客车空调压缩机支架模态分析的应用

郑灿

摘 要：根据发动机出现的缸体裂纹情况，应用模态测试方法和有限元方法，通过对空调压缩机支架的模态分析，找出缸体裂纹的根本原因。

关键词：空调压缩机支架；模态测试；发动机激励；共振

中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：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

壓缩机是大客车空调系统的核心部件，可通过安装支架固定在发动机上，或者固定在车架上，空调压缩机支架的可靠性直接影响空调及发动机的正常工作。若是空调压缩机固定在发动机上，空调压缩机安装支架在空调关闭时，主要受到发动机振动影响，在空调开启时，还附加有空调压缩机带来的振动。这些震源产生的振动与空调压缩机安装支架的系统频率（固有频率）是否会产生共振，必须对空调压缩机支架结构进行有限元分析[1]，避免支架与发动机固有频率发生共振，造成发动机缸体的损坏。

1 售后市场问题

售后市场反馈发现个别发动机的曲轴箱出现裂纹（第二档曲轴箱出现横向裂纹），如下图所示：

产生裂纹的发动机均为空调压缩机搭载在发动机上，如下图所示：

经对空调压缩机及支架称重：压缩机重量为46kg，支架为28kg。

2 空调压缩机及支架系统模态测试

2.1 空调压缩机及支架系统振动分析

使用LMS TEST.LAB测试系统，对空调压缩机及支架系统进行原地加速工况测试，测试结果见下图：

同时在原地加速测试中，开关闭空调压缩机情况下测试支架Y向振动加速度，测试结果如下图：

测试结论：原地加速工况测试中，空调压缩机支架系统存在明显共振现象（48Hz），在关闭空调下空调压缩机Y向振动加速度达到98mm/s，开空调状态下Y向振动加速度达到108mm/s，为剧烈振动水平。

2.2 空调压缩机支架系统DOS分析

从ODS分析可知，空调压缩机支架系统48HZ工作变形主要是空调压缩机支架左右摆动。

3 空调压缩机及支架系统CAE分析

根据空调压缩机支架的3D模型，通过有限元仿真软件HYPERMESH对该支架进行有限元模态分析，并与实际的振动测试进行对比[2]。

支架材料特征如表1所示

由于该空调压缩机支架为拼焊结构，采用SHELL单元进行模拟，按图11所示进行约束模态分析，一段约束六个自由度（模拟安装在发动机上），支架上用均布质量单元CONM2加载在支架安装孔上。

计算的前六阶模态结果为表2所示：

由CAE模态分析可知，该支架刚度较低，发动机在全转速范围内650RPM-1900RPM，都会激起空调压缩机支架的二三阶模态，产生共振，损坏发动机缸体[3]。根据经验，空调压缩机支架系统的一阶模态频率应大于发动机最高转速产生频率的1.2倍，即114HZ。

此CAE分析所得到的最大能量二阶频率及振型与LMS设备锤击法获得的数据接近，认为该建模及分析方法是可行的。

4 结束语

本文针对售后市场出现的发动机缸体裂纹，运用LMS的模态测试及CAE分析的手段，得出了空调压缩机搭载支撑结构不合理，存在共振，振动大导致缸体的疲劳裂纹[4]。若采用搭载结构，空调压缩机支架系统的一阶模态频率应大于114HZ。

参考文献

[1] 管迪华.模态分析技术.北京：清华大学出版社.1995.

[2] 李自强，王会.空调压缩机支架有限元分析[J] 汽车零部件.2016（08）.

[3] 仲冰冰，张龙，唐燕辉.汽车空气压缩机支架的模态分析[J].机械制造与自动化，2013，42（3）：94-96.

[4] 曹树谦，张文德，萧龙翔.振动结构模态分析[M].天津：天津大学出版社，2001：33-46.