系統(tǒng)模態(tài)對空調(diào)壓縮機支架強度的影響

宋太安 曹權(quán)佐 胡志剛 李曉磊 張兆奎

摘 要：文章以對東安汽發(fā)汽油發(fā)動機空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化為實例，通過CAE對空調(diào)壓縮機、空調(diào)壓縮機支架及輪系組成的系統(tǒng)進行模態(tài)分析，根據(jù)CAE分析結(jié)論對空調(diào)壓縮機支架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，介紹了系統(tǒng)模態(tài)對空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)強度的影響。優(yōu)點如下：①CAE模態(tài)分析有效的分析出空調(diào)壓縮機支架在動態(tài)載荷下變形趨勢;②通過分析結(jié)論對空調(diào)壓縮機支架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有效的提高空調(diào)壓縮機結(jié)構(gòu)強度，提高其工作可靠性，縮短了設(shè)計周期。

關(guān)鍵詞：模態(tài)分析;動態(tài)載荷;結(jié)構(gòu)強度

中圖分類號：U463.85+1? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）12-127-03

Abstract： This paper takes the structure optimization of air compressor bracket in Dongan automotive gasoline engine as an example， Modal analysis is carried out through CAE analyses system， which consist of train、air conditioning compressor and air conditioning compressor bracket， and optimize the structure of the air conditioning compressor bracket based on the conclusion of CAE. Introduces the influence of mode analysis on the strength of air conditioning compressor bracket. The advantages are as follows： ①CAE modal analysis can analyses the deformation tendency of the air conditioning compressor bracket under a dynamic load effectively. ②By optimizing the structure of the air conditioning compressor bracket based on the conclusion of analysis， improve the structural strength of the air conditioning compressor effectively， improve the reliability， shorten the designing period.

Keywords： modal analysis; dynamic load; structural strength

引言

對于汽車發(fā)動機上的空調(diào)壓縮機支架類零件，不僅要考慮其靜態(tài)載荷，還要分析其動態(tài)載荷。空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)不僅影響其可靠性，還決定了系統(tǒng)運行過程中振動與噪聲的大小。高強度與輕量化是衡量支架類零件的兩個重要標(biāo)準(zhǔn)，要同時滿足上述兩個條件，就需要在結(jié)構(gòu)方面進行合理的優(yōu)化。

東安汽車發(fā)動機制造有限公司設(shè)計人員（以下簡稱東安汽發(fā)）為提高發(fā)動機空調(diào)壓縮機支架強度及其可靠性，根據(jù)CAE分析法對空調(diào)壓縮機系統(tǒng)模態(tài)分析結(jié)果，對空調(diào)壓縮機支架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高空調(diào)壓縮機支架工作可靠性。

1 空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

本次分析對象以我司某項目一款發(fā)動機為基礎(chǔ)。對其空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

1.1 空調(diào)壓縮機支架頻率

該車輛變速器電子油泵及油泵控制器采用分體式設(shè)計，電子油泵主要參數(shù)見表1。

在整車上，發(fā)動機的二階頻率的激勵對整車的影響最大，根據(jù)公式：

n：發(fā)動機轉(zhuǎn)速，z ：發(fā)動機缸數(shù)，τ：沖程數(shù)，

λ：修正系數(shù)取1.1

對于四缸四沖程發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速6000rpm時，根據(jù)以上公式換算頻率為220Hz，因此在發(fā)動機整機研究時，空調(diào)壓縮機支架的模態(tài)要避開220Hz頻率。

1.2 空調(diào)壓縮機支架模態(tài)計算

1.2.1 空調(diào)壓縮機支架載荷與邊界

該空調(diào)壓縮機支架分為支架本體及調(diào)節(jié)支架兩部分，空調(diào)壓縮機支架承受來自發(fā)動機為震源的振動，同時還要承受空調(diào)壓縮機工作過程中產(chǎn)生的振動。

載荷及邊界如下圖1，F(xiàn)方向為空調(diào)壓縮機皮帶輪受力方向。空調(diào)壓縮機本體通過圖中5處固定點約束，張緊支架與支架本體支架之間通過兩處固定點約束。

1.2.2 空調(diào)壓縮機支架模態(tài)分析

對空調(diào)壓縮機、空調(diào)壓縮機支架等零件組成的系統(tǒng)進行模態(tài)計算，分析出系統(tǒng)的一階模態(tài)143HZ，小于理論計算得出的二階頻率220HZ，是不滿足設(shè)計要求的，詳見圖2至圖7及表1。

1.2.3 空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)CAE計算分析結(jié)果，一階模態(tài)143Hz，低于上述計算頻率220Hz，存在共振隱患，需對空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，提高一階模態(tài)。

根據(jù)CAE分析結(jié)論，采用以下措施對空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，詳見下圖8：

（1）將原張緊支架與本體制作成一體結(jié)構(gòu)，增加強度。

（2）在空壓機支架前端增加兩處固定點，增加固定強度。

（3）在存在嚴(yán)重變形趨勢的位置增加加強筋，增強抗變形強度。

1.2.4 優(yōu)化后空調(diào)壓縮機支架模態(tài)分析

對優(yōu)化后零件進行重新進行CAE模態(tài)分析，經(jīng)計算一階

模態(tài)為278Hz，大于理論計算的200Hz，且在動態(tài)載荷下的變形趨勢明顯減弱，滿足要求。

2 結(jié)束語

CAE模態(tài)計算對空調(diào)壓縮機支架的動態(tài)載荷進行了分析，通過分析結(jié)論對零件結(jié)構(gòu)進行合理的優(yōu)化，可以看出經(jīng)過優(yōu)化后的空調(diào)壓縮機支架模態(tài)由140Hz提高到278Hz，大于二階頻率220Hz，避免發(fā)生共振現(xiàn)象，有效的提高了空調(diào)壓縮機支架的工作可靠性，在發(fā)動機設(shè)計中可大大縮短零件設(shè)計周期。

參考文獻

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