空调用转子压缩机摩擦噪声产生机理的有限元研究

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空调运行时产生的噪声不仅会使其舒适性大打折扣,还会给人们的身心健康造成很大的危害,因此,空调的噪声问题一直是很多学者讨论的热门话题。现行的研究通常会针对空调中的噪声源采取相应的措施来实现减振降噪的目的,而压缩机作为空调中的主要噪声源之一,对其噪声问题进行研究具有重要意义。本文以摩擦系统的模态耦合机理为理论基础,发展了一种利用有限元分析软件对空调压缩机的摩擦噪声进行预测的方法,可以较为真实地对压缩机工作状态下的受力和振动情况进行模拟,并能较为准确地预测出系统发生不稳定振动时的主频率,主要的研究内容如下:(1)使用销—盘试验机对转子压缩机中几个关键摩擦副的摩擦系数进行了测量,并在测量前对试验机中的扭矩传感器作了标定,确定了传感器输出电压和输入扭矩间的关系曲线。试验结果表明摩擦副在干摩擦状态下的摩擦系数会明显高于油润滑状态下的摩擦系数,当压缩机因缺少必要的清理和维护而使内部的润滑环境变得很差时,其摩擦副间的摩擦力就会变大,就更容易激发系统的不稳定振动和噪声。(2)由于有限元模型中的边界条件对模型的计算结果具有非常重要的影响,因此本文还对压缩机中的运动部件作了动力学分析,确定了这些部件的受力和运动情况,并将分析结果添加到有限元模型中。由于对压缩机进行动力学分析时需要求解系统的运动微分方程,因此作者使用Matlab语言编写了有关的程序文件并作了计算,当用到相应的数据时只需将程序的计算结果导出即可。(3)在ABAQUS软件中建立了压缩机摩擦系统的复特征值分析模型,并分别对曲轴和法兰间的摩擦系数、法兰的刚度以及阻尼环参数的变化对模型计算结果的影响进行了研究。分析结果表明,随着摩擦系数的增加,摩擦力向系统输入的能量逐渐变大,当摩擦系数达到临界值时,系统开始出现不稳定振动;适当减小法兰的刚度会使法兰与曲轴间的摩擦力大幅度下降,当摩擦力向系统输入的能量不足以激发系统的不稳定振动时,系统就会保持稳定;阻尼环的引入可以明显地抑制摩擦系统的不稳定振动,使系统中原本为负的等效阻尼比变成正值;当摩擦系统失稳时,系统切向振动和法向振动的频率是相同的,这表明系统的切向振动和法向振动发生了耦合,模态耦合是导致系统出现不稳定振动和噪声的重要原因。(4)在ABAQUS软件中建立了压缩机摩擦系统的瞬时动态分析模型,瞬态分析可以将很多非线性因素引入到有限元模型中,其分析结果也与实际情况更加符合。虽然瞬态分析模型在时域上的动态响应与实测数据间存在一定的误差,但这些误差并不会对瞬态分析的结果造成很大的影响,且瞬态分析的结果表明,当系统发生不稳定振动时,下法兰的切向振动和法向振动发生了耦合,这与系统复特征值分析得出的结论是一致的。文中还尝试对压缩机摩擦系统的瞬态分析结果作了短时傅里叶变换,并与实测数据的时频分析结果进行了对比,结果表明摩擦系统的不稳定振动通常会发生在系统运行周期的前半段,这与压缩机实际运行中的情况相符。
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