汽车空调涡旋压缩机静涡旋盘-气膜气浮支撑系统动态特性分析

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涡旋压缩机是一种借助压缩腔容积变化来实现气体压缩功能的涡旋流体机械,因其效率高、噪声低、结构简单、可靠性高等优点被公认为是最适合新能源汽车的压缩机机型。空调压缩机作为机械产品,使用时会因传动、环境以及气液流动等因素引起振动问题,直接影响整机的质量性能指标,从而在一定程度上影响汽车的驾驶质感。因此本文从分析汽车空调涡旋压缩机振动问题的诱因切入,针对涡旋压缩机轴向柔性补偿机构中静涡旋盘与径向泄漏气膜形成的气浮支撑系统,分析讨论径向泄漏气膜的动态特性及涡旋压缩机轴向自激振动诱发机理。论文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)静涡旋盘-气膜气浮支撑系统力学及振动模型和径向泄漏气膜数值求解模型建立。针对涡旋压缩机背压平衡技术,分别对动、静涡旋盘浮动的两种的轴向柔性补偿机构进行结构分析。建立了压缩腔渐开线泄漏线的等效环形路径模型及静涡旋盘-气膜气浮支撑单自由度系统振动模型。根据流体润滑基本理论,推导了径向泄漏气膜的稳态和动态Reynolds方程。通过引入无量纲量,将径向泄漏气膜稳态和动态Reynolds方程转化为无量纲形式,并给出无量纲方程的边界条件。(2)径向泄漏气膜稳态特性分析。采用Newton-Raphson法和有限差分法将稳态无量纲Reynolds方程化为有限差分迭代格式,用matlab编程数值求解得到径向气膜稳态压力分布,进而计算出各压缩腔气膜承载力及综合气膜承载力。稳态特性分析表明:0<θ<θ*时,综合气膜承载力随转角先增加后减小;θ=θ*时,由于第3压缩腔与吸气腔相通,泄漏通道数量的减少导致气膜支撑面积减小,则综合气膜承载力瞬时减小;θ*<θ<2π时,综合气膜承载力随转角增加而减小。(3)径向泄漏气膜动态特性分析。通过有限差分法分别将含径向泄漏气膜动态压力实部和虚部的Reynolds方程组转化为差分格式,带入稳态求解压力值,用matlab编程数值求解出实部和虚部压力,然后计算得到气膜动态刚度和动态阻尼。动态特性分析表明:任意压缩腔径向泄漏气膜的动态刚度和阻尼受其初始膜厚、轴向微扰动频率及动涡旋盘转速的影响。膜厚越大,径向泄漏气膜动态刚度和动态阻尼越小。轴向微扰动频率和动涡旋盘转速对径向泄漏气膜的动态刚度有较大影响,而对径向泄漏气膜的动态阻尼影响程度很小。涡旋压缩机工作时,气膜动态刚度出现负值,将导致系统产生自激振动,且膜厚增大系统越容易出现负刚度。系统高速运行时,系统将很少出现负刚度,可以有效避免系统自激振动。
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