【摘 要】
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空调系统作为汽车核心装置,可提供舒适的驾驶环境,降低驾驶员疲劳强度。压缩机是制冷系统的心脏,其中旋叶式压缩机是一种新型回转式压缩机,具有部件少、转速高、效率高、成本低等优点,被广泛应用于中小排量汽车空调系统中。在实际工作过程中,压缩机转子高速运转,叶片与转子槽、叶片与缸体接触冲击易诱发机体振动,引起外场辐射噪声,影响乘车舒适性;叶片与缸体型线、叶片与转子间的接触冲击、磨损磨耗也会影响压缩机寿命与压
【基金项目】
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重庆市技术创新与应用发展专项项目“旋叶式压缩机多场耦合激励机理及噪声优化研究”(项目编号:cstc2019jscx-msxm X0038);
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空调系统作为汽车核心装置,可提供舒适的驾驶环境,降低驾驶员疲劳强度。压缩机是制冷系统的心脏,其中旋叶式压缩机是一种新型回转式压缩机,具有部件少、转速高、效率高、成本低等优点,被广泛应用于中小排量汽车空调系统中。在实际工作过程中,压缩机转子高速运转,叶片与转子槽、叶片与缸体接触冲击易诱发机体振动,引起外场辐射噪声,影响乘车舒适性;叶片与缸体型线、叶片与转子间的接触冲击、磨损磨耗也会影响压缩机寿命与压缩效率。因此,开展旋叶式压缩机缸体型线设计与动态接触激励研究,对阐明旋叶式压缩机叶片与缸体动态接触激励机理,降低压缩机振动噪声,提高压缩机寿命与压缩效率具有重要的理论意义与实际工程应用价值。本文以旋叶式压缩机为研究对象,建立叶片、缸体型线数学解析模型与压缩机多刚体运动学数值模型,研究叶片偏距、叶片数量对叶片运动学特性影响规律,揭示叶片运动机理;进而,基于刚柔耦合动力学理论,建立旋叶式压缩机柔性叶片、刚性转子与缸体多刚柔耦合动力学模型,将基元腔压力测试数据以无质量块形式耦合至柔性叶片、背压腔压力施加于叶片背部作为力学边界条件,研究旋叶式压缩机多刚柔耦合动力学特性;而后,在原简谐-圆弧曲线的缸体型线基础上,基于等距曲线包络原理,推导并计算新型缸体型线,研究新型压缩机叶片运动学、动力学特性及容积效率等压缩机性能指标;最后,从工况参数和结构参数等两个方面入手,研究了旋叶式压缩机动力学特性在不同转子转速、背压力和叶片数目、叶片偏距及叶片头部结构等参数下的变化规律。主要研究内容如下:(1)基于等距曲线包络原理,建立旋叶式压缩机叶片、缸体型线数学模型,推导并计算叶片位移、速度与转子转角的关联规律,与多刚体运动学数值解对比,验证模型的合理性,并研究叶片偏距、叶片数对叶片运动学特性影响规律;(2)基于刚柔耦合动力学理论,建立旋叶式压缩机柔性叶片、刚性转子与缸体多刚柔耦合动力学模型,将基元腔压力测试数据以无质量块形式耦合至柔性叶片、背压腔压力施加于叶片背部作为力学边界条件,研究旋叶式压缩机多刚柔耦合动力学特性,阐明压缩机动态接触激励机理;(3)在原简谐-圆弧曲线的缸体型线基础上,基于等距曲线包络原理,将叶片头部圆弧圆心运动的轨迹曲线视为缸体型线,设定升程曲线速度、加速度在圆弧曲线的起点、终点为零,推导并计算新型缸体型线,研究新型压缩机叶片运动学、动力学特性及容积效率;(4)基于旋叶式压缩机多刚柔耦合动力学模型,研究工况参数和结构参数对压缩机动态接触激励的影响规律,揭示旋叶式压缩机转子转速、背压力和叶片数目、叶片偏距及叶片头部结构等参数与压缩机动态接触激励间的关联关系。
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