客运车辆空调压缩机支架座的升级改造与应用

蔡扬明　江峰　沙文喜

摘要：为了避免空调压缩机支架座的固定螺栓频繁因金属疲劳而断裂，对它的整体结构进行了改动，从而优化它的整体强度。通过分析它的功能，确定它的性能需求，明确其结构组成上的部件，最后对其升级改造。经过升级改造后的空调支架座，整体强度明显增加，为车辆空调压缩机提供稳定的支撑。减振装置能够过滤大部分的冲击载荷，避免了固定螺栓因金属疲劳而断裂，实现支架座与车身能够可靠的连接，从而稳定承托空调压缩机机体。

关键词：空调压缩机;支架座;紧固螺栓;单自由度;减振装置

中图分类号：U469 文献标识码：A

0引言

车辆原空调压缩机支架座采用的是悬臂梁结构，支架座与发动机缸体是通过6支直径为10mm的螺栓连接固定，空调压缩机与支架座是通过4支直径为10mm的螺栓连接固定。空调压缩机动力皮带依靠一个皮带张紧轮实现皮带的预紧。

由于该车辆空调压缩机支架座弯梁与发动机机体的连接螺栓频繁因金属疲劳出现断裂的情况，为了在根本上改善这一状况，故对原车空调压缩机支架座进行升级改造。

1原支架座的影响与连接螺栓断裂的原因分析

当使用原支架座时，空调压缩机驱动皮带通过安装皮带张紧轮实现预紧功能，但是皮带张紧轮并不能吸收空调压缩机起动或关闭时的瞬时冲击。经过分析，原支架座是采用悬臂梁的形式，它的固定螺栓需要承受支架座自重以及空调压缩机总成的重力，需要承受动力皮带传递的拉力与弯矩，需要承受车身振动的瞬时冲击等。而且支架座与发动机机体的固定螺栓刚好处于应力集中的区域，固定螺栓极其容易因为金属疲劳而断裂。

由于没有配备适当的减振缓;中装置，当车辆发动机起动并带动皮带轮组转动，会产生极大的瞬时冲击力，并直接作用在空调压缩机皮带轮。此时，曲轴轴承以及相关联的固定螺栓，都会受到很大瞬时;中击，损害相当大，加快了固定螺栓的金属疲劳速度。

2升级改造后的空调压缩机支架座性能分析

改造升级后的空调压缩机支架座实物如图1所示。其组成部分包括：上翘板、转轴、轴座、下底板、弹簧组以及相应的固定螺栓。该支架座采用的是铰接结构形式，上翘板能够绕转轴左右转动30°，并与空调压缩机通过4组固定螺栓进行固定。

上翘板通过转轴与轴座相连，其中靠近空调压缩机皮带端并列安装2个轴座。因为该处承受皮带的拉力和弯矩，并列安装2个轴座能改善轴座与转轴接触面的受力条件，增加整体强度。轴座用螺栓（每个轴座需要4组固定螺栓）安装固定在下底板。支架座可以通过调整安装位置，或者调整空调压缩机安装位置，保持皮带轮组处于一个平面内。

同时考虑到功能需求，还设计增加了弹簧组减振装置，兼顾减振以及皮带组的预紧功能。对比原车皮带轮组，减少使用皮带张紧轮，整体的设计更加简单实用，后期的维护保养也更加简便，费用也相对减少。

2.1支架座的角度可调节

经过升级改造的支架座，通过松紧支架座弹簧组压紧螺母来调节支架座上翘板的角度（图2），实现改变压缩机皮带轮以及发动机曲轴皮带轮的中心距，为传动皮带的裝配以及更换提供可操作的空间。由于空调压缩机是通过皮带传动的，必须设置预紧装置，保证皮带的张紧度，确保皮带紧贴皮带轮组并正常传动。通过松紧支架座弹簧组压紧螺母可以调节支架座弹簧伸缩量，从而间接调节皮带的张紧度，保证皮带平稳可靠带动空调压缩机工作。

2.2支架座弹簧组的缓冲作用

支架座弹簧采用双弹簧结构（大套小），2个弹簧的劲度系数（k）以及螺旋方向不一致，但自由高度（H）一致，以防止弹簧出现共振的情况，同时保证传动皮带张紧力稳定在工作值，进而确保皮带能够可靠带动空调压缩机工作。

2.3空调压缩机的重心偏置

空调压缩机安装固定在支架座上翘板时，空调压缩机重心偏置在支架座转轴的左侧，使压缩机与上翘板在仅受重力的情况下，围绕转轴倾向左侧（图3）。这时，空调压缩机皮带轮与发动机皮带轮的中心距最小。当安装好减振弹簧组时，不断拧紧弹簧压紧螺母，上翘板围绕转轴顺时针转动。

此时，上翘板相当于一个杠杆，转轴为支点，压缩机的重力作用于左端，向下;减振弹簧张力作用在右端，也是向下。上翘板在整个转动过程，空调压缩机重心始终偏置在支架座转轴的左侧，上翘板的右翼始终压紧减振弹簧组。当上翘板顺时针转动到最大角度时，空调压缩机皮带轮与发动机皮带轮的中心距最大。

依靠支架座弹簧组的缓;中作用，空调压缩机曲轴以及轴封承受的交变载荷减少，使用寿命得以延长，大大降低了车辆空调系统的维修保养费用，提高了空调压缩机运行的可靠性以及经济性，间接提高了公司的经济效益。

2.4三种情况下的支架座的受力分析

空调压缩机是由车辆发动机直接通过皮带轮组传动的，车辆发动机皮带轮的速度与空调压缩机皮带轮的线速度是一致的。车辆在不同的运行情况下，发动机的功率是变化的，而车辆发动机的转速同样随着功率的变化而变化，空调压缩机的实际运行转速也是变化的。

（1）当发动机未起动时，支架座仅受静力载荷，受到皮带的拉力、弯矩作用，以及压缩机的重力和减振弹簧组的弹力作用。

（2）当发动机运转但未开启空调系统时，空调压缩机皮带轮组空转，但压缩机不工作，支架座受到皮带的拉力、弯矩，以及压缩机的重力和减振弹簧组的弹力。此时由于发动机运转的振动传递到支架座，支架座承受了多方向的振动。支架座通过翘板转轴结构，利用减振弹簧组吸收竖直方向的振动。

（3）当发动机运转并开启空调系统时，压缩机开始工作。由静止到运转的过程，皮带的拉力会突然增加并传递到支架座上，使压缩机与上翘板整体逆时针转动一定的角度。支架座受到的皮带拉力、弯矩以及压缩机的重力和减振弹簧组的弹力更大。此时，发动机运转的振动以及压缩机工作的振动都会传递到支架座。支架座通过翘板转轴结构，利用减振弹簧组吸收竖直方向的抖动。

通过分析，铰接式支撑座比悬臂梁式支撑座能更好地满足性能需求，可靠性更强，更加适宜用作客运车辆空调压缩机支架座。

3结束语

通过对原车空调压缩机支架座升级改造，改善了支架座的受力结构，同时减少皮带涨紧轮使用，提高了空调压缩机运行的稳定性。对于客运车辆空调压缩机支架座的选取，铰接式支撑座比悬臂梁式支撑座能更好地满足性能需求，可靠性更强。选取承受动载荷以及静载荷的总成的载具时，应该考虑装置运行时是否会产生振动，对应的载具应该具有缓冲装置，用以减少对载具固定螺栓的应力。通过皮带轮组传动的总成，应该具备预紧以及调节皮带轮之间中心距的装置，而且要保证皮带挠度值尽量小。