系統模態對空調壓縮機支架強度的影響

宋太安 曹權佐 胡志剛 李曉磊 張兆奎

摘 要：文章以對東安汽發汽油發動機空調壓縮機支架結構優化為實例，通過CAE對空調壓縮機、空調壓縮機支架及輪系組成的系統進行模態分析，根據CAE分析結論對空調壓縮機支架進行結構優化，介紹了系統模態對空調壓縮機支架結構強度的影響。優點如下：①CAE模態分析有效的分析出空調壓縮機支架在動態載荷下變形趨勢;②通過分析結論對空調壓縮機支架進行結構優化，有效的提高空調壓縮機結構強度，提高其工作可靠性，縮短了設計周期。

關鍵詞：模態分析;動態載荷;結構強度

中圖分類號：U463.85+1 ?文獻標識碼：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

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

引言

對于汽車發動機上的空調壓縮機支架類零件，不僅要考慮其靜態載荷，還要分析其動態載荷?？照{壓縮機支架結構不僅影響其可靠性，還決定了系統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準，要同時滿足上述兩個條件，就需要在結構方面進行合理的優化。

東安汽車發動機制造有限公司設計人員（以下簡稱東安汽發）為提高發動機空調壓縮機支架強度及其可靠性，根據CAE分析法對空調壓縮機系統模態分析結果，對空調壓縮機支架進行結構優化，提高空調壓縮機支架工作可靠性。

1 空調壓縮機支架結構優化

本次分析對象以我司某項目一款發動機為基礎。對其空調壓縮機支架結構進行優化。

1.1 空調壓縮機支架頻率

該車輛變速器電子油泵及油泵控制器采用分體式設計，電子油泵主要參數見表1。

對于四缸四沖程發動機最大轉速6000rpm時，根據以上公式換算頻率為220Hz，因此在發動機整機研究時，空調壓縮機支架的模態要避開220Hz頻率。

1.2 空調壓縮機支架模態計算

1.2.1 空調壓縮機支架載荷與邊界

該空調壓縮機支架分為支架本體及調節支架兩部分，空調壓縮機支架承受來自發動機為震源的振動，同時還要承受空調壓縮機工作過程中產生的振動。

載荷及邊界如下圖1，F方向為空調壓縮機皮帶輪受力方向。空調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 空調壓縮機支架模態分析

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

1.2.3 空調壓縮機支架結構優化

根據CAE計算分析結果，一階模態143Hz，低于上述計算頻率220Hz，存在共振隱患，需對空調壓縮機支架結構進行優化，提高一階模態。

根據CAE分析結論，采用以下措施對空調壓縮機支架結構進行優化，詳見下圖8：

（1）將原張緊支架與本體制作成一體結構，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）在存在嚴重變形趨勢的位置增加加強筋，增強抗變形強度。

1.2.4 優化后空調壓縮機支架模態分析

對優化后零件進行重新進行CAE模態分析，經計算一階模態為278Hz，大于理論計算的200Hz，且在動態載荷下的變形趨勢明顯減弱，滿足要求。

2 結束語

CAE模態計算對空調壓縮機支架的動態載荷進行了分析，通過分析結論對零件結構進行合理的優化，可以看出經過優化后的空調壓縮機支架模態由140Hz提高到278Hz，大于二階頻率220Hz，避免發生共振現象，有效的提高了空調壓縮機支架的工作可靠性，在發動機設計中可大大縮短零件設計周期。

參考文獻

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