淺談汽車空調(diào)壓縮機(jī)活塞的設(shè)計(jì)制造

楊 敏 姚漢忠 郭國民

（浙江易鋒機(jī)械有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314512）

1 汽車空調(diào)壓縮機(jī)活塞概述

1.1 汽車空調(diào)壓縮機(jī)活塞的工作原理

汽車空調(diào)壓縮機(jī)在工作過程中需要將汽車車廂中的氣體和外界的其氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，不管是將冷氣轉(zhuǎn)換成熱氣，還是將熱氣轉(zhuǎn)換成冷氣，都需要有一個(gè)動(dòng)力裝置作為空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)，這套動(dòng)力裝置中所包含的核心部件就是空調(diào)壓縮機(jī)的活塞。車內(nèi)外的氣體在流動(dòng)時(shí)，會(huì)附帶影響空調(diào)壓縮機(jī)中的傳感器。靈敏的傳感器獲得的信號后，通過空調(diào)壓縮機(jī)中的中央控制單元對信號進(jìn)行分析、計(jì)算，控制空調(diào)壓縮機(jī)的主軸旋轉(zhuǎn)，接著帶動(dòng)斜板旋轉(zhuǎn)。斜板邊緣推動(dòng)活塞作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果斜板轉(zhuǎn)動(dòng)一周，與之配合的活塞就會(huì)依次完成進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)行程。高速運(yùn)動(dòng)的活塞會(huì)帶動(dòng)與活塞相配備的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連的飛輪的旋轉(zhuǎn)，快速旋轉(zhuǎn)的飛輪就會(huì)按照一定的器械效率將活塞的功率輸出，同時(shí)傳遞一定的扭矩，從而帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)和壓縮機(jī)中各個(gè)需能部件運(yùn)作。

1.2 汽車空調(diào)壓縮機(jī)活塞的發(fā)展歷程

作為汽車空調(diào)壓縮機(jī)中的核心部件，壓縮機(jī)活塞在幾十年的應(yīng)用和發(fā)展中經(jīng)歷了不同的變化和改進(jìn)。為了使得空調(diào)壓縮機(jī)的工作更具平穩(wěn)性和及時(shí)性，人們對活塞的形狀和體積進(jìn)行了不同程度的改變，使其能夠輸出更大的壓力和更高的轉(zhuǎn)速，并使得壓縮機(jī)的工作部件獲得更多的功率。[1]同時(shí)，隨著工業(yè)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，活塞等部件的生產(chǎn)質(zhì)量也越來越高，耦合件的精密程度也越來越高，使得活塞在工作過程中獲得更大的動(dòng)力。由此可以看出，汽車空調(diào)壓縮機(jī)活塞的發(fā)展歷程就是整個(gè)社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷程。

2 汽車空調(diào)壓縮機(jī)活塞的設(shè)計(jì)

2.1 活塞零部件的設(shè)計(jì)

壓縮機(jī)活塞雖然只是壓縮機(jī)中一個(gè)體積十分小的耦合件，但是其在壓縮機(jī)的正常工作工程中卻扮演著重要的角色。由于活塞是在做高速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此它所受到的溫度負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都很大。由于不同材料和活塞不同部位對溫度的敏感程度不同，同時(shí)與活塞相配的零件對活塞的工作條件和工作能力也會(huì)造成影響，因此在設(shè)計(jì)活塞的時(shí)候，要充分考慮活塞本身結(jié)構(gòu)和與其相配零件對活塞自身工作的影響，以求在材料的選擇和活塞結(jié)構(gòu)的制造上盡量避免此類問題的出現(xiàn)。作為活塞與連桿的連接部位，活塞銷在活塞運(yùn)動(dòng)的時(shí)候收到的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷是最大的，因此在活塞銷材料的選擇和外形設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)尤為考究。根據(jù)現(xiàn)代活塞設(shè)計(jì)的理念，活塞的結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)計(jì)成組合式的，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)形式能夠在最大程度上改善活塞在工作過程中的受力過程，并且能夠優(yōu)化其受熱結(jié)構(gòu)。同時(shí)，也要盡量采用質(zhì)量較輕但強(qiáng)度很高的材料，延長空調(diào)壓縮機(jī)活塞的使用壽命。[2]并且，活塞的材料還應(yīng)該具有溫度變化時(shí)，尺寸、形狀變化要小、熱膨脹系數(shù)小，比重小，具有較好的減磨性和熱強(qiáng)度的特點(diǎn)，以期使活塞和活塞耦合件之間保持最小的間隙，降低摩擦因素，減少因摩擦而產(chǎn)生大量的熱。

2.2 與活塞工作過程中相配零件的設(shè)計(jì)

空調(diào)壓縮機(jī)活塞在工作過程中，需要將大量的工作熱量散發(fā)出去，同時(shí)還要將活塞的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)變成其他工作部件的其他形式的運(yùn)動(dòng)，并把功率和動(dòng)力最大限度的傳遞出去。其中包含的與活塞相配合的零件各種各樣，其中比較重要的是冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)主要保障活塞工作在正常的溫度范圍，同時(shí)將多余的熱量散發(fā)出去。冷卻系統(tǒng)按所使用的冷卻劑的不同可以分成水冷和油冷。水冷相對于油冷冷卻的速度要快，成本也比較低，但是劇烈的冷卻可能會(huì)使得氣缸壁出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象；油冷的冷卻效率相對較低，成本也比較高，但是它的使用壽命比較長，并且能夠瞬時(shí)地調(diào)節(jié)活塞溫度的高低。潤滑系統(tǒng)是保證活塞在涌動(dòng)過程中受到較小的摩擦影響，使活塞的使用壽命延長。在設(shè)計(jì)潤滑系統(tǒng)的過程中，主要考慮潤滑油路的設(shè)計(jì)，使得活塞及其相配零件能夠得到充分的潤滑，如果條件允許，也可以將潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能夠吸收活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量的形式，從另一方面改善活塞的工作條件。

3 汽車空調(diào)壓縮機(jī)活塞的常見故障及解決方案

3.1 活塞的機(jī)械故障

由于壓縮機(jī)活塞在工作時(shí)做高速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，期間會(huì)由于各種原因產(chǎn)生大量的熱，同時(shí)由于壓縮機(jī)中的機(jī)油等各種化學(xué)藥劑的影響，使得活塞工作的條件變得惡劣起來，從而也導(dǎo)致了活塞在工作期間會(huì)出現(xiàn)大量的工作故障。其中比較嚴(yán)重也是比較常見的機(jī)械故障是活塞在工作室中的卡死。由于活塞做高速運(yùn)動(dòng)，一旦活塞卡死在工作室中，由于活塞巨大的慣性，會(huì)對活塞本身和其所在的工作室造成巨大的破壞。由此導(dǎo)致汽車空調(diào)壓縮機(jī)不能正常工作，使乘車空間的空氣質(zhì)量得不到保障。[3]如果這種沖擊比較嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)起火，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，對車內(nèi)駕乘人員和車外行人的人身安全都將構(gòu)成威脅。這種機(jī)械故障的出現(xiàn)的原因，首先可能是汽車空調(diào)壓縮機(jī)的活塞在出廠前的裝配過程中，由于工作人員的疏忽，使得活塞的安裝精度不能滿足其使用要求。再者，就是使用者在使用空調(diào)壓縮機(jī)時(shí)，未能按照說明書上所要求的操作，違規(guī)使用，從而造成空調(diào)壓縮機(jī)活塞的機(jī)械故障。也可能是汽車持有者對于汽車的保養(yǎng)工作做得不到位，使得汽車空調(diào)壓縮機(jī)的工作環(huán)境變得十分的惡劣，造成機(jī)械故障。

3.2 與壓縮機(jī)活塞配合的部件故障

隨著壓縮機(jī)輸出功率的不斷提高，活塞承受的熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力也相應(yīng)上升，與此相配的部件也會(huì)因此受到很大的損害。由于活塞工作氣缸設(shè)計(jì)和材料選擇的不合理，同時(shí)冷卻系統(tǒng)不能保證活塞工作時(shí)產(chǎn)生熱量不能及時(shí)散發(fā)出去時(shí)，活塞的工作氣缸會(huì)出現(xiàn)龜裂、膨脹過度等影響活塞正常工作的故障。再者，壓縮機(jī)在工作了很長時(shí)間后，其配件會(huì)或多或少的損壞，如果這種損壞不能及時(shí)修復(fù)，也會(huì)造成比較嚴(yán)重的問題出現(xiàn)。例如，壓縮機(jī)中的潤滑油一旦泄露到活塞的工作室內(nèi)，由于室內(nèi)的熱量而極具膨脹，輕則使得活塞不能正常的工作，重則導(dǎo)致活塞工作室的爆炸，使得壓縮機(jī)報(bào)廢。活塞與外部工作零件的傳動(dòng)系統(tǒng)有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)卡死和由于過度磨損而松動(dòng)的現(xiàn)象，這樣會(huì)使得活塞的工作效率下降，壓縮機(jī)沒有豬狗的動(dòng)力帶動(dòng)，也就不能滿足汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量的正常調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

汽車空調(diào)壓縮機(jī)作為汽車空調(diào)系統(tǒng)的重要部件，是保證駕乘空間舒適度的重要機(jī)構(gòu)。壓縮機(jī)活塞是汽車空調(diào)壓縮機(jī)的核心部件，在長期是使用過程中，活塞會(huì)出現(xiàn)很多問題和故障，如果不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和修復(fù)這些故障和問題，就會(huì)對壓縮機(jī)的正常工作造成影響。因此，車主在汽車的日常使用過程中，要額外關(guān)注汽車空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，以期及時(shí)的發(fā)掘汽車壓縮機(jī)中各個(gè)零部件的問題，特別是壓縮機(jī)活塞這種比較重要的部件。對于壓縮機(jī)活塞的制造廠家，也應(yīng)該在活塞的設(shè)計(jì)制造中嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)，開拓創(chuàng)新，使得制造出來的活塞能夠滿足工作的需要，同時(shí)還保障長久的工作壽命，給駕乘人員更好的舒適度。

［1］陳金豹.汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的常見故障和維修[J].科技信息,2011,14:144-146.

［2］傅琦.汽車空調(diào)壓縮機(jī)壽命試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)研究[J].汽車技術(shù),2013:24-28.

［3］聶堯.汽車空調(diào)故障診斷實(shí)例分析[J].汽車電器,2012:77-81.