基于有限元法的某空調壓縮機支架仿真分析

郭曉軒，許濤，胡昌良

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于有限元法的某空調壓縮機支架仿真分析

郭曉軒，許濤，胡昌良

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于有限元方法對某發動機的空調壓縮機支架進行了仿真分析，計算支架的應力分布以及高周疲勞安全系數，計算結果顯示各項結果都滿足評價指標，說明該支架結構設計合理，能夠滿足使用要求。

空調壓縮機支架；應力；高周疲勞

CLC NO.:U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-128-02

前言

支架是一種起支撐作用的構架，在汽車發動機上，布置有各種形式的支架，用于固定發動機的一些關鍵零部件，比如空調壓縮機支架、機油濾清器支架、進氣歧管固定支架等。在發動機運行過程中，這些支架將承受各種復雜的載荷，因此支架設計的優劣，將直接影響到這些支架固定的關鍵零部件工作的可靠性，進而影響到發動機能否正常運行。

本文將基于有限元法對某發動機空調壓縮機支架行強度校核，分析支架在最大螺栓預緊力、壓縮機皮帶力和六個方向15G加速度下的應力分布，以及高周疲勞安全系數。

1 分析過程

1.1 材料屬性參數

有限元模型分析所需材料屬性如表2所示，其中空調壓縮機質量為6.1kg，空調壓縮機上皮帶力載荷按照最大皮帶力Fmax=2070N計算。

表1 材料關鍵屬性

1.2 劃分計算網格

為了力求接近與實際情況，分析模型除了空調壓縮機支架外，還包括周邊與之相連的相關零部件，主要有空調壓縮機、缸體、油底殼及前端蓋板等。使用通用前處理器Hypermesh進行網格劃分，并設置好材料屬性以及各零部件之間的接觸或綁定關系。模態計算時，各接觸面間均設置為綁定，有限元模型如圖2所示。

1.3 載荷及邊界條件

載荷為螺栓的預緊力、皮帶力以及六個方向的振動加速度。規格M8螺栓，打緊力矩為20～25Nm，相應的最大螺栓預緊力為19800N，最小螺栓預緊力為12400N；加速度根據經驗取15G；空壓機皮帶力如前所述，最大動態皮帶力Fmax=2070N。

圖2 有限元網格模型

2 結果分析

2.1 應力分析結果

圖3～6為支架在最大螺栓預緊力、15G加速度和皮帶力作用下的應力云圖，施加綁定約束和接觸單元邊界處的應力奇異現象不予考慮，從圖中可以看出，支架的最大應力值均未超出強度極限310MPa。

圖3 正負X方向15G加速度下的Mises應力分布

圖4 正負Y方向15G加速度下的Mises應力分布

圖5 正負Z方向15G加速度下的Mises應力分布

圖6 最大皮帶力作用下的Mises應力分布

因此，在最大螺栓預緊力、皮帶力和15G振動加速度作用下，支架的應力未超過其材料屈服強度極限310MPa，滿足強度評價要求。

2.2 高周疲勞結果

圖7為支架在六個方向振動加速度和皮帶力共同作用下的高周疲勞安全系數云圖。從圖中可以看出，加載六個方向15G的加速度和最大皮帶力工況，支架的最小高周疲勞安全系數分別為2.99和3，大于1.1的評價限值，滿足疲勞強度要求。

圖7 支架的高周疲勞安全系數云圖

3 結論

通過有限元計算，得出以下結論：

（1）加載最大螺栓預緊力、皮帶力及六個方向15G的加速度時，最大未超過材料的屈服強度(310MPa)，強度滿足要求；

（2）加載六個方向15G的加速度和最大皮帶力工況，支架的最小高周疲勞安全系數分別為2.99和3，大于1.1的評價限值，滿足疲勞強度要求。

通過以上結論，表明該支架結構設計合理，能夠滿足使用要求。

[1] 陳家瑞. 汽車構造[M]. 北京:人民交通出版社. 2002,6.

[2] 李自強,王會. 空調壓縮機支架有限元分析[J] 汽車零部件.2016 （08）.

Simulation Analysis on Air Conditioning Compressor Bracket Based on the Finite Element Method

Guo Xiaoxuan, Xu Tao, Hu Changliang
( Anhui Jianghuai Automobile group Co,. Ltd, Hefei 230601 )

The article had a simulation analysis on air conditioning compressor bracket of a certain engine based on the finite element method. The stress distribution and high cycle fatigue safety factor of this bracket were calculated. The results showed that it met the evaluation standard. It was indicated that the design of bracket was rational and it could meet the use requirements.

Air Conditioning Compressor bracket; Stress; High cycle fatigue

U463.6

A

1671-7988 (2017)15-128-02

郭曉軒，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.047