求外，對(duì)其工作噪音也提出了要求，因此有了對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)，尤其是壓縮機(jī)方面NVH（聲功率、振動(dòng)、脈動(dòng)）性能的研究和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1 車(chē)用定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)

1.1 工作原理

車(chē)用定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)，由機(jī)體部件和電磁離合器兩大部分組成，其中機(jī)體部件由前缸蓋、汽缸體、后缸蓋三大外部壓鑄件，以及內(nèi)部若干零件組成，核心工作部件為主軸斜盤(pán)部件、行星盤(pán)部件、推力軸承副、齒輪防旋副，見(jiàn)圖1。當(dāng)電磁離合器（吸盤(pán)）吸合后，吸盤(pán)通過(guò)與皮帶輪之間的靜摩擦力保持與皮帶輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)主軸斜盤(pán)部件開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使得行星盤(pán)搖擺。通過(guò)防旋齒輪副的嚙合，行星盤(pán)在搖擺過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生周向的旋轉(zhuǎn)，活塞呈往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)單側(cè)（后缸蓋側(cè)）的吸氣和排氣過(guò)程。吸氣腔和排氣腔通過(guò)氣路氣孔的設(shè)計(jì)以及密封件的作用完全隔離開(kāi)，吸排氣口布置于后缸蓋上。由于斜盤(pán)角度固定，因此每轉(zhuǎn)排量固定，故為定排量壓縮機(jī)。

1.2 市場(chǎng)應(yīng)用中集中抱怨的NVH問(wèn)題

上汽大眾生產(chǎn)的普桑，是第一款國(guó)內(nèi)引進(jìn)的整車(chē)車(chē)型，也是一款相當(dāng)經(jīng)典的車(chē)型，其選用的就是定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)?——SE5H14。在此之后，國(guó)內(nèi)的一些其他整車(chē)廠在乘用車(chē)、商用車(chē)上相繼使用SE5H14及其它排量的定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)進(jìn)行配套。在早期的市場(chǎng)反饋上，主要是以制冷性能及壓縮機(jī)耐久失效的故障為主。由于壓縮機(jī)屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng)件，工作時(shí)不免發(fā)出機(jī)械噪音，且這類(lèi)噪音伴隨著開(kāi)啟空調(diào)即會(huì)出現(xiàn)，相比于其它故障模式更頻繁，更容易在使用的早期發(fā)生，而噪音的主管評(píng)判又會(huì)因人而異，使得市場(chǎng)上對(duì)于NVH問(wèn)題的關(guān)注程度逐日上升，對(duì)于NVH問(wèn)題的抱怨呈集中化的出現(xiàn)，尤其在高轉(zhuǎn)速的情況下。該類(lèi)問(wèn)題的突出，極大限制了定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中整車(chē)上的應(yīng)用，特別是乘用車(chē)市場(chǎng)，逐步呈現(xiàn)產(chǎn)品邊緣化的趨勢(shì)。

2 NVH問(wèn)題源的確定——齒輪防旋副

構(gòu)成空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生NVH問(wèn)題的原因，主要如圖2所示。

我們選取市場(chǎng)配套使用量較大，且抱怨比較嚴(yán)重的大眾普桑車(chē)型上的SE5H14壓縮機(jī)，通過(guò)對(duì)于部分反饋NVH問(wèn)題的返回件進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試、數(shù)據(jù)采集（表1及圖3.1、3.2、3.3、3.4），并依照某NVH標(biāo)準(zhǔn)判別，我們發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)的聲功率較大，且超標(biāo)幅度較大，為客戶抱怨的噪音主要來(lái)源，而振動(dòng)與脈動(dòng)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

因此我們將噪音改進(jìn)的方向聚焦在壓縮機(jī)自身工作時(shí)的機(jī)械噪音，其中包括有活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、吸排氣閥片的開(kāi)閉、主軸斜盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)、齒輪副的嚙合等動(dòng)件的工作。我們特別注意到了齒輪副的嚙合——只有在搖擺式的活塞壓縮機(jī)中才會(huì)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，而其它的動(dòng)件在其他結(jié)構(gòu)的活塞式壓縮機(jī)中也有一樣或者類(lèi)似的運(yùn)用，但卻沒(méi)有被大量集中抱怨有NVH問(wèn)題。同時(shí)，結(jié)合國(guó)內(nèi)對(duì)于齒輪這類(lèi)零件在材料、加工工藝、設(shè)備上都相對(duì)落后，若采用進(jìn)口設(shè)備成本又較高，致使零件無(wú)法達(dá)到理想的尺寸及配合精度，工作狀態(tài)不佳的現(xiàn)狀，我們將噪音源鎖定在“齒輪副的嚙合”上。

既然齒輪副零件本身的改進(jìn)空間不大，于是我們嘗試尋求能夠替代其功能的其它結(jié)構(gòu)。在借鑒和比對(duì)現(xiàn)有技術(shù)后，我們考慮采用導(dǎo)向桿式防旋副來(lái)替代齒輪防旋副，其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖6，在氣缸體上壓裝導(dǎo)向桿，通過(guò)導(dǎo)向球、滑履與行星盤(pán)之間的萬(wàn)向級(jí)配合，使行星盤(pán)在搖擺過(guò)程中完成對(duì)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)同時(shí)，僅在軸向上產(chǎn)生滑移，不會(huì)軸向旋轉(zhuǎn)，起到了和原來(lái)齒輪副同樣的防旋作用。該結(jié)構(gòu)目前在變排量搖擺式活塞壓縮機(jī)中已有大量使用，屬于成熟技術(shù)。為此，我們對(duì)變排量搖擺式活塞壓縮機(jī)SE5V16在相同條件下進(jìn)行了先行性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和圖7，可以看到，其噪音水品整體優(yōu)于SE5H14壓縮機(jī)，基本上可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且高速下差異較大。

4 樣機(jī)試制及驗(yàn)證

采用導(dǎo)向桿式防旋副對(duì)定排量搖擺壓縮機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并試制零件裝配樣機(jī)進(jìn)行單體試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3和圖8。

可以看到，改進(jìn)后的定排量搖擺式活塞壓縮機(jī)SE5H14，為便于區(qū)分，更名為SE5W14，其N(xiāo)VH性能與SE5V16相當(dāng)，基本可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，比原來(lái)的SE5H14在高轉(zhuǎn)速情況下有較大幅度的聲功率下降，在低轉(zhuǎn)速時(shí)也有小幅優(yōu)化。同時(shí)，我們對(duì)改進(jìn)后的SE5W14壓縮機(jī)按照原產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了其他試驗(yàn)的驗(yàn)證，確認(rèn)其符合標(biāo)準(zhǔn)。

壓縮機(jī)單體驗(yàn)證后，我們進(jìn)行了實(shí)車(chē)裝配驗(yàn)證和評(píng)估，并跟蹤使用情況。在上海大眾的協(xié)助下，對(duì)部分售后普桑車(chē)型（兩輪共計(jì)30臺(tái)）進(jìn)行了改進(jìn)后壓縮機(jī)的更換，主觀評(píng)估客戶方面一致認(rèn)為整體NVH性能有所改善，尤其高速情況下改進(jìn)明顯，認(rèn)同改進(jìn)效果。同時(shí)，根據(jù)后續(xù)使用情況的跟蹤，壓縮機(jī)的性能方面也沒(méi)有問(wèn)題，耐久性得到了50000公里以上里程的驗(yàn)證。

最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了批量切換。

5結(jié)語(yǔ)

以解決終端客戶對(duì)于整車(chē)空調(diào)開(kāi)啟后的NVH抱怨為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)定排量活塞式搖擺壓縮機(jī)SE5H14產(chǎn)品的分析和研究，將問(wèn)題根源確定為齒輪防旋副。相應(yīng)得對(duì)其進(jìn)行大膽設(shè)計(jì)改進(jìn)，經(jīng)由壓縮機(jī)單體驗(yàn)證及整車(chē)驗(yàn)證，有效提升了產(chǎn)品NVH性能，改進(jìn)后產(chǎn)品得到客戶的認(rèn)可并完成配套切換。此舉不僅降低了客戶抱怨，其更深遠(yuǎn)的意義在于本次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上改進(jìn)的二次開(kāi)發(fā)，使得該類(lèi)產(chǎn)品長(zhǎng)久以來(lái)存在的NVH問(wèn)題得到了解決，加大了同其他產(chǎn)品在項(xiàng)目爭(zhēng)取及配套上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從客戶角度重新樹(shù)立了對(duì)于使用定排量活塞式搖擺壓縮機(jī)的信心，產(chǎn)品的生命周期得以延續(xù)。

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