客車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)分析的應(yīng)用

鄭燦

摘 要：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的缸體裂紋情況，應(yīng)用模態(tài)測(cè)試方法和有限元方法，通過(guò)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)分析，找出缸體裂紋的根本原因。

關(guān)鍵詞：空調(diào)壓縮機(jī)支架；模態(tài)測(cè)試；發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)；共振

中圖分類(lèi)號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-07-03

Abstract： According to the crack condition of the engine cylinder， the modal test method and the finite element method areapplied to find out the root cause of the crack in the cylinder.

Keywords： Air-condition compressor bracket； Modal testing； Engine excitations； resonance

CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-07-03

引言

壓縮機(jī)是大客車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，可通過(guò)安裝支架固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，或者固定在車(chē)架上，空調(diào)壓縮機(jī)支架的可靠性直接影響空調(diào)及發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。若是空調(diào)壓縮機(jī)固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，空調(diào)壓縮機(jī)安裝支架在空調(diào)關(guān)閉時(shí)，主要受到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)影響，在空調(diào)開(kāi)啟時(shí)，還附加有空調(diào)壓縮機(jī)帶來(lái)的振動(dòng)。這些震源產(chǎn)生的振動(dòng)與空調(diào)壓縮機(jī)安裝支架的系統(tǒng)頻率（固有頻率）是否會(huì)產(chǎn)生共振，必須對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析[1]，避免支架與發(fā)動(dòng)機(jī)固有頻率發(fā)生共振，造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的損壞。

1 售后市場(chǎng)問(wèn)題

售后市場(chǎng)反饋發(fā)現(xiàn)個(gè)別發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱出現(xiàn)裂紋（第二檔曲軸箱出現(xiàn)橫向裂紋），如下圖所示：

產(chǎn)生裂紋的發(fā)動(dòng)機(jī)均為空調(diào)壓縮機(jī)搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)上，如下圖所示：

經(jīng)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)及支架稱(chēng)重：壓縮機(jī)重量為46kg，支架為28kg。

2 空調(diào)壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)模態(tài)測(cè)試

2.1 空調(diào)壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)振動(dòng)分析

使用LMS TEST.LAB測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)進(jìn)行原地加速工況測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下圖：

同時(shí)在原地加速測(cè)試中，開(kāi)關(guān)閉空調(diào)壓縮機(jī)情況下測(cè)試支架Y向振動(dòng)加速度，測(cè)試結(jié)果如下圖：

測(cè)試結(jié)論：原地加速工況測(cè)試中，空調(diào)壓縮機(jī)支架系統(tǒng)存在明顯共振現(xiàn)象（48Hz），在關(guān)閉空調(diào)下空調(diào)壓縮機(jī)Y向振動(dòng)加速度達(dá)到98mm/s，開(kāi)空調(diào)狀態(tài)下Y向振動(dòng)加速度達(dá)到108mm/s，為劇烈振動(dòng)水平。

2.2 空調(diào)壓縮機(jī)支架系統(tǒng)DOS分析

從ODS分析可知，空調(diào)壓縮機(jī)支架系統(tǒng)48HZ工作變形主要是空調(diào)壓縮機(jī)支架左右擺動(dòng)。

3 空調(diào)壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)CAE分析

根據(jù)空調(diào)壓縮機(jī)支架的3D模型，通過(guò)有限元仿真軟件HYPERMESH對(duì)該支架進(jìn)行有限元模態(tài)分析，并與實(shí)際的振動(dòng)測(cè)試進(jìn)行對(duì)比[2]。

支架材料特征如表1所示

由于該空調(diào)壓縮機(jī)支架為拼焊結(jié)構(gòu)，采用SHELL單元進(jìn)行模擬，按圖11所示進(jìn)行約束模態(tài)分析，一段約束六個(gè)自由度（模擬安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上），支架上用均布質(zhì)量單元CONM2加載在支架安裝孔上。

計(jì)算的前六階模態(tài)結(jié)果為表2所示：

由CAE模態(tài)分析可知，該支架剛度較低，發(fā)動(dòng)機(jī)在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)650RPM-1900RPM，都會(huì)激起空調(diào)壓縮機(jī)支架的二三階模態(tài)，產(chǎn)生共振，損壞發(fā)動(dòng)機(jī)缸體[3]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，空調(diào)壓縮機(jī)支架系統(tǒng)的一階模態(tài)頻率應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生頻率的1.2倍，即114HZ。

此CAE分析所得到的最大能量二階頻率及振型與LMS設(shè)備錘擊法獲得的數(shù)據(jù)接近，認(rèn)為該建模及分析方法是可行的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)售后市場(chǎng)出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體裂紋，運(yùn)用LMS的模態(tài)測(cè)試及CAE分析的手段，得出了空調(diào)壓縮機(jī)搭載支撐結(jié)構(gòu)不合理，存在共振，振動(dòng)大導(dǎo)致缸體的疲勞裂紋[4]。若采用搭載結(jié)構(gòu)，空調(diào)壓縮機(jī)支架系統(tǒng)的一階模態(tài)頻率應(yīng)大于114HZ。

參考文獻(xiàn)

[1] 管迪華.模態(tài)分析技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社.1995.

[2] 李自強(qiáng)，王會(huì).空調(diào)壓縮機(jī)支架有限元分析[J] 汽車(chē)零部件.2016（08）.

[3] 仲冰冰，張龍，唐燕輝.汽車(chē)空氣壓縮機(jī)支架的模態(tài)分析[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2013，42（3）：94-96.

[4] 曹樹(shù)謙，張文德，蕭龍翔.振動(dòng)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001：33-46.