活塞式壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)建模及優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓縮機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及活塞式壓縮機(jī)的減振技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓縮機(jī)作為家用電冰箱的動(dòng)力源和心臟，它的振動(dòng)與噪聲是家用電冰箱振動(dòng)與噪 聲的主要來源。壓縮機(jī)特殊的工作特性，使得壓縮機(jī)在工作過程中，不可避免的產(chǎn)生振動(dòng)與 噪聲。氣體動(dòng)力、機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電磁引起的振動(dòng)是壓縮機(jī)振動(dòng)與噪聲的主要來源。往復(fù)慣性 力和旋轉(zhuǎn)慣性力是由曲軸-連桿-活塞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的，它們是引起活塞式壓縮機(jī)機(jī)械 性振動(dòng)和噪聲的重要原因。當(dāng)受到振動(dòng)的零部件的固有頻率接近于慣性力的激振頻率的整 數(shù)倍時(shí)，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，使受振零部件發(fā)生劇烈的振動(dòng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)與噪聲。
[0003] 傳統(tǒng)壓縮機(jī)的支撐機(jī)芯和下殼體間的隔振彈簧組，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取彈簧組的剛度， 且采用相同剛度，但由于隔振系統(tǒng)的不規(guī)則形狀，使得隔振系統(tǒng)在兩組支撐彈簧上的質(zhì)量 分布并不相同。相同剛度的彈簧組不能很好的減弱機(jī)芯和下殼體之間的沖擊與振動(dòng)。
[0004] 而且彈簧的彈性系數(shù)過小或過大都會(huì)對壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)造成很大的影響。過小 會(huì)導(dǎo)致彈簧過軟，使彈簧很容易被壓縮，不僅不能有效支撐系統(tǒng)，也不能有效減小系統(tǒng)振動(dòng) (系統(tǒng)在激勵(lì)作用下會(huì)很容易使彈簧壓縮而觸碰外殼底部）。過大會(huì)導(dǎo)致彈簧過硬，使彈簧 很難被壓縮，不僅容易跳動(dòng)，而且減振效果也非常差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種活塞式壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)建模及優(yōu)化方法， 能克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，改善隔振系統(tǒng)的振動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)減振降噪。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：活塞式壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)建模及優(yōu)化方 法，包括以下步驟：
[0007] 1)將活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行剛體動(dòng)力學(xué)模型簡化，得到壓縮機(jī)三自由度隔振模型；
[0008] 2)簡化步驟1)的隔振模型，建立振動(dòng)方程；
[0009] 3)識(shí)別隔振系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算振動(dòng)力傳遞率；
[0010] 4)對隔振系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而對活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行減振降噪。
[0011] 所述步驟1)中對活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行剛體動(dòng)力學(xué)模型簡化具體是指：將壓縮機(jī)隔 振系統(tǒng)在空間中的運(yùn)動(dòng)簡化為X軸、Y軸和Z軸三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。
[0012] 壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)在空間中的三種運(yùn)動(dòng)：沿Z軸、X軸方向上的直線運(yùn)動(dòng)和相對質(zhì) 心繞Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，這三種運(yùn)動(dòng)存在相互耦合。由于fx(t)產(chǎn)生的沿X軸方向移動(dòng)與由 fx(t)產(chǎn)生的沿Z軸方向移動(dòng)和繞Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的耦合程度很小，將其簡化為Z軸方向上移 動(dòng)和繞Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的壓縮機(jī)二自由度隔振模型。忽略在X軸方向的運(yùn)動(dòng)，只考慮作用在 Z軸方向上的諧和激振力fz(t)(存在偏心距e)，沿Z軸方向作直線運(yùn)動(dòng)并相對質(zhì)心繞Y軸 轉(zhuǎn)動(dòng)。廣義坐標(biāo)相對應(yīng)設(shè)為z與Θ，廣義速度為！與I
[0013] 所述步驟2)具體包括以下步驟：
[0014] (1)將步驟1)的三自由度隔振模型簡化為沿Z軸方向作直線運(yùn)動(dòng)和相對質(zhì)心繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0015] (2)建立動(dòng)力學(xué)方程
*其中Τ表示隔振 系統(tǒng)的動(dòng)能、U表不隔振系統(tǒng)的勢能、D表不隔振系統(tǒng)的能量耗散函數(shù)，ρ」為廣乂激振力，qj、 #<廣義坐標(biāo)和廣義速度；
[0016] (3)分別計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)能T、勢能U、能量耗散函數(shù)D、廣義激振力p,并代入拉格朗 日方程式，得到隔振系統(tǒng)的有阻尼受迫振動(dòng)微分方程：
[0017]
[0018] (4)根據(jù)上式簡化為無阻尼二自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)方程，計(jì)算壓縮機(jī)隔振模態(tài) 參數(shù)。并利用噪聲與振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，經(jīng)過分析與處理 得到動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。實(shí)現(xiàn)理論計(jì)算法和振動(dòng)試驗(yàn)法相結(jié)合，相互驗(yàn)證，提高模態(tài)參數(shù)的精度 和準(zhǔn)確性。
[0019] 所述步驟3)是指：利用壓縮機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖得到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的物理參數(shù)：包括 如質(zhì)量m、質(zhì)心坐標(biāo)，裝配體中X軸方向上兩組彈簧的相對距離1，相對質(zhì)心距離lpl2，偏心 距e，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I。利用MATLAB等計(jì)算得到壓縮機(jī)二自由度隔振模型的2個(gè)固有頻率；在力 傳遞率的計(jì)算實(shí)例仿真中，推導(dǎo)出系統(tǒng)的力傳遞率表達(dá)式，計(jì)算出實(shí)際的力傳遞率Tb;進(jìn) 行各參數(shù)對力傳遞率的計(jì)算實(shí)例仿真，得到相應(yīng)圖形，從而得出各參數(shù)對力傳遞率的影響。
[0020] 所述步驟4)是指：選取支撐彈簧組的剛度為設(shè)計(jì)變量，以力傳遞率最小為目標(biāo)函 數(shù)，以避免共振等為約束條件，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：1、針對傳統(tǒng)活塞式壓縮機(jī)的往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力是是 引起壓縮機(jī)機(jī)械性振動(dòng)和噪聲的重要原因。為了避免當(dāng)受到振動(dòng)的零部件的固有頻率接近 于慣性力的激振頻率的整數(shù)倍而發(fā)生共振現(xiàn)象，本發(fā)明提出了一種壓縮機(jī)剛體動(dòng)力學(xué)簡化 模型，該模型可以有效反應(yīng)出各物理參數(shù)對系統(tǒng)力傳遞率的影響關(guān)系。2、相對于傳統(tǒng)活塞 式壓縮機(jī)的機(jī)芯和下殼體間的隔振彈簧組，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取剛度，且剛度相同的問題。3、相 對于傳統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別做法，本發(fā)明針對活塞式壓縮機(jī)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，通過理論計(jì)算法和 振動(dòng)試驗(yàn)法相結(jié)合，對壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別，并相互驗(yàn)證，了解其振動(dòng)特性。
[0022] 本發(fā)明在提出的動(dòng)力學(xué)模型上以剛度為優(yōu)化變量建立數(shù)學(xué)模型，采用優(yōu)化方 法-復(fù)合形法來求解最優(yōu)值，得到理想的彈簧組所需剛度，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的降噪減振目的。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的隔振系統(tǒng)簡化模型示意圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1、機(jī)芯，2、彈簧組，3、下殼體。
[0025]圖3是本發(fā)明的隔振系統(tǒng)模型運(yùn)動(dòng)分析示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步說明。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為 前提下進(jìn)項(xiàng)實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實(shí)施例。本實(shí)施例僅是對本發(fā)明的解釋，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可根據(jù) 需要對本實(shí)施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法 的保護(hù)。
[0027] 本發(fā)明的活塞式壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)建模及優(yōu)化方法包括以下步驟：
[0028] 1、對活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行了剛體動(dòng)力學(xué)模型簡化，將活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行剛體動(dòng)力學(xué) 模型簡化為沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)和繞Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的壓縮機(jī)二自由度隔振模型，并利用拉格朗 日方程建立壓縮機(jī)二自由度隔振模型的振動(dòng)方程。
[0029] (1)將活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行剛體動(dòng)力學(xué)模型簡化為z軸方向上移動(dòng)和繞Y軸方向轉(zhuǎn) 動(dòng)的壓縮機(jī)二自由度隔振模型。忽略在X軸方向的運(yùn)動(dòng)，只考慮作用在Z軸方向上的諧和 激振力fz(t)(存在偏心距e)，沿Z軸方向作直線運(yùn)動(dòng)并相對質(zhì)心繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。廣義坐標(biāo)相 對應(yīng)設(shè)為z與Θ，廣義速度為$與i如圖1所示。 yJL. 'P
[0030] 對于Z軸方向上的兩組彈簧1和2,彈簧剛度系數(shù)分別為ki、k2。當(dāng)彈簧未壓縮變 形時(shí)，質(zhì)體的質(zhì)心位于圖中〇點(diǎn)，因重心作用質(zhì)心下移〇'點(diǎn)，〇〇'距離為 Zst，并產(chǎn)生靜轉(zhuǎn)角 0st。在振動(dòng)的情況下，假設(shè)質(zhì)體的質(zhì)心移動(dòng)至0"點(diǎn)，0' 0"距離為Z，并產(chǎn)生擺動(dòng)角位移