螺桿壓縮機結構模態分析

摘 要 文章通過對車用空調壓縮機皮帶輪高速運轉過程中的徑向及軸向跳動間隙進行模態分析，得出帶輪在約束條件下的各階模態。該結果對螺桿壓縮機的優化可有效地控制振動、減小噪聲輻射，并提高運行可靠性，為動力學分析和結構的優化設計提供可靠地理論依據。

關鍵詞 螺桿壓縮機 模態分析 皮帶輪 帶輪約束

中圖分類號：TH455 文獻標識碼：A

0 引言

空調壓縮機中的螺桿壓縮機得到普遍廣泛的應用，螺桿壓縮機采用內壓縮、強制排氣，能夠連續輸氣、壓力穩定，且排氣量不隨排氣壓力變化，無喘振。螺桿壓縮機變容積比變壓比通過滑閥調節，且轉速高、排溫低、效率高。螺桿壓縮機運行的低噪聲、高可靠性是當前技術發展及市場競爭條件下， 各個生產廠家努力的目標。為獲得合理的結構設計，螺桿壓縮機強度及系統振動的預測和控制就顯得尤為重要。過去采用經驗類比和靜態設計方法， 難以保證殼體結構設計的合理性。隨著有限元結構動、靜力學分析技術和邊界元聲學分析技術的推廣應用， 聲、振預測技術， 作為先進的動態、優化設計方法已在結構的工程設計中顯示出越來越重要的作用。本文將在螺桿壓縮機設計中， 皮帶輪進行模態分析， 對車用空調壓縮機皮帶輪高速運轉過程中的徑向及軸向跳動間隙進行模態分析，得出模態分析結果，為空調螺桿壓縮機合理設計優化提供依據。

1 計算方案

在不考慮實際零部件（產品）制造加工（裝配）工藝以及精度的情況下，皮帶輪對其內部線包之間間隙的影響因素有三個，即：帶輪受靜載的變形，受外力激勵后皮帶輪自有振動以及高速運轉的離心力引起的變形。

由機床加工類的相關文獻可以查得，離心力引起的變形非常小，同時變形的趨勢是向外變形，而不是我們關心的內部變形，故此因素可以忽略。

對于外力激勵造成的皮帶輪的約束情況下的振動，主要是由于皮帶的驅動轉速引起。故計算帶輪在約束條件下的各階模態是否在皮帶轉速的工頻范圍內，若在其范圍內，此問題就較為復雜，要算在某階激勵信號下的變形情況，否則只需考慮有皮帶的張緊力給帶輪造成的變形。

2 帶輪約束邊界的固有頻率計算

2.1 模型簡化

結構上使用提供的數模，幾乎不需要簡化，只考慮帶輪單獨結構即可，見圖1所示。

2.2 材質屬性

2.3 接觸與固結

單個零件，不考慮接觸情況。

2.4 網格單元

皮帶輪網格單元選用C3D4，網格長度為0.5～1mm，總體尺寸為1mm，三角皮帶接觸處的齒形部分網格為0.5mm，合計劃分出300042個節點，1424581個單元。如圖2所示。

2.5 模態算法選擇

選用ABAQUS/STANDARD求解器中的振型疊加法的拉格朗日算法對頻率特征值以及振型進行計算。

2.6 皮帶輪約束模態頻率特征值

皮帶輪的一階模態為1702Hz，如圖3所示。

3 結論

通過帶輪模態結果分析，由3.7-3.8結果分析可以，帶輪一階模態為1702Hz，提供的最高轉速為9000r/min ，即轉動造成的激振頻率為900Hz，為帶輪一階模態的一半左右，0～9000r/min轉速之間不會激振起帶輪的自有振動。故無需分析帶輪的動態特性等問題。

參考文獻

[1] 王國強.實用工程數值計算模擬技術及其在ANSYS上的應用[M].西安：西北工業大學出版社，1999：86-93.

[2] GB /T 19410-2008螺桿式制冷壓縮機[S].

[3] 傅志方，華宏星.模態分析理論與應用[M].上海：上海交通大學出版社，2002.

[4] 邢子文.螺桿壓縮機——理論、設計及應用[M].北京：機械工業出版社，2000.

[5] 陶建幸，丁厚明，楊勝梅.空調聲質量評估技術的研究與應用[J].振動測試與診斷，2001.21（3）：214-219.

[6] 張雪華.基于虛擬技術的裝載機工作裝置的仿真分析[J].機械工程與自動化，2010（2）：40-42.

[7] 基于有限元分析軟件ANSYS71 0 的結構設計[M].北京：石油工業出版社，2003：245-250.