冰箱压缩机气缸孔变形有限元分析

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在压缩机设计中，涉及到的压缩机性能、可靠性、振动以及噪声等都与压缩机零部件的变形有直接关系，因此，零部件的变形分析是压缩机研发过程中的重要-环。压缩机结构设计的不合理或螺钉预紧力选择不合理都会导致气缸孑L的变形。气缸孔变形对压缩机的泄漏、排油量及可靠性等都有重要影响。当压缩机气缸孔变形较大时，会导致工质的泄漏量增大，也会使压缩机的排油量增大。在可靠性方面，气缸孔变形大的发动机容易磨损缸套，还有可能导致气缸盖垫片密封失效，严重时会出现活塞卡死的现象。

收稿 日期：2012-12-192013年03期(总第239期)为制造出性能及可靠性优异的压缩机，必须开展气缸孔变形的研究及优化工作。本文对已实际生产的两种冰箱压缩机的缸头组件进行了有限元模拟计算，并在此基础上，通过实验验证了有限元计算结果的正确性，探讨了螺钉预紧力与气缸孔变形的关系。

2 气缸孔变形有限元分析2.1 实体建模在实体建模时，为了完整的反应气缸孔的受力状态，应对包括缸头在内的压缩机缸头组件整体建模。在装配过程中，缸头组件依靠螺钉预紧连接在-起，预紧力过大或者过小都会影响压缩机的正常工作。太大的螺钉预紧力使气缸孔圆度设计研究图9是样机Ⅱ气缸孔圆度变形放大图，图中黑色线是气缸孔原始的轮廓。

(2)不同预紧力的计算结果表 1是样机 I的气缸孔圆度在不同预紧力情况下的变化情况。

(3)不同工况的计算结果不同工况下样机 I气缸孔圆度的变化情况如表 2所示。

表 1 不同预紧力样机 I气缸孔圆度变化表预紧力/kN 5 10 15气缸孔圆度变化 / m 2.41 4.29 5.64表 2 不同工况样机 I气缸孔圆度变化表额定工况 过负荷 额定工况 过负荷工况工况 吸气 工况吸气 排气 排气气缸孔圆度 / m 4-32 4.12 4.18 4.114 实验验证4.1 实验测试测量不同螺钉预紧力对气缸孑L圆度的影响，可以验证有限元软件模拟出的结果与实际情况的差异，了解螺钉预紧力对气缸孔圆度的影响。

实验仪器采用气动测量仪和定做的测头，型号是 qfc，精度为 1 txm。气动量仪的测量原理是比较测量法，其测量方法是将不圆度信号转化为气流信号，通过有刻度的玻璃管内的浮标示值。

4.2 实验结果与计算值的比较本文气缸盖螺钉预紧力设置为5 kN，10 kN，15 kN，进行气缸孑L圆度测量。如表 3、4所示，从表中可以看出有限元计算值能够反映出缸头圆度变化的实际情况。样机 I气缸孔圆度受气缸盖螺钉预紧力影响较大。在相同气缸盖螺钉预紧力的情况下，样机Ⅱ气缸孔圆度明显比样机 I气缸表3 样机 I气缸孔圆度实验值与计算值预紧力 /kN ) lO l5实验值 /IXm 2.833 5 6.167计算值 /ixm 2.4l 4.29 5.64 表4 样机Il气缸孔圆度实验值与计算值预紧力/kN 5 10 l5实验值 /m 1 1.5 2-计算值 / m 0.33 1-35 1.78孔圆度变化小，这说明气缸孔圆度变化值的大小与气缸结构也有关。

5 结论本文以冰箱压缩机为研究对象，应用商用有限元软件分析了两种机型的冰箱压缩机气缸孔在不同情况下的变形情况。

有限元分析与实验表明，样机 I的气缸孔圆度受螺钉预紧力的影响较大，预紧力为 5 kN时，气缸孔圆度变化 2.4 1 Ixm；预紧力为 10 kN时，气缸孔圆度变化为4.29 m；预紧力为 13 kN时，气缸孔圆度变化为5.64 m。样机Ⅱ在预紧力 1O kN情况下，气缸孑L的圆度变形在 1.35 Ixm以下。

通过分析可知，气缸孔的圆度随着螺钉预紧力的增加，其变形跟着增大。当压缩机在不同工况下运行时，由于吸排气压力的影响，气缸孔的圆度也有变化。过大的螺钉预紧力使气缸孔圆度产生大的变化，影响压缩机的正常运行。预紧力太小则无法达到密封的要求，使制冷工质发生泄漏。因此，通过有限元计算，可以选用合适的预紧力，在保证密封的前提下使气缸孔的变形最小，这对压缩机的正常工作有着重要意义。，