浅谈空调压缩机中涡旋盘硬度差的应用

周之茂

摘 要：汽车空调压缩机是汽车空调系统中一个关键部件，俗称空调系统的“心脏”。其效果的好坏直接影响整个空调系统运作。涡旋式汽车空调压缩机是第四代空调压缩机，由于其具有效率高、体积小、质量轻等特点。随着新型智能设备的广泛运用，其零件精度要求高的问题也得到了一定的解决，使得涡旋式压缩机被广泛应用到汽车空调中。本文介绍了一种方法，提高压缩机的工作寿命。

关键词：涡旋式汽车空调压缩机；涡旋盘；硬度差

引言：

涡旋式汽车空调压缩机是第四代空调压缩机，其主要工作原理是利用涡旋盘啮合，借助于容积的变化来实现气体压缩。经过实际工作和试验发现，一般涡旋盘经常出现磨损，变形导致动静盘硬摩擦，严重降低产品的使用寿命，长期工作甚至会导致产品直接损坏并且污染整个空调系统。本文主要介绍了一种方法减少变形对压缩机工作的影响。

一、涡旋盘工作时的结构分析

涡旋压缩机的工作原理如图1-1和图1-2所示，把涡旋型线参数相同，相位角差180°，基圆中心相距r的动涡盘和静涡盘组装后，可以形成数对封闭的月牙形容积腔（见图1-2投影）。当偏心轴推动动涡盘中心（基圆中心）绕静涡盘（基圆中心）做半径为r的圆周轨道运动时，这些封闭的容积腔相应的扩大或缩小，由此实现气体的吸入、压缩和排气的目的。低压气体从静涡盘上开设的吸气孔口或动静涡旋盘的周边缝隙进入吸气腔，经压缩后有静涡盘中心处的排气孔口排出[1]。其啮合部分加工精度需要控制在微米级。

动静涡盘目前材料多采用铝合金，其工作时旋转速度一般不低于1500rpm，涡旋壁厚度在4-5mm，工作时中心腔温度可达100℃。在ANSYS软件中，对几何排量为66ml的汽车空调涡旋压缩机的动涡旋盘进行分析，可见径向和轴向变形最大可达65.2um和59um（如图2），最小位置也达10 um。可见实际工作时，两个涡旋盘在高压高温下产生变形，互相挤压，产生磨损。

二、一种解决方案

由于既要保证工作时的密封性能，又要防止因涡旋盘变形导致的异常磨损。我公司通过硬质阳极氧化处理，使铝合金表面生产一种高硬度、耐热、耐磨的硬质阳极氧化膜。阳极氧化处理是利用电化学的方法，在适当的 电解液中，以合金零件为阳极，不锈钢、锘或 导电性电解液本身为阴极，在一定电压电流等 条件下，使阳极发生氧化，从而使工件表面获 得阳极氧化膜的过程。

阳极氧化可以提高涡旋盘约100HB的硬度，这样到动涡盘和静涡盘啮合时，硬度较低的涡盘会让开硬度较高的涡盘，从而降低磨损。

三、试验验证

试验工况采用GB/T 21360-2008汽车空调制冷压缩机第6.2.1（性能测试）和6.2.3条（耐久测试），试验机为我公司开发的86ml排量压缩机，试验状态分五种，每阶段试验均记录结果，并且打开观察内部零件磨损情况，测试结果统计列表如下：

经过以上试验基本可判断，当动静盘硬度相同时，涡旋盘磨损严重，很容易丧失工作能力。当其有一定的硬度差时，可以很好的互相补偿，即满足产品性能要求，又有稳定的寿命。

四、总结

研究结果表明，通过取合理的硬度差值，涡旋式汽车空调压缩机的产品寿命可满足国家标准以及各大主流汽车厂要求。阳极氧化也仅是一种使涡旋盘产生硬度差的方法，其余还有镍磷图层处理等，国内目前还有待试验验证。

参考文献

[1] 李连生.涡旋压缩机.北京：北京机械工业出版社，1998.3.