新能源汽車空調(diào)壓縮機(jī)橡膠空氣彈簧隔振腳墊匹配設(shè)計(jì)

秦太興，曾祥坤**，岑維靜，曾瀟鈺，曾錦彬，高凱凱

(1.廣東技術(shù)師范大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，廣東 廣州 510665 2. 廣東邦達(dá)實(shí)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(jìn)人們的視野。相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車動力，總成是影響新能源汽車NVH指標(biāo)最主要的因素。電動汽車的優(yōu)勢在于：采用電機(jī)驅(qū)動代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)驅(qū)動，電機(jī)與發(fā)動機(jī)相比更加的安靜、平順，電動汽車電機(jī)噪聲與傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機(jī)相比有了明顯的降低，因此電動汽車空調(diào)壓縮機(jī)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(diào)壓縮機(jī)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(dāng)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(zhǔn)確的設(shè)計(jì)和匹配空調(diào)壓縮機(jī)隔振腳墊的力學(xué)性能參數(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套新能源汽車空調(diào)壓縮機(jī)空氣彈簧隔振腳墊力學(xué)性能匹配試驗(yàn)裝置。該裝置通過調(diào)節(jié)空氣彈簧隔振腳墊氣壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)腳墊剛度，可快速匹配出壓縮機(jī)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(shè)計(jì)變量，通過裝機(jī)驗(yàn)證，所提出的優(yōu)化方法可有效減小壓縮機(jī)的振動及噪聲。

1 橡膠空氣彈簧隔振腳墊設(shè)計(jì)

試驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(shè)置充氣口。整個(gè)空氣彈簧隔振腳墊可直接安裝和應(yīng)用在振動系統(tǒng)上，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部氣壓來實(shí)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(shí)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(xué)性能的重要參數(shù)之一[9]。文中采用美特斯電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試設(shè)備，給橡膠空氣彈簧腳墊施加垂向載荷，測定試驗(yàn)機(jī)所產(chǎn)生的位移以及對應(yīng)的作用力，計(jì)算出空氣彈簧隔振腳墊該氣壓下的靜剛度，實(shí)驗(yàn)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(guān)系曲線

3 壓縮機(jī)振動測試裝置的設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)采用無油空壓機(jī)替代空調(diào)壓縮機(jī)，調(diào)節(jié)進(jìn)氣調(diào)壓閥的開和關(guān)以增加或保持空氣彈簧隔振腳墊的氣壓，氣壓計(jì)測量范圍0～1 MPa,氣壓精度 0.001 MPa，實(shí)驗(yàn)裝置見圖5。在壓縮機(jī)機(jī)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(jī)振動大小。

4 實(shí)驗(yàn)測試和結(jié)果分析

調(diào)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(jī)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(shí)，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(shí)的隔振效果最好。對應(yīng)表示可見，0.2 MPa 時(shí)隔振腳墊靜剛度為 32 N/mm。

5 純橡膠腳墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝機(jī)測試

采用有限元軟件Hyperwork和Abaqus進(jìn)行建模和剛度計(jì)算，在不改變壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)以及壓縮機(jī)與管路位置關(guān)系的情況下，經(jīng)過多次設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)示意圖 (b)實(shí)物圖

橡膠腳墊的剛度值是否滿足設(shè)計(jì)要求，需裝配到壓縮機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將試制的4個(gè)純橡膠腳墊分別固定于壓縮機(jī)4個(gè)機(jī)腳上，測得的壓縮機(jī)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(shí)該數(shù)據(jù)與空氣彈簧所測數(shù)據(jù)相差極小，驗(yàn)證了本匹配設(shè)計(jì)方法及測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

文中開發(fā)設(shè)計(jì)了壓縮機(jī)空氣彈簧隔振腳墊力學(xué)性能匹配試驗(yàn)裝置，可通過調(diào)節(jié)空氣彈簧隔振腳墊的內(nèi)部氣壓，進(jìn)而改變其靜剛度。將壓縮機(jī)振動加速度最小時(shí)，空氣彈簧隔振腳墊所對應(yīng)的剛度值作為此壓縮機(jī)的最優(yōu)腳墊剛度，以設(shè)計(jì)純橡膠腳墊結(jié)構(gòu)。將制作的純橡膠腳墊樣件安裝到壓縮機(jī)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(shí)減振效果一直，說明本試驗(yàn)裝置能有效用于壓縮機(jī)隔振腳墊性能參數(shù)的快速匹配。