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电动涡旋压缩机转子系统减振优化研究

李彦麟  
【摘要】:电动涡旋压缩机体积小、噪声低、结构紧凑,符合电动汽车空调的压缩机选型。在压缩机运转过程中,随着转子转速提升,压缩机振动越趋剧烈,降低整机性能。以往针对压缩机的研究分析仅考虑其运动学特性或动力学特性,且很少研究设计因素与转子特性的影响关系,本文分析了转子运动学特性和动力学特性,仿真分析转子参数化模型,找出各构件设计因素与转子运动学和动力学特性的影响关系,综合考虑转子运动学和动力学特性搭建转子系统近似模型,完成转子系统的减振优化研究,具体工作如下:基于电动涡旋压缩机的工作原理和转子系统的结构特性,完成转子系统动平衡设计,构建转子系统三维模型并导入多体动力学软件ADAMS,分析转子系统整体和主要构件的运动学特性,同时分析转速对转子系统运动学特性的影响;基于ADAMS软件搭建了转子系统的参数化模型,运用拉丁超立方采样方法在转子可行设计空间内采集样本点,仿真分析不同虚拟样机设计的转子运动学特性;基于模态分析理论和转子动力学理论搭建转子系统有限元分析模型,运用ANSYS Workbench软件仿真分析转子动力学特性,提取了转子系统的前六阶模态及振型图,并仿真分析转子系统坎贝尔图;运用Design Modular模块将转子系统各构件结构变量参数化,结合近似模型理论搭建转子动力学近似模型,基于ANSYS Workbench软件仿真分析近似模型的动力学特性,得到设计变量与转子动力学特性的影响关系及各设计变量间的交互关系;综合考虑转子系统的运动学和动力学特性,基于多学科优化软件ISIGHT建立了涡旋压缩机转子系统的近似模型,并完成近似模型精度检测,以转子质心位移偏移量为约束条件,以提高转子模态固有频率和轻量化为优化目标,运用ISIGHT软件优化模块在转子系统可行设计空间内寻找最优解,完成转子减振优化研究。通过对转子系统减振优化研究发现:在转子运动学特性的研究中,压缩机整机的质心偏移量为Y轴方向振幅最大值为0.63mm,Z轴方向振幅最大值为0.53mm;主轴承和副轴承在压缩机运转过程质心位移为0.055mm和0.052mm,受力为5432.94N和5126.66N,动盘轴承质心位移和受力较小;转子系统的振幅与转速呈线性关系,随着转速增大系统整体质心位移也随之增大;动涡盘、大平衡块、小平衡块三个构件都对转子系统振动偏移量产生影响,其中动涡盘影响程度最大,其Pareto贡献图中的贡献值为55.84%;在主轴承、副轴承、动盘轴承中,副轴承的轴承刚度对转子系统振动偏移量影响程度最大,其Pareto贡献图中的贡献值为84.58%,压缩机的减振优化设计中需着重注意动涡盘和副轴承的参数设置;在转子动力学特性研究中,转子系统在7200~12000r/min转速区间内存在一个共振点,临界转速为9997.8r/min,大平衡块质量对转子动力学特性影响程度最大;运用ISIGHT优化模块对转子多学科近似模型进行优化后,优化后转子系统质量由9.1154kg降低为8.9747kg,整体配重降低0.1407kg;模态固有频率由原始的455.37Hz提高到480.25Hz,完成电动涡旋压缩机转子系统的减振优化。


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