系统模态对空调压缩机支架强度的影响

宋太安 曹权佐 胡志刚 李晓磊 张兆奎

摘 要：文章以对东安汽发汽油发动机空调压缩机支架结构优化为实例，通过CAE对空调压缩机、空调压缩机支架及轮系组成的系统进行模态分析，根据CAE分析结论对空调压缩机支架进行结构优化，介绍了系统模态对空调压缩机支架结构强度的影响。优点如下：①CAE模态分析有效的分析出空调压缩机支架在动态载荷下变形趋势;②通过分析结论对空调压缩机支架进行结构优化，有效的提高空调压缩机结构强度，提高其工作可靠性，缩短了设计周期。

关键词：模态分析;动态载荷;结构强度

中图分类号：U463.85+1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-127-03

Abstract： This paper takes the structure optimization of air compressor bracket in Dongan automotive gasoline engine as an example， Modal analysis is carried out through CAE analyses system， which consist of train、air conditioning compressor and air conditioning compressor bracket， and optimize the structure of the air conditioning compressor bracket based on the conclusion of CAE. Introduces the influence of mode analysis on the strength of air conditioning compressor bracket. The advantages are as follows： ①CAE modal analysis can analyses the deformation tendency of the air conditioning compressor bracket under a dynamic load effectively. ②By optimizing the structure of the air conditioning compressor bracket based on the conclusion of analysis， improve the structural strength of the air conditioning compressor effectively， improve the reliability， shorten the designing period.

Keywords： modal analysis; dynamic load; structural strength

引言

对于汽车发动机上的空调压缩机支架类零件，不仅要考虑其静态载荷，还要分析其动态载荷。空调压缩机支架结构不仅影响其可靠性，还决定了系统运行过程中振动与噪声的大小。高强度与轻量化是衡量支架类零件的两个重要标准，要同时满足上述两个条件，就需要在结构方面进行合理的优化。

东安汽车发动机制造有限公司设计人员（以下简称东安汽发）为提高发动机空调压缩机支架强度及其可靠性，根据CAE分析法对空调压缩机系统模态分析结果，对空调压缩机支架进行结构优化，提高空调压缩机支架工作可靠性。

1 空调压缩机支架结构优化

本次分析对象以我司某项目一款发动机为基础。对其空调压缩机支架结构进行优化。

1.1 空调压缩机支架频率

该车辆变速器电子油泵及油泵控制器采用分体式设计，电子油泵主要参数见表1。

在整车上，发动机的二阶频率的激励对整车的影响最大，根据公式：

n：發动机转速，z ：发动机缸数，τ：冲程数，

λ：修正系数取1.1

对于四缸四冲程发动机最大转速6000rpm时，根据以上公式换算频率为220Hz，因此在发动机整机研究时，空调压缩机支架的模态要避开220Hz频率。

1.2 空调压缩机支架模态计算

1.2.1 空调压缩机支架载荷与边界

该空调压缩机支架分为支架本体及调节支架两部分，空调压缩机支架承受来自发动机为震源的振动，同时还要承受空调压缩机工作过程中产生的振动。

载荷及边界如下图1，F方向为空调压缩机皮带轮受力方向。空调压缩机本体通过图中5处固定点约束，张紧支架与支架本体支架之间通过两处固定点约束。

1.2.2 空调压缩机支架模态分析

对空调压缩机、空调压缩机支架等零件组成的系统进行模态计算，分析出系统的一阶模态143HZ，小于理论计算得出的二阶频率220HZ，是不满足设计要求的，详见图2至图7及表1。

1.2.3 空调压缩机支架结构优化

根据CAE计算分析结果，一阶模态143Hz，低于上述计算频率220Hz，存在共振隐患，需对空调压缩机支架结构进行优化，提高一阶模态。

根据CAE分析结论，采用以下措施对空调压缩机支架结构进行优化，详见下图8：

（1）将原张紧支架与本体制作成一体结构，增加强度。

（2）在空压机支架前端增加两处固定点，增加固定强度。

（3）在存在严重变形趋势的位置增加加强筋，增强抗变形强度。

1.2.4 优化后空调压缩机支架模态分析

对优化后零件进行重新进行CAE模态分析，经计算一阶

模态为278Hz，大于理论计算的200Hz，且在动态载荷下的变形趋势明显减弱，满足要求。

2 结束语

CAE模态计算对空调压缩机支架的动态载荷进行了分析，通过分析结论对零件结构进行合理的优化，可以看出经过优化后的空调压缩机支架模态由140Hz提高到278Hz，大于二阶频率220Hz，避免发生共振现象，有效的提高了空调压缩机支架的工作可靠性，在发动机设计中可大大缩短零件设计周期。

参考文献

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[2] 谭继锦.汽车有限元法[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3] 高卫民，王宏雁.汽车结构分析有限元法[J].汽车研究与开发，2000.