新能源汽車空調壓縮機橡膠空氣彈簧隔振腳墊匹配設計

秦太興，曾祥坤**，岑維靜，曾瀟鈺，曾錦彬，高凱凱

(1.廣東技術師范大學 汽車與交通工程學院，廣東 廣州 510665 2. 廣東邦達實業(yè)有限公司，廣東 中山 528400)

近年來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。電動汽車作為一種國家大力提倡發(fā)展的新能源汽車，已逐漸走進人們的視野。相比傳統(tǒng)內燃機汽車動力，總成是影響新能源汽車NVH指標最主要的因素。電動汽車的優(yōu)勢在于：采用電機驅動代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車發(fā)動機驅動，電機與發(fā)動機相比更加的安靜、平順，電動汽車電機噪聲與傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機相比有了明顯的降低，因此電動汽車空調壓縮機成為整車主要的振動噪音源之一[1-6]。為了有效降低其帶來的整車振動噪聲，通常在空調壓縮機與車架，或車身底板處，連接帶有一定剛度和阻尼的減振材料[7]，即隔振腳墊。但當前普遍采用的多型號、多輪次更換測試以找出最佳性能參數(shù)的匹配方法，存在選型難度大，匹配周期長等問題[8]。

為能快速、準確的設計和匹配空調壓縮機隔振腳墊的力學性能參數(shù)，設計并開發(fā)了一套新能源汽車空調壓縮機空氣彈簧隔振腳墊力學性能匹配試驗裝置。該裝置通過調節(jié)空氣彈簧隔振腳墊氣壓，進而調節(jié)腳墊剛度，可快速匹配出壓縮機最優(yōu)隔振腳墊剛度。在不改變腳墊位置的前提下，以腳墊剛度為設計變量，通過裝機驗證，所提出的優(yōu)化方法可有效減小壓縮機的振動及噪聲。

1 橡膠空氣彈簧隔振腳墊設計

試驗裝置中，采用的空氣彈簧隔振腳墊由上端、橡膠、底座和氣嘴三大部分組成，其結構見圖1和圖2。橡膠與上端和底座之間形成封閉的空氣氣室，底座上設置充氣口。整個空氣彈簧隔振腳墊可直接安裝和應用在振動系統(tǒng)上，通過調節(jié)內部氣壓來實現(xiàn)剛度的線性變化，以適用系統(tǒng)不同振動工況的隔振要求。

1.上端;2.箍環(huán);3.橡膠氣囊;4.充氣孔;5.底座;6.箍環(huán)。

圖2 橡膠空氣彈簧隔振腳墊實物圖

2 橡膠空氣彈簧氣壓與其靜剛度測試

橡膠空氣彈簧靜剛度是表征其力學性能的重要參數(shù)之一[9]。文中采用美特斯電子萬能試驗機測試設備，給橡膠空氣彈簧腳墊施加垂向載荷，測定試驗機所產(chǎn)生的位移以及對應的作用力，計算出空氣彈簧隔振腳墊該氣壓下的靜剛度，實驗現(xiàn)場見圖3。分別測得0～0.4 MPa 氣壓下的橡膠空氣彈簧腳墊靜剛度值，采用最小二乘法擬合出不同氣壓下空氣彈簧隔振腳墊靜剛度曲線，見圖4。

圖3 橡膠空氣彈簧腳墊力-位移測試裝置

圖4 橡膠空氣彈簧腳墊的氣壓與靜剛度關系曲線

3 壓縮機振動測試裝置的設計

本次實驗采用無油空壓機替代空調壓縮機，調節(jié)進氣調壓閥的開和關以增加或保持空氣彈簧隔振腳墊的氣壓，氣壓計測量范圍0～1 MPa,氣壓精度 0.001 MPa，實驗裝置見圖5。在壓縮機機體上粘貼有三向加速度傳感器，用于采集不同工況下的壓縮機振動大小。

4 實驗測試和結果分析

調節(jié)空氣彈簧隔振腳墊的氣壓從 0 MPa 按 0.05 MPa 逐漸增加到 0.4 MPa，共9種工況，測試和記錄壓縮機X、Y和Z方向的加速度最大值，詳見圖6。

圖6 不同氣壓與加速度曲線

通過分析不同氣壓與加速度曲線得知，在空氣彈簧隔振腳墊氣壓為 0.2 MPa 時，系統(tǒng)的振動加速度最小。換而言之，在空氣彈簧隔振腳墊氣壓為 0.2 MPa 時的隔振效果最好。對應表示可見，0.2 MPa 時隔振腳墊靜剛度為 32 N/mm。

5 純橡膠腳墊結構設計和裝機測試

采用有限元軟件Hyperwork和Abaqus進行建模和剛度計算，在不改變壓縮機支架結構以及壓縮機與管路位置關系的情況下，經(jīng)過多次設計對比，最終確定高為 20 mm、直徑為 23 mm，兩條固定螺栓為直徑 4 mm、長 10 mm 的M4×1.25的圓柱體純橡膠腳墊,見圖7。由圖3測試裝置測得，純橡膠隔振腳墊的靜剛度為 32.37/mm。

(a)結構示意圖 (b)實物圖

橡膠腳墊的剛度值是否滿足設計要求，需裝配到壓縮機系統(tǒng)中進行實驗。將試制的4個純橡膠腳墊分別固定于壓縮機4個機腳上，測得的壓縮機在X、Y和Z方向的振動加速度有效值分別 0.21 g、0.02 g 和 0.04 g。從數(shù)據(jù)看出，該款腳墊可以起到很好的減振效果，同時該數(shù)據(jù)與空氣彈簧所測數(shù)據(jù)相差極小，驗證了本匹配設計方法及測試結果的準確性。

6 結語

文中開發(fā)設計了壓縮機空氣彈簧隔振腳墊力學性能匹配試驗裝置，可通過調節(jié)空氣彈簧隔振腳墊的內部氣壓，進而改變其靜剛度。將壓縮機振動加速度最小時，空氣彈簧隔振腳墊所對應的剛度值作為此壓縮機的最優(yōu)腳墊剛度，以設計純橡膠腳墊結構。將制作的純橡膠腳墊樣件安裝到壓縮機系統(tǒng)并測試，通過振動加速度數(shù)據(jù)分析可知，X、Y和Z方向的振動加速度與安裝空氣彈簧腳墊時減振效果一直，說明本試驗裝置能有效用于壓縮機隔振腳墊性能參數(shù)的快速匹配。