鄭燦

摘 要：根據(jù)發(fā)動機出現(xiàn)的缸體裂紋情況，應(yīng)用模態(tài)測試方法和有限元方法，通過對空調(diào)壓縮機支架的模態(tài)分析，找出缸體裂紋的根本原因。

關(guān)鍵詞：空調(diào)壓縮機支架；模態(tài)測試；發(fā)動機激勵；共振

中圖分類號：U467 文獻標識碼：B 文章編號：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

壓縮機是大客車空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，可通過安裝支架固定在發(fā)動機上，或者固定在車架上，空調(diào)壓縮機支架的可靠性直接影響空調(diào)及發(fā)動機的正常工作。若是空調(diào)壓縮機固定在發(fā)動機上，空調(diào)壓縮機安裝支架在空調(diào)關(guān)閉時，主要受到發(fā)動機振動影響，在空調(diào)開啟時，還附加有空調(diào)壓縮機帶來的振動。這些震源產(chǎn)生的振動與空調(diào)壓縮機安裝支架的系統(tǒng)頻率（固有頻率）是否會產(chǎn)生共振，必須對空調(diào)壓縮機支架結(jié)構(gòu)進行有限元分析[1]，避免支架與發(fā)動機固有頻率發(fā)生共振，造成發(fā)動機缸體的損壞。

1 售后市場問題

售后市場反饋發(fā)現(xiàn)個別發(fā)動機的曲軸箱出現(xiàn)裂紋（第二檔曲軸箱出現(xiàn)橫向裂紋），如下圖所示：

產(chǎn)生裂紋的發(fā)動機均為空調(diào)壓縮機搭載在發(fā)動機上，如下圖所示：

經(jīng)對空調(diào)壓縮機及支架稱重：壓縮機重量為46kg，支架為28kg。

2 空調(diào)壓縮機及支架系統(tǒng)模態(tài)測試

2.1 空調(diào)壓縮機及支架系統(tǒng)振動分析

使用LMS TEST.LAB測試系統(tǒng)，對空調(diào)壓縮機及支架系統(tǒng)進行原地加速工況測試，測試結(jié)果見下圖：

同時在原地加速測試中，開關(guān)閉空調(diào)壓縮機情況下測試支架Y向振動加速度，測試結(jié)果如下圖：

測試結(jié)論：原地加速工況測試中，空調(diào)壓縮機支架系統(tǒng)存在明顯共振現(xiàn)象（48Hz），在關(guān)閉空調(diào)下空調(diào)壓縮機Y向振動加速度達到98mm/s，開空調(diào)狀態(tài)下Y向振動加速度達到108mm/s，為劇烈振動水平。

2.2 空調(diào)壓縮機支架系統(tǒng)DOS分析

從ODS分析可知，空調(diào)壓縮機支架系統(tǒng)48HZ工作變形主要是空調(diào)壓縮機支架左右擺動。

3 空調(diào)壓縮機及支架系統(tǒng)CAE分析

根據(jù)空調(diào)壓縮機支架的3D模型，通過有限元仿真軟件HYPERMESH對該支架進行有限元模態(tài)分析，并與實際的振動測試進行對比[2]。

支架材料特征如表1所示

由于該空調(diào)壓縮機支架為拼焊結(jié)構(gòu)，采用SHELL單元進行模擬，按圖11所示進行約束模態(tài)分析，一段約束六個自由度（模擬安裝在發(fā)動機上），支架上用均布質(zhì)量單元CONM2加載在支架安裝孔上。

計算的前六階模態(tài)結(jié)果為表2所示：

由CAE模態(tài)分析可知，該支架剛度較低，發(fā)動機在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)650RPM-1900RPM，都會激起空調(diào)壓縮機支架的二三階模態(tài)，產(chǎn)生共振，損壞發(fā)動機缸體[3]。根據(jù)經(jīng)驗，空調(diào)壓縮機支架系統(tǒng)的一階模態(tài)頻率應(yīng)大于發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生頻率的1.2倍，即114HZ。

此CAE分析所得到的最大能量二階頻率及振型與LMS設(shè)備錘擊法獲得的數(shù)據(jù)接近，認為該建模及分析方法是可行的。

4 結(jié)束語

本文針對售后市場出現(xiàn)的發(fā)動機缸體裂紋，運用LMS的模態(tài)測試及CAE分析的手段，得出了空調(diào)壓縮機搭載支撐結(jié)構(gòu)不合理，存在共振，振動大導(dǎo)致缸體的疲勞裂紋[4]。若采用搭載結(jié)構(gòu)，空調(diào)壓縮機支架系統(tǒng)的一階模態(tài)頻率應(yīng)大于114HZ。

參考文獻

[1] 管迪華.模態(tài)分析技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社.1995.

[2] 李自強，王會.空調(diào)壓縮機支架有限元分析[J] 汽車零部件.2016（08）.

[3] 仲冰冰，張龍，唐燕輝.汽車空氣壓縮機支架的模態(tài)分析[J].機械制造與自動化，2013，42（3）：94-96.

[4] 曹樹謙，張文德，蕭龍翔.振動結(jié)構(gòu)模態(tài)分析[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001：33-46.