董紅亮

濰柴動(dòng)力股份有限公司 山東濰坊 261061

1 空調(diào)壓縮機(jī)支架的兩種結(jié)構(gòu)

1.1 “固定支架調(diào)節(jié)架”結(jié)構(gòu)

“固定托架的空調(diào)壓縮機(jī)支架調(diào)整框架”結(jié)構(gòu)通常是安裝在引擎，縱向和橫向運(yùn)動(dòng)的調(diào)整框架調(diào)整固定支架的長(zhǎng)孔，從而調(diào)整驅(qū)動(dòng)帶的緊張?jiān)撝Ъ艿膬?yōu)點(diǎn)是膠帶張力大，且空調(diào)壓縮機(jī)的位置始終處于水平狀態(tài)。缺點(diǎn)是成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間較大，調(diào)節(jié)帶松緊笨重，不方便使用、檢查和修復(fù)。

1.2 可旋轉(zhuǎn)支架結(jié)構(gòu)

可旋轉(zhuǎn)支架，用于安裝在加載器上。與“固定支架調(diào)整架”結(jié)構(gòu)相比，可旋轉(zhuǎn)支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)力調(diào)整方便，占用空間小[1]。

2 空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化分析

2.1 壓縮機(jī)及支架避頻設(shè)計(jì)

壓縮機(jī)支架的避振是目前設(shè)計(jì)的主要方法，發(fā)動(dòng)機(jī)頻率公式為：F=[（n×Z/2）×i]/60

其中n-發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，Z-發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸數(shù)，i-諧波次數(shù)

例如，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍（750-5500）r/min，4缸發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)基本頻率范圍：（25- 200）Hz。為有效避免壓縮機(jī)頻率和支架模態(tài)頻率f≥1.414×f，壓縮機(jī)和支架頻率均大于283Hz能有效避免頻率。

對(duì)于某型號(hào)，在3檔全油門工況下，噪音峰值為3200rpm。在分析了213Hz發(fā)動(dòng)機(jī)的四階頻率后，對(duì)206Hz時(shí)的壓氣機(jī)支架模態(tài)頻率進(jìn)行了測(cè)試，沒(méi)有有效地避免壓氣機(jī)支架頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率。對(duì)壓縮機(jī)支架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

優(yōu)化的主要解決方案是在原有的壓氣機(jī)支架上增加一個(gè)定點(diǎn)升降壓氣機(jī)模態(tài)。

通過(guò)分析，將壓氣機(jī)支架模態(tài)與原模態(tài)進(jìn)行了改進(jìn)，壓氣機(jī)支架模態(tài)由216Hz提高到267Hz。（由于發(fā)動(dòng)機(jī)安裝點(diǎn)的限制，壓縮機(jī)支架不能提升到>280Hz）。試驗(yàn)支架半約束模式（無(wú)空壓機(jī)安裝），空壓機(jī)附件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模態(tài)

與原支架系統(tǒng)相比，全新支架系統(tǒng)的諧振頻率稍有提升，但是效果絕不顯著。全新舊支架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)號(hào)召于（200-250）Hz。新型支架系統(tǒng)（242Hz）的結(jié)構(gòu)響應(yīng)會(huì)對(duì)于噪聲性能造成好轉(zhuǎn)沖擊，這和車輛噪聲測(cè)試結(jié)果相同，減少了駕駛室噪聲。

2.2 空調(diào)管路對(duì)壓縮機(jī)及支架的減振

壓縮機(jī)以及支架透過(guò)幾條傳送路徑傳至車身，一條壓縮機(jī)以及支架→發(fā)動(dòng)機(jī)懸置→車身→振蕩、噪聲，另一條，壓縮機(jī)以及支架→管路固定點(diǎn)→車身→振蕩、噪聲，壓縮機(jī)以及支架→管路→收縮閥→HVAC→振蕩、噪聲。透過(guò)對(duì)于傳動(dòng)路徑的分析推斷，沖擊壓氣機(jī)以及支架振蕩的因素包含發(fā)動(dòng)機(jī)懸吊、空調(diào)管路隔振、空調(diào)管路于傳動(dòng)路徑之上的減振。對(duì)于上述問(wèn)題，空調(diào)管路優(yōu)化方案為：

收縮閥出口鄰近的空調(diào)硬管部分變成軟管部分，傳輸機(jī)座的振動(dòng)傳送遭管道衰減。透過(guò)對(duì)于空調(diào)管路的優(yōu)化，使3200rpm四階頻率明顯降低，客觀評(píng)價(jià)符合要求。

2.3 壓縮機(jī)-支架-壓縮機(jī)匹配優(yōu)化

通過(guò)以上兩項(xiàng)措施，壓縮機(jī)和托架系統(tǒng)造成的共振基本上獲得了克服，但是并且沒(méi)從根本上克服。去除壓氣機(jī)支架可克服壓氣機(jī)支架自源頭造成的諧振。與此同時(shí)，因?yàn)闆](méi)單獨(dú)的壓氣機(jī)支架，減少了成本。無(wú)對(duì)于整車展開了振動(dòng)、噪聲與舒適性試驗(yàn)。測(cè)試壓縮機(jī)加裝于整車之上，模式為330Hz>280Hz，符合整車對(duì)于壓縮機(jī)以及支架系統(tǒng)的模態(tài)要求。于同一車型之上，替換、改進(jìn)左右零件，并且展開3速全油門加快測(cè)試。

①噪聲對(duì)照：優(yōu)化之后的壓縮機(jī)以及鋁制油底殼之后，3WOT工況，相對(duì)原車型設(shè)計(jì)，全臺(tái)轉(zhuǎn)速之內(nèi)亦暴雨（2-4）dB（A），3200轉(zhuǎn)峰值處上升6dB左右，汽車的振動(dòng)、噪聲和舒適性提升效果顯著；②振蕩號(hào)召對(duì)照：優(yōu)化之后設(shè)計(jì)師于3200轉(zhuǎn)振動(dòng)峰值消亡[2]。

圖1 優(yōu)化前后瀑布圖對(duì)比

通過(guò)圖1的瀑布圖可以更直觀地看到。速全油門加快工況，改進(jìn)設(shè)計(jì)，222HZ、665HZ、753HZ共振帶全部消亡，汽車的振動(dòng)、噪聲與舒適性音質(zhì)顯著提升。透過(guò)對(duì)于該方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從根本上徹底解決了壓縮機(jī)與支架系統(tǒng)予整車造成的振動(dòng)問(wèn)題。除此之外，去除了壓氣機(jī)支架，使用定位孔，增加了支架裝配誤差導(dǎo)致的誤差，減少了皮帶非常噪聲的風(fēng)險(xiǎn)，減少了整車于成本方面的成本，獲得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 壓縮機(jī)支架建模、模態(tài)仿真分析

3.1 有限元模型建立

根據(jù)CAD模型，透過(guò)Hyperworks軟件對(duì)于原空調(diào)壓氣機(jī)支架系統(tǒng)展開CAE分析，使用一階模態(tài)防止了共振問(wèn)題，對(duì)于壓氣機(jī)支架系統(tǒng)的減振起到了關(guān)鍵作用。于Hyperworks之中，透過(guò)網(wǎng)格細(xì)分、表述材料特性與組件間的連接建立有限元模型。模型對(duì)象是汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架系統(tǒng)。把壓縮機(jī)支架模型引入超網(wǎng)格軟件，使用四面體單元展開網(wǎng)格細(xì)分。借以提升測(cè)量精度，考量到模型的整體尺寸，把網(wǎng)格尺寸設(shè)立作為3mm。單元總數(shù)作為37，393，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為10687。細(xì)分糟糕的網(wǎng)格經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)之后，整體jacobian作為0.75，整體warpage作為15，最為小vol-skew為0.91，最為小尺寸作為7mm，符合網(wǎng)格質(zhì)量要求。

3.2 壓縮機(jī)支架模態(tài)仿真分析

利用Hyper works- Opti struct軟件對(duì)于所建立的支撐系統(tǒng)有限元模型展開模態(tài)分析。這里，借以和模態(tài)試驗(yàn)展開比較，只取了模態(tài)比較高的后幾個(gè)固有頻率。早期狀態(tài)螺栓總成的一階模態(tài)有限元計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖2 原狀態(tài)空調(diào)壓縮機(jī)支架前2階固有頻率及振型

從圖2的仿真結(jié)果可以看出，壓氣機(jī)支架系統(tǒng)的一階固有頻率為130Hz，于126Hz的頻率響應(yīng)試驗(yàn)下略低于整車固有頻率。這是因?yàn)槟B(tài)阻尼對(duì)于整車試驗(yàn)的影響；二階模態(tài)支架總成具備顯著的y向彎曲傾向，這也許是因?yàn)槠鋣往剛度缺乏導(dǎo)致的。除此之外，試驗(yàn)與模擬結(jié)果的一階固有頻率皆大于3%，更進(jìn)一步證明了調(diào)試工況之下空調(diào)的壓縮性能。如果機(jī)器運(yùn)行時(shí)，因?yàn)閴嚎s機(jī)支承系統(tǒng)的低階固有頻率這么高，難以和發(fā)動(dòng)機(jī)的高階鼓舞造成共振，導(dǎo)致車之內(nèi)噪聲。改由機(jī)器造成的輻射噪聲會(huì)減少車輛的振動(dòng)、噪聲與舒適性[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于空調(diào)壓縮機(jī)以及支架對(duì)于整車的影響展開了系統(tǒng)測(cè)試研究：（1）對(duì)壓縮機(jī)螺栓單獨(dú)的系統(tǒng)，壓縮機(jī)和支架模態(tài)頻率>283Hz可構(gòu)建避頻設(shè)計(jì)；（2）模態(tài)達(dá)絕不到設(shè)計(jì)要求的壓縮機(jī)與支架，減少了和空調(diào)管路的隔振，減振角度增大了諧振頻率。（3）中止單獨(dú)的壓氣機(jī)支架方案，可自源頭之上去除因?yàn)閴簹鈾C(jī)螺栓引發(fā)的諧振頻率、安裝精度與部件。該結(jié)構(gòu)具備顯著的成本優(yōu)勢(shì)，具備不錯(cuò)的借鑒與推廣效果。