汽车空调系统连接接口设计

邱雪杰，何景林，涂家富

（长安汽车股份有限公司合肥研究院，安徽 合肥 230000）

汽车空调运转时，空调系统通过制冷剂循环，与外界进行热交换，完成空调系统的制冷功能；为保证空调系统的制冷剂流动顺畅、高效地完成热量传递，各部件的连接必须保证系统的低阻力和密封性。

管路部件是连接汽车空调系统中的其他零部件，使分散在汽车车身内部的压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等部件紧密有序相连，形成一个封闭的系统，保证制冷剂在空调系统中的循环流动。

汽车空调系统中的连接接口采用O形圈径向密封方式，用于密封的O形圈，要求有较好的耐HFC-134a和耐压缩机润滑油能力，良好的抗磨性、抗腐蚀、抗撕压特性，目前选用的O形圈材料为氢化丁晴橡胶 （HNBR），颜色一般为绿色、黑色。

1 O形圈密封原理

O形圈装在密封沟槽中，并形成适当的压缩量，借助于材料的反弹力压紧密封面而起到密封的作用；如图1，O形密封圈 （图1a）是安放在密封沟槽中 （图1b）使用的，O形圈的密封能力是装配后的压缩力 （图1c）和冷媒高压作用下，使O型圈发生变形所产生的弹性接触力来实现的，此密封能力随着压力的升高而提升，并且磨损后有一定的自动补偿能力。

O形圈靠弹性、形状等可达到自行密封 （图1d），当O形圈压力超过某限度，O形圈被挤入沟槽间隙，由于空调系统工作时产生的压力脉动，会使密封圈产生微量振动损坏O形圈，使密封能力下降，甚至产生泄漏，为避免此种情况，在密封设计时要考虑系统工作时的受力和O形圈的硬度以及沟槽的间隙，其三者关系见曲线图 （图2）；使用氢化丁晴橡胶的O形圈密封，沟槽间隙在极限公差时应小于0.4mm。

图1 O形圈密封原理图

图2 曲线图

2 密封接口参数设计

O形圈密封是挤压式接触密封，影响密封性能的因素有：O形圈拉伸率、压缩率和沟槽尺寸。

2.1 O形圈拉伸率

拉伸率是用于评价O形圈装配后的拉伸量，拉伸量过大，导致O形圈不易装配，O形圈的断面直径减小，影响压缩率和接触面宽度从而影响密封性能，引起泄漏，如果无拉伸，则密封应力较小，装配时容易脱出；所以O形圈使用时，一般处于拉伸状态，拉伸率的公式和推荐范围 （表1）如下。

式中：a——O形圈拉伸率；d——O形圈的拉伸后内径；d1——O形圈的实际内径。

2.2 压缩率

压缩率是用于评价O形圈在装配后的断面变形量，压缩率过小，会导致密封不良，引起泄漏；压缩量过大，会使O形圈过度变形导致应力松弛，甚至损坏，引起泄漏，因此压缩率应在合理的范围内，其公式和推荐范围 （表2）如下。

式中：ε——压缩率；d0——O形圈断面直径；H——沟槽深度。

表2 O形圈装配的压缩率

2.3 沟槽尺寸

空调管路的O形圈密封属于静态密封，O形圈在遇到液体和温度升高时会产生膨胀，所以沟槽宽度b应考虑O形圈压缩变形后的宽度B0和O形圈工作时产生的膨胀，其公式和尺寸公差推荐值 （表3）如下。

式中：k——O形圈的膨胀系数；ε——压缩率；d0——O形圈断面直径。

3 总结

在汽车空调管路的密封设计时，要根据管径考虑合理的O形圈，并设计沟槽尺寸。沟槽深度要小于O形圈自由状态下的断面直径，其沟槽深度是O形圈的压缩率的关键因素，压缩率的设计影响密封的性能，沟槽的宽度设计影响密封的耐久稳定性。为了防止O形圈在工作时被挤压到沟槽间隙中，在满足装配的前提下，沟槽间隙设计应尽量小些。为了防止O形圈装配时出现割伤和刮伤，和O形圈可能接触的棱都需要采用圆角设计，如图3沟槽示意图。

图3 沟槽示意图