汽车空调斜盘式固定排量压缩机动平衡分析

1汽车空调斜盘式固定排量压缩机动平衡分析王元礼黎晓燕牡丹江富通汽车空调有限公司摘要:目前汽车空调所用压缩机主要有固定排量压缩机和变排量压缩机，那么这两种压缩机大都是斜盘式压缩机，斜盘式固定排量压缩机占压缩机总产量的80%。本文在理论分析的基础上，分析了斜盘式固定排量压缩机工作时的动不平衡量产生的原因和解决方法，并得出了一些规律性的结论，为产品开发提供了依据。关键词：斜盘式固定排量压缩机运动学和动力学动平衡前言：随着人们对汽车乘坐舒适性要求的提高，汽车空调已经成为乘用车和一部份商用车的必须配置。而斜盘式固定排量压缩机由于体积小、重量轻、结构简单、工作转速高、加工工艺成熟、故障率低并且价格便宜等诸多优点成为各种车型的首选压缩机。本文通过分析建立活塞的运动方程式继而推导出速度、加速度方程式，利用所建立的方程式来计算活塞和斜盘的惯性力和惯性力力矩，分析斜盘式固定排量压缩机工作时的动不平衡量产生的原因和解决方法。压缩机动平衡问题的理论分析图示是10缸斜盘式固定排量压缩机的结构示意图。压缩机的基本构件包括皮带轮、驱动盘、电磁线圈、主轴、斜盘、活塞、缸体、前盖、后盖，五个活塞均布在斜盘的两侧。工作原理；压缩机皮带轮与汽车发动机曲轴皮带轮相连接，没有启动空调开关，压缩机皮带轮与发动机一起旋转压缩机不工作，当启动空调开关时，压缩机通过驱动盘和皮带轮的连接带动主轴上斜盘旋转带动活塞直线往复运动，在左右两端缸体的底部配置有吸排气阀片，当活塞往复运动时同时在其两端交替进行吸气和排气过程，从而实现了双向作用。压缩机活塞的惯性力和力矩压缩机的动不平衡量由两部分组成，一部分是五个活塞在气缸内往复运动时产生的惯性力和力矩；另一部分是压缩机斜盘的回转离心惯性力矩。对于均布的活塞，尽管同一时刻每个活塞的惯性力和力矩不同，但从整体上分析，所有活塞往复运动产生的合惯性力和合力矩是有规律性的。为了分析计算惯性力和力矩首先需要建立活塞的直线运动方程式，继而求出活塞图12的直线运动的速度和加速度。将斜盘与主轴的夹角定为β，汽缸中心至主轴中心线的距离R为有效回转半径，把斜盘上位于有效回转半径上的各点与斜盘中心连线，将这些中心连线称为旋转向径，从垂直于斜盘的方向看，这些旋转向径的端点是一个椭圆。其短半轴为R，长半轴为βsinR，方程为22sinR⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛βx+22Ry=1。视图中是将由一个活塞处于内止点时，主轴转角为零。因为压缩机工作时活塞不旋转只做往复直线运动而斜盘旋转运动。为了便于计算，假定斜盘不旋转而活塞以逆时针旋转，转角为θ=ωτ。当活塞转角为零时，活塞位于斜盘上A点，此时的旋转向径ρ=OA与主轴轴线的夹角β，旋转向径OA在与主轴轴线上的投影为OB，如图2所示OB=OAββsincosR==Rβtanc，当活塞转动ωτθ=角时，活塞位于斜盘上A'点，此时的旋转向径ρ=OA'，旋转向径ρ在Y轴上投影为O'A',O'A'与主轴轴线方向的夹角仍为β，O'A'在主轴上的投影为OB',OB'=OAρωτ=cosβωτconcos，旋转向径ρ在斜盘面上是一椭圆，在以活塞分度圆上又是以R为半径的圆柱面。椭圆方程；22sinR⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛βx+22Ry=1。()1圆方程；θρcos=x()2θρsiny=()3联立上述三个方程式；1Rsinsincos2222=+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛22θρβθρR+2222Rsincosβθρ1Rsin22=2θρy'AA'oxθβ'AoxBA'BO图23=+22θρβθρ222sinsincos2Rθβθρ222sinsincosR+=本文选择的10缸斜盘式固定排量压缩机的斜盘倾角β=720，将θ=00和θ=900带入上式当θ=00ρ=1.0514R当θ=900ρ=R旋转向径ρ的数值是在R-1.0514R之间变化，为了简化计算和分析，假定ρ值不变化βρsinR=，那么0B'=βsinRβϑcoscos=Rθβcosctan由于OB=Rβctan所以活塞的行程X=0B-0B'=Rβctan-Rθβcosctan=Rβctan(1-ϑcos)（4）上式就是斜盘式固定排量压缩机活塞位移的方程式。对（4）式进行两次求导得出活塞的加速度的方程式；j=Rϑβωcosctan2(5)斜盘角速度ω=30nπ。下面我们讨论这种压缩机的轴向活塞惯性力的合力。惯性力G=mRϑβωcosctan2（6）m：单个活塞的质量这种压缩机有5个活塞所以我们计算5个活塞的轴向惯性力的合力Gh,Gh=G1+G2+G3+G4+G5（7）=mRϑβωcosctan2+mRcostan2βωc)72(0+ϑ+mRcostan2βωc(0144+ω)+mRcostan2βωc)216(0+ϑ+mRcostan2βωc)288(0+ϑ=mRβωtan2c｛cosϑ+cos)72(0+ϑ+cos(ϑ+1440)+cos)216(0+ϑ+cos)288(0+ϑ｝=mRβωtan2c｛cosϑ+cosϑ0072sinsin72cosϑ−+()036coscos−πϑ()036sinsin−−πϑ()036coscos++πϑ()036sinsin+−πϑ()0722coscos−+πϑ()0722sinsin−−πϑ｝=mRβωtan2c（+ϑcoscosϑ0072sinsin72cosϑ−036coscosϑ−036sinsinϑ−000072sinsin72coscos36sinsin36coscosϑϑϑϑ+++−）=mRβωtan2c（+ϑcos2cosϑ072cos036coscos2ϑ−）=mRβωtan2c()0036cos272cos21cos−+ϑ=mRβωtan2c()809.0*2309.0*21cos−+ϑ=mRβωtan2c()618.1618.01cos−+ϑ=0所以5个活塞的轴向惯性力的合力Gh=G1+G2+G3+G4+G5=0从上面的推导计算中可以得出下面的任意N列活塞的总往复惯性力的公式；Gh=mR∑=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−NN1i023601icosctanϑβω（9）4m：单个活塞和活塞一起运动的零件质量ϑ：主轴的转角ω：主轴的角速度β：斜盘与主轴的夹角N：活塞的列数R：活塞的分布圆半径因此只要是斜盘式固定排量压缩机活塞的列数大于1，这种压缩机的轴向活塞惯性力的合力等于零。活塞往复运动的惯性力矩下面的图中可以看出总往复惯性力虽然在主轴轴向等于零，但是它形成了往复惯性力矩，随着主轴的旋转,斜盘也形成了和活塞往复惯性力矩方向相反的惯性力矩。斜盘的惯性力矩是由于斜盘不与主轴垂直而形成偏心质量，在主轴旋转时斜盘的偏心质量产生了离心惯性力所形成的惯性力矩。它们随着斜盘倾角和主轴转速的增加而增大。因此，只要准确的设计斜盘的厚度以及选择斜盘的材料，就可以做到完全平衡活塞往复惯性力矩。结束语：对于斜盘式固定排量压缩机它的动平衡问题总结有以下几点：1，斜盘式固定排量压缩机的活塞是均匀分布在同一分度圆上，那么主轴向的往复运动惯性力等于零。2，活塞往复惯性力矩可以由斜盘的惯性力矩相平衡，只要准确的设计斜盘的厚度以及选择斜盘的材料，就可以做到完全平衡活塞往复惯性力矩。3，在进行活塞的设计时尽量选择轻型材料和尽量减小活塞的质量以减小活塞往复惯性力矩。PGGPP