空调压缩机支架有限元分析

李自强,王会

(1.安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601；2.北京工业职业技术学院，北京 100042)



空调压缩机支架有限元分析

李自强1,王会2

(1.安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601；2.北京工业职业技术学院，北京 100042)

采用ABAQUS软件对某发动机的空调压缩机支架进行了有限元分析，分析项目包括模态分析、强度及疲劳分析以及接触面滑移量分析。计算结果显示：各项结果都满足评价指标，说明该支架结构设计合理，能够满足使用要求。

空调压缩机支架；模态分析；强度分析；疲劳分析；滑移量分析

0　引言

汽车空调压缩机是汽车空调制冷系统的心脏，起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用。而空调压缩机支架则被用于固定空调压缩机，将其固定在发动机缸体上。支架不仅受到发动机为震源传递的振动，还要受到空调压缩机本身的振动，这就对支架本身的强度提出了更高的要求。可以说，支架设计的优劣在一定程度上决定了整个压缩机的使用性能。因此，在设计阶段对空调压缩机支架进行仿真分析十分有必要。

将通过有限元软件ABAQUS对某发动机空调压缩机支架进行有限元分析，分析项目包括模态分析(考察是否有共振的危险)、强度及疲劳分析以及接触面滑移量分析，为支架的结构设计提供理论参考。

1　分析过程

1.1材料属性参数

材料属性如表1所示。

表1　材料关键属性

其中螺栓规格为M8，相应的最大螺栓预紧力为19 800 N，最小螺栓预紧力为12 400 N。

1.2划分计算网格

为了力求接近于实际情况，分析模型除了空调压缩机支架外，还包括周边与之相连的相关零部件，主要有空调压缩机、部分缸体、油底壳、盖板、支架螺栓和空调压缩机螺栓等。使用通用前处理器Hypermesh进行网格划分，并设置好材料属性以及各零部件之间的接触或绑定关系。模态计算时，各接触面间均设置为绑定。

1.3约束条件及加载载荷

不同的计算加载情况也不相同，分别如下：

(1)模态分析

部件连接及约束条件见图1所示。

图1　分析模型边界位移约束条件

(2)强度及疲劳分析

约束：同模态分析；

载荷：加载最大螺栓预紧力，6个方向分别施加15g的加速度；

分析步：共8个分析步，分别为螺栓预紧力加载、螺栓长度固定、±X方向15g加速度、±Y方向15g加速度以及±Z方向15g加速度。

(3)接触滑移分析

约束类型和分析步骤同强度分析，加载最小螺栓预紧力，6个方向15g的加速度。

2　结果分析

2.1模态计算结果

模态的评价标准为：零部件一阶设计频率fmin>(1.3±0.1)·f2，f2为发动机在最大持续超速转速下点火频率。在此机中，最大持续超速转速为5 700 r/min，f2为190 Hz，所以fmin>(228～266) Hz。

图2所示为空调压缩机支架固有频率表。可知：空调压缩机支架一阶模态频率为258.18 Hz，是f2的1.36倍，接近评价标准(228～266) Hz的上限值，模态频率虽偏低，但可接受。

图2　前1～6阶振动频率表

2.2强度及高周疲劳结果

(1)空调压缩机支架Mises应力分析结果

图3—6为空调压缩机支架在最大螺栓预紧力与15g加速度作用下的应力云图。可知：除了螺栓加载位置的应力由于奇异现象不予考虑外，其他位置应力都不小于材料的屈服极限150 MPa，应力满足强度指标。

图3　±X方向15g加速度下的Mises应力分布云图

图4　Y正方向15g加速度下的Mises应力分布云图

图5　Y负方向15g加速度下的Mises应力分布云图

图6　±Z方向15g加速度下的Mises应力分布云图

(2)空调压缩机支架疲劳分析结果

图7是空调压缩机支架安全系数，最小安全系数为1.13，大于标准值1.1，满足要求。除去螺栓加载位置外，最小安全系数为1.5，位置为图7中椭圆标记处。

图7　疲劳安全系数

2.3接触滑移分析结果

图8显示的是接触面的滑移量，最大值为7.129 μm，在评价标准值4～10 μm内，满足标准要求。

图8　接触面滑移量云图

3　结论

(1)通过模态分析，得到空调压缩机支架的一阶模态固有频率为258.18 Hz，是f2的1.36倍，满足评价指标。

(2)强度分析显示：除螺栓加载位置外，其他位置应力都小于材料的屈服极限150 MPa，应力满足强度指标。

(3)疲劳分析显示：最小安全系数为1.13，大于标准值1.1，满足标准要求。

(4)接触面滑移量分析显示：最大接触滑移量为7.129 μm，在标准值4～10 μm内，满足标准要求。

以上结论表明：该支架结构设计合理，能够满足使用要求。

【1】陈家瑞.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，2002.

【2】唐燕辉.发动机附件支架有限元分析及结构优化设计[D].南京：南京理工大学，2012.

Finite Element Analysis on Air Conditioning Compressor Bracket

LI Ziqiang1, WANG Hui2

(1.Anhui Jianghuai Automobile Co,.Ltd., Hefei Auhui 230601,China;2.Beijing Polytechnic College, Beijing 100042,China)

A finite element analysis was done to a air conditioning compressor bracket of a certain engine by using ABAQUS. The analysis work included model analysis, strength and fatigue analyses, interface slippage analysis.The results show that all of the calculation values meet the evaluation standard. It indicates that the designed bracket is rational and it can meet the use requirements.

Air conditioning compressor bracket; Modal analysis; Strength analysis; Fatigue analysis; Slippage analysis

2016-06-02

2016年北京工业职业技术学院重点科研课题(bgzykyz201602)

李自强,男，硕士，工程师，专业方向为热能与动力工程。E-mail:ziqiang_li2003@sina.com。

U463.85+1

A

1674-1986(2016)08-010-05