系統(tǒng)模態(tài)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架強(qiáng)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(duì)東安汽發(fā)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化為實(shí)例，通過CAE對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)支架及輪系組成的系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，根據(jù)CAE分析結(jié)論對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，介紹了系統(tǒng)模態(tài)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。優(yōu)點(diǎn)如下：①CAE模態(tài)分析有效的分析出空調(diào)壓縮機(jī)支架在動(dòng)態(tài)載荷下變形趨勢(shì);②通過分析結(jié)論對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有效的提高空調(diào)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高其工作可靠性，縮短了設(shè)計(jì)周期。

關(guān)鍵詞：模態(tài)分析;動(dòng)態(tài)載荷;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：U463.85+1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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

CLC NO.： U463.85+1 ? Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-127-03

引言

對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的空調(diào)壓縮機(jī)支架類零件，不僅要考慮其靜態(tài)載荷，還要分析其動(dòng)態(tài)載荷。空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)不僅影響其可靠性，還決定了系統(tǒng)運(yùn)行過程中振動(dòng)與噪聲的大小。高強(qiáng)度與輕量化是衡量支架類零件的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，要同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，就需要在結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行合理的優(yōu)化。

東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司設(shè)計(jì)人員（以下簡(jiǎn)稱東安汽發(fā)）為提高發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)支架強(qiáng)度及其可靠性，根據(jù)CAE分析法對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)模態(tài)分析結(jié)果，對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高空調(diào)壓縮機(jī)支架工作可靠性。

1 空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

本次分析對(duì)象以我司某項(xiàng)目一款發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)。對(duì)其空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 空調(diào)壓縮機(jī)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(jì)，電子油泵主要參數(shù)見表1。

對(duì)于四缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速6000rpm時(shí)，根據(jù)以上公式換算頻率為220Hz，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)研究時(shí)，空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)要避開220Hz頻率。

1.2 空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)計(jì)算

1.2.1 空調(diào)壓縮機(jī)支架載荷與邊界

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

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

1.2.2 空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)分析

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

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

根據(jù)CAE計(jì)算分析結(jié)果，一階模態(tài)143Hz，低于上述計(jì)算頻率220Hz，存在共振隱患，需對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)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(qiáng)度。

（2）在空壓機(jī)支架前端增加兩處固定點(diǎn)，增加固定強(qiáng)度。

（3）在存在嚴(yán)重變形趨勢(shì)的位置增加加強(qiáng)筋，增強(qiáng)抗變形強(qiáng)度。

1.2.4 優(yōu)化后空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)分析

對(duì)優(yōu)化后零件進(jìn)行重新進(jìn)行CAE模態(tài)分析，經(jīng)計(jì)算一階模態(tài)為278Hz，大于理論計(jì)算的200Hz，且在動(dòng)態(tài)載荷下的變形趨勢(shì)明顯減弱，滿足要求。

2 結(jié)束語

CAE模態(tài)計(jì)算對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架的動(dòng)態(tài)載荷進(jìn)行了分析，通過分析結(jié)論對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(jī)支架的工作可靠性，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中可大大縮短零件設(shè)計(jì)周期。

參考文獻(xiàn)

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