某汽車空調(diào)壓縮機(jī)振動噪聲原因與控制分析

覃京翎

摘要：車載空調(diào)系統(tǒng)為人們提供了更為舒適的乘車感受，但是同時也引發(fā)了噪音問題。本文通過對某汽車空調(diào)壓縮機(jī)震動噪聲原因進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出了幾點(diǎn)改進(jìn)措施，以此降低空調(diào)壓縮機(jī)振動產(chǎn)生的噪聲，提高人們乘車的舒適度。

關(guān)鍵詞：汽車;空調(diào)壓縮機(jī);振動噪聲;分析

中圖分類號：U463.23+4.93? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0155-02

0? 引言

汽車空調(diào)壓縮機(jī)是車載空調(diào)重要的組成部分，能夠?qū)噧?nèi)溫度進(jìn)行很好的控制，而由此引發(fā)的噪音問題極大影響了車內(nèi)司乘人員乘車的舒適度?？照{(diào)壓縮機(jī)振動產(chǎn)生的噪音問題十分普遍，軸向活塞式壓縮機(jī)在汽車空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，本文以此為例進(jìn)行噪聲原因與控制分析。

1? 壓縮機(jī)介紹

斜盤式壓縮機(jī)是軸向活塞式壓縮機(jī)的一種，在汽車空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用也比較廣泛，這種類型的壓縮機(jī)由驅(qū)動盤總成、斜盤、主軸、活塞、缸體、閥片等組成，其中閥片具有十分重要的作用[1]。這種壓縮機(jī)工作原理是通過氣缸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動實現(xiàn)的，其特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、安裝便捷、技術(shù)成熟，良好的斜盤式壓縮機(jī)在工作時十分平穩(wěn)，也不會造成太大的噪音，但是因為氣缸數(shù)量比較多，系統(tǒng)啟動的時候會產(chǎn)生較大載荷的沖擊，從而產(chǎn)生噪聲，尤其是在汽車怠速或者低速時更加明顯，同時如果壓縮機(jī)配置過低，噪聲會更大，十分影響車內(nèi)人員的乘車感受。

2? 壓縮機(jī)振動噪聲原因分析

壓縮機(jī)振動噪聲原因有很多，可以根據(jù)引發(fā)噪聲的因素分為機(jī)械原因、空氣動力原因以及電磁原因三方面。

機(jī)械原因指的是壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)各機(jī)械部件之間的摩擦專家或者傳動不穩(wěn)引起的振動而產(chǎn)生的噪聲。包括以下幾種：首先，機(jī)械部件之間的摩擦，主要有斜盤、半球、活塞、氣缸壁等之間的相互作用產(chǎn)生的摩擦;其次，閥片原因，例如，進(jìn)氣閥片排氣閥片的開合由于發(fā)生形變產(chǎn)生噪聲、閥片和擋板之間的撞擊產(chǎn)生噪聲;最后，轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定，例如，壓縮機(jī)工作時，斜盤的傳動不穩(wěn)定會產(chǎn)生偏心力、進(jìn)氣排氣過程中氣體產(chǎn)生的脈沖力影響等。

空氣動力原因是由于壓縮機(jī)在工作過程中氣流引起振動。簡單說有噴注產(chǎn)生的氣流、閥片開合產(chǎn)生的氣流、排氣管工作產(chǎn)生的氣流、壓縮機(jī)進(jìn)氣時產(chǎn)生的氣流等諸多方面。

電磁原因來源主要是轉(zhuǎn)子皮帶輪在運(yùn)行中由于磁場原因引起的電磁效應(yīng)而造成壓縮機(jī)振動[2]。

3? 壓縮機(jī)振動實驗研究

為了更為準(zhǔn)確的找到噪聲產(chǎn)生原因，本次實驗為通過對壓縮機(jī)進(jìn)行單體臺架試驗，進(jìn)行噪聲信號的采集，并對所采集的信號進(jìn)行提取和分析，由此進(jìn)行噪聲產(chǎn)生原因的判斷。

3.1 試驗環(huán)境

本次實驗采用的是半消聲室中進(jìn)行，室內(nèi)溫度控制范圍為12-38攝氏度，濕度在75%以內(nèi)，模擬車輛行車中常用轉(zhuǎn)速工況1000rpm、1800rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm，壓縮機(jī)穩(wěn)態(tài)（制冷）工況。

3.2 試驗儀器及傳感器測點(diǎn)分布

本次試驗所用儀器有LMS數(shù)據(jù)采集儀一臺、傳聲器5個、加速傳感器3個、筆記本電腦1臺、線材適量。試驗采用的是矩形六面體法，對壓縮機(jī)上方及前后左右分別裝安裝傳感器，用于進(jìn)行噪聲信號的采集，并在傳感器端口位于壓縮機(jī)400毫米處建立空間坐標(biāo)，在三個方向分別安裝加速裝感器用于采集振動信號。

3.3 試驗過程

壓縮機(jī)的工作過程可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行主要運(yùn)行參數(shù)的控制，包括排氣壓力（P1）、進(jìn)氣壓力（P2）、內(nèi)腔壓力（P3），參數(shù)選取是由車輛在實際行駛過程中壓縮機(jī)工作時的數(shù)值為準(zhǔn)進(jìn)行確定的，同時利于電控閥對壓縮機(jī)工作電壓進(jìn)行控制，確定壓縮機(jī)穩(wěn)態(tài)和空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的工況。

壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變壓縮機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速，同時為了避免機(jī)電噪聲對本次實驗的影響，將電機(jī)置于室外。為了確保噪聲數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確效果，采集數(shù)據(jù)前需要保證壓縮機(jī)的吸氣壓力和排氣壓力穩(wěn)定時才能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3.4 數(shù)據(jù)分析

壓縮機(jī)表面聲壓級LP計算公式如下：

其中，LP，單位dB，是以20uP為基準(zhǔn)值的聲壓級。N代表傳感器測點(diǎn)數(shù)。Lpi代表背景噪聲修正后，第i點(diǎn)的聲壓級。數(shù)據(jù)分析采用LMStestlab軟件對分布的五個傳感器所采集到的噪聲聲壓級進(jìn)行計算，從而得出壓縮機(jī)平均聲壓。通過試驗我們發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)噪聲集中于3000Hz以內(nèi)，因此，對這個范圍內(nèi)的噪聲進(jìn)行其振動頻譜的研究。表1為壓縮機(jī)在不同工況下各測點(diǎn)的噪聲振動值。

由表1所得數(shù)據(jù)可以明顯看出，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速越高，各測點(diǎn)值越大，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對其聲壓值影響成明顯正相關(guān)。

利用LMStestlab軟件對噪聲振動信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出如圖1所示頻譜圖。

由圖1可以看出，噪聲在1000Hz左右達(dá)到峰值，振動在400Hz左右達(dá)到峰值。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對于其振動和噪聲有明顯的影響作用，說明壓縮機(jī)噪聲來源與壓縮機(jī)的內(nèi)部的部件運(yùn)動有直接關(guān)系，需要對壓縮機(jī)內(nèi)部相關(guān)部件進(jìn)行進(jìn)一步受力分析。

3.5 壓縮機(jī)內(nèi)部部件受力分析

首先，是對活塞進(jìn)行受力分析，試驗選擇用加速傳感器采集信號，通過數(shù)據(jù)處理得出壓縮機(jī)振動具有周期性，受活塞往復(fù)運(yùn)動影響在閥片開啟和閉合的時候產(chǎn)生較大振動和噪聲，其他階段雖然也存在振動，但是并不明顯;其次，對壓縮機(jī)內(nèi)部其他部件連接間隙進(jìn)行分析，為了避免閥片對試驗準(zhǔn)確性的影響，將壓縮機(jī)置于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，不必考慮閥片開啟和閉合的影響，對壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的間隙振動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)內(nèi)部部件間隙大小與振幅成正相關(guān)，并且振動呈現(xiàn)不穩(wěn)定性，說明壓縮機(jī)傳動的平穩(wěn)性對于降低振動，從而減少噪聲有重要的影響作用。

4? 壓縮機(jī)振動噪聲控制建議

4.1 降低機(jī)械振動產(chǎn)生的噪聲

壓縮機(jī)機(jī)械產(chǎn)生的振動主要與壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)以及所用部件的質(zhì)量和狀態(tài)決定的，與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速及運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系不大，因此，想要降低這一原因引起的噪聲，需要對壓縮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行入手。而汽車生產(chǎn)廠家在進(jìn)行壓縮機(jī)的選擇時對其性能進(jìn)行了充分考慮，不少優(yōu)秀企業(yè)生產(chǎn)了大量的高品質(zhì)的壓縮機(jī)，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步對壓縮機(jī)進(jìn)行不斷改進(jìn)和優(yōu)化，進(jìn)一步提升了壓縮機(jī)的整體性能，壓縮機(jī)在工作中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。對于用戶來說，需要加強(qiáng)對壓縮機(jī)的日常保養(yǎng)，例如定期對壓縮機(jī)進(jìn)行檢查，及時補(bǔ)充潤滑油，為壓縮機(jī)的正常工作提供良好的潤滑環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)內(nèi)部零件的老舊或磨損，要第一時間進(jìn)行更換，避免部分零件問題造成的壓縮機(jī)機(jī)械振動，從而降低噪聲，延長壓縮機(jī)使用壽命。

4.2 降低進(jìn)排氣閥振動產(chǎn)生的噪聲

通過試驗和數(shù)據(jù)分析，我們知道壓縮機(jī)在工作過程中，進(jìn)排氣會使壓縮機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生氣體沖擊，造成閥片的振動，而這也是產(chǎn)生噪聲的一個重要原因，并且是不可避免的。但是除此之外，閥片在開啟和閉合的過程中也會造成振動，因此，可以對閥片結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行改進(jìn)，并且優(yōu)化開啟和閉合技術(shù)，降低這一振動影響。目前市面上汽車壓縮機(jī)閥片主要有簧片閥片和環(huán)片閥片這兩種類型，其中，環(huán)片閥片用途較廣，具有穩(wěn)定的性能，但是其厚度較大，因此容易在氣流的沖擊下產(chǎn)生明顯的振動，并且在開啟和閉合時不夠迅速，也產(chǎn)生了嚴(yán)重的摩擦問題，這些都導(dǎo)致了壓縮機(jī)振動影響。相比之下，簧片閥片更加輕薄，摩擦問題也較少，能夠?qū)崿F(xiàn)快速開啟和閉合，振動也較小，但是由于簧片閥片工作穩(wěn)定性較差，在推廣方面還存在一定的障礙[3]。因此，需要相關(guān)研究者對閥片的性能進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，使之在具有穩(wěn)定性能的同時能夠降低振動影響，從而減少壓縮機(jī)噪聲。

4.3 降低振動傳遞產(chǎn)生的噪聲

除了壓縮機(jī)本身結(jié)構(gòu)以及壓縮機(jī)生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生的振動影響之外，還有很多振動因素難以避免，但是可以通過對振動傳遞產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行過濾，降低噪聲向車內(nèi)的傳遞，從而為乘車人員提供更為舒適的車內(nèi)環(huán)境。例如以下幾種方法：第一，可以在車內(nèi)空調(diào)進(jìn)風(fēng)口處貼上泡棉，注意泡棉厚度并非越厚越好，18毫米左右較為適宜，太厚會影響空調(diào)制冷效果，并且影響其散熱，泡棉會對噪聲有明顯的消除作用;第二，可以在空調(diào)冷凝器上下位置安裝減震墊，或者在空調(diào)高、低壓管夾上安裝減震墊，同樣可以降低壓縮機(jī)排氣管的振動，從而有效降低噪聲向車內(nèi)的傳遞;第三，可以利用消音器，對壓縮機(jī)工作時氣流脈沖產(chǎn)生的振動噪聲進(jìn)行消除，安裝位置在壓縮機(jī)低壓管旁，也可以起到較好的降噪效果。

5? 結(jié)語

綜上所述，汽車空調(diào)壓縮機(jī)的振動影響因素有很多，主要與壓縮機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝有直接關(guān)系，本文進(jìn)行的試驗研究方法和數(shù)據(jù)分析對該問題研究具有一定的參考價值。通過試驗和數(shù)據(jù)分析我們可以得知，汽車空調(diào)壓縮機(jī)工作過程中有些噪音能夠避免，而由于汽車本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和生產(chǎn)技術(shù)的局限性，有些噪音是不可避免的，除了從技術(shù)層面進(jìn)行壓縮機(jī)性能的優(yōu)化，用戶還可以通過加強(qiáng)對壓縮機(jī)的日常維護(hù)，采用一些消音裝備進(jìn)行降噪，使乘車環(huán)境更加舒適。

參考文獻(xiàn)：

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