車用定排量搖擺式活塞壓縮機NVH性能優(yōu)化

范晶晶

摘 要：文章概述了車用定排量搖擺式活塞壓縮機的工作原理，以及市場應用對于該產品的主要集中抱怨——NVH問題，通過分析鎖定問題根源，并針對性地提出優(yōu)化方案進行設計、驗證和實現(xiàn)產品NVH性能的升級，使產品更具市場競爭力。

關鍵詞：車用定排量搖擺式活塞壓縮機；NVH；齒輪防旋副；導向桿式防旋副

中圖分類號：U467 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）12-41-04

Abstract： This article describes working principle of the fixed displacement wobble plate compressor on vehicle， with its main complaints focus on NVH from market application. To solve this problem and reduce complaint， the source of NVH problem is confirmed through analysis. And the solution is proposed and verified to be effective for NVH improvement， which makes product more competitive in market.

Keywords： the fixed displacement wobble plate compressor on vehicle； NVH； anti-rotation gear pair； guide rod type anti-rotation

CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-41-04

引言

現(xiàn)階段，車用制冷壓縮機，大多是由發(fā)動機輸出功率直連驅動，通過控制面板開關控制電磁離合器的吸合，使得壓縮機工作（壓縮制冷劑），配合整個空調系統(tǒng)的運作達到制冷的目的。其中，定排量搖擺式活塞壓縮機，因其產品性能穩(wěn)定、技術成熟、成本低廉、市場驗證充分等諸多因素，目前仍舊為全球車用制冷壓縮機主要產品類型之一。隨著時代和科技的進步，汽車行業(yè)的規(guī)范，人們對于生活質量提升的需求，對于車用空調的性能評判，除了傳統(tǒng)溫降能力、溫降速度、溫控的要求外，對其工作噪音也提出了要求，因此有了對于空調系統(tǒng)，尤其是壓縮機方面NVH（聲功率、振動、脈動）性能的研究和相關技術標準。

1 車用定排量搖擺式活塞壓縮機

1.1 工作原理

車用定排量搖擺式活塞壓縮機，由機體部件和電磁離合器兩大部分組成，其中機體部件由前缸蓋、汽缸體、后缸蓋三大外部壓鑄件，以及內部若干零件組成，核心工作部件為主軸斜盤部件、行星盤部件、推力軸承副、齒輪防旋副，見圖1。當電磁離合器（吸盤）吸合后，吸盤通過與皮帶輪之間的靜摩擦力保持與皮帶輪同步轉動，帶動主軸斜盤部件開始轉動，進而使得行星盤搖擺。通過防旋齒輪副的嚙合，行星盤在搖擺過程中不會產生周向的旋轉，活塞呈往復式運動，實現(xiàn)單側（后缸蓋側）的吸氣和排氣過程。吸氣腔和排氣腔通過氣路氣孔的設計以及密封件的作用完全隔離開，吸排氣口布置于后缸蓋上。由于斜盤角度固定，因此每轉排量固定，故為定排量壓縮機。

1.2 市場應用中集中抱怨的NVH問題

上汽大眾生產的普桑，是第一款國內引進的整車車型，也是一款相當經(jīng)典的車型，其選用的就是定排量搖擺式活塞壓縮機?——SE5H14。在此之后，國內的一些其他整車廠在乘用車、商用車上相繼使用SE5H14及其它排量的定排量搖擺式活塞壓縮機進行配套。在早期的市場反饋上，主要是以制冷性能及壓縮機耐久失效的故障為主。由于壓縮機屬于機械運動件，工作時不免發(fā)出機械噪音，且這類噪音伴隨著開啟空調即會出現(xiàn)，相比于其它故障模式更頻繁，更容易在使用的早期發(fā)生，而噪音的主管評判又會因人而異，使得市場上對于NVH問題的關注程度逐日上升，對于NVH問題的抱怨呈集中化的出現(xiàn)，尤其在高轉速的情況下。該類問題的突出，極大限制了定排量搖擺式活塞壓縮機在市場競爭中整車上的應用，特別是乘用車市場，逐步呈現(xiàn)產品邊緣化的趨勢。

2 NVH問題源的確定——齒輪防旋副

構成空調系統(tǒng)工作時產生NVH問題的原因，主要如圖2所示。

我們選取市場配套使用量較大，且抱怨比較嚴重的大眾普桑車型上的SE5H14壓縮機，通過對于部分反饋NVH問題的返回件進行臺架測試、數(shù)據(jù)采集（表1及圖3.1、3.2、3.3、3.4），并依照某NVH標準判別，我們發(fā)現(xiàn)，壓縮機的聲功率較大，且超標幅度較大，為客戶抱怨的噪音主要來源，而振動與脈動均達到標準要求。

因此我們將噪音改進的方向聚焦在壓縮機自身工作時的機械噪音，其中包括有活塞的往復運動、吸排氣閥片的開閉、主軸斜盤的轉動、齒輪副的嚙合等動件的工作。我們特別注意到了齒輪副的嚙合——只有在搖擺式的活塞壓縮機中才會出現(xiàn)的結構，而其它的動件在其他結構的活塞式壓縮機中也有一樣或者類似的運用，但卻沒有被大量集中抱怨有NVH問題。同時，結合國內對于齒輪這類零件在材料、加工工藝、設備上都相對落后，若采用進口設備成本又較高，致使零件無法達到理想的尺寸及配合精度，工作狀態(tài)不佳的現(xiàn)狀，我們將噪音源鎖定在“齒輪副的嚙合”上。

既然齒輪副零件本身的改進空間不大，于是我們嘗試尋求能夠替代其功能的其它結構。在借鑒和比對現(xiàn)有技術后，我們考慮采用導向桿式防旋副來替代齒輪防旋副，其結構圖見圖6，在氣缸體上壓裝導向桿，通過導向球、滑履與行星盤之間的萬向級配合，使行星盤在搖擺過程中完成對活塞的往復運動同時，僅在軸向上產生滑移，不會軸向旋轉，起到了和原來齒輪副同樣的防旋作用。該結構目前在變排量搖擺式活塞壓縮機中已有大量使用，屬于成熟技術。為此，我們對變排量搖擺式活塞壓縮機SE5V16在相同條件下進行了先行性試驗，試驗結果見表2和圖7，可以看到，其噪音水品整體優(yōu)于SE5H14壓縮機，基本上可以達到標準要求，且高速下差異較大。

4 樣機試制及驗證

采用導向桿式防旋副對定排量搖擺壓縮機進行重新設計，并試制零件裝配樣機進行單體試驗驗證，試驗結果見表3和圖8。

可以看到，改進后的定排量搖擺式活塞壓縮機SE5H14，為便于區(qū)分，更名為SE5W14，其NVH性能與SE5V16相當，基本可以達到標準要求，比原來的SE5H14在高轉速情況下有較大幅度的聲功率下降，在低轉速時也有小幅優(yōu)化。同時，我們對改進后的SE5W14壓縮機按照原產品標準進行了其他試驗的驗證，確認其符合標準。

壓縮機單體驗證后，我們進行了實車裝配驗證和評估，并跟蹤使用情況。在上海大眾的協(xié)助下，對部分售后普桑車型（兩輪共計30臺）進行了改進后壓縮機的更換，主觀評估客戶方面一致認為整體NVH性能有所改善，尤其高速情況下改進明顯，認同改進效果。同時，根據(jù)后續(xù)使用情況的跟蹤，壓縮機的性能方面也沒有問題，耐久性得到了50000公里以上里程的驗證。

最終產品實現(xiàn)了批量切換。

5結語

以解決終端客戶對于整車空調開啟后的NVH抱怨為目標，通過對定排量活塞式搖擺壓縮機SE5H14產品的分析和研究，將問題根源確定為齒輪防旋副。相應得對其進行大膽設計改進，經(jīng)由壓縮機單體驗證及整車驗證，有效提升了產品NVH性能，改進后產品得到客戶的認可并完成配套切換。此舉不僅降低了客戶抱怨，其更深遠的意義在于本次產品結構上改進的二次開發(fā)，使得該類產品長久以來存在的NVH問題得到了解決，加大了同其他產品在項目爭取及配套上的競爭優(yōu)勢，從客戶角度重新樹立了對于使用定排量活塞式搖擺壓縮機的信心，產品的生命周期得以延續(xù)。

參考文獻

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