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某房车空调压缩机悬置系统的仿真、优化与试验研究

孙亮  
【摘要】:空调压缩机作为房车的主要激励源,其内部转子旋转运行过程中存在气体力、气体力矩和旋转质量不平衡惯性力等多种激励力(矩),使压缩机不断地产生振动和噪声,从而严重影响了房车内部乘客的休息舒适度和驾驶者的驾乘舒适性。空调压缩机悬置系统隔振性能的优劣对房车NVH性能有着直接影响,因此进行压缩机悬置系统的优化设计,对提升房车NVH性能有着重要的意义。本文采用理论分析、仿真优化设计与试验测试结合的方法对压缩机悬置系统进行研究。第一部分,介绍本文所研究的滚动转子式压缩机的发展历程并归纳总结国内外学者对其减振降噪问题的研究成果。学习汇总国内外在悬置系统优化设计方面的相关成果。第二部分,简述滚动转子式压缩机的组成结构,并进行激励力分析。了解悬置系统的设计要求,确保后续的优化设计符合规范。建立悬置系统的力学与数学模型,为获取系统的固有特性打下基础。对常用的几种解耦方法和单自由度系统的隔振理论进行简要阐述,为悬置系统的优化设计提供可靠的理论依据。第三部分,进行悬置系统的振动噪声摸底试验。通过整车振动噪声测试,分析得到空调运行全工况下的整车振动噪声的主要频率成分,并发现空调启停阶段,整车在7.2Hz和22.5Hz处存在短暂振动峰值。在模块振动噪声测试中,压缩机本体同样存在7.2Hz和22.5Hz处的短暂振动峰值,与整车分析结果一致。结合模态试验结果知,压缩机在7.2Hz和22.5Hz处存在共振现象,二者分别与压缩机悬置系统的Z向和RXX向的固有频率吻合。第四部分,获取建立压缩机悬置系统所需的各类参数。分别利用MATLAB编程和ADAMS仿真得到压缩机悬置系统的固有特性,分析表明原悬置系统的固有频率分布不够合理并且系统存在较为严重的耦合现象,严重影响了悬置系统的隔振性能。第五部分,采用能量解耦法,选取系统能量解耦度最高为目标函数,以四个悬置的三向刚度作为设计变量,并加以固有频率和刚度等约束条件,采用遗传算法进行优化。利用ADAMS软件进行仿真,对压缩机悬置系统优化前后的固有频率、能量解耦度及悬置处支反力进行对比,结果表明优化方案确实可行。考虑到压缩机启停时的共振现象,将橡胶-弹簧-橡胶式结构的悬置元件改为纯橡胶式结构,并完成结构尺寸设计,同时进行了刚度和强度的校核,确保悬置元件满足使用条件。通过整车试验验证,表明本文的优化使得车内测点在启动工况下的振动峰值减小47%以上,稳态工况下的振动减小21%以上,停机工况下的振动峰值减小38%以上,有效解决了实际工程问题。最后,将本文的优化设计与三种工程探索性试验对比分析,为以后的优化设计研究提供一定的参考。


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