汽车空调斜盘式固定排量压缩机动平衡分析

图1
工作，当启动空调开关时，压缩机通过驱
动盘和皮带轮的连接带动主轴上斜盘旋
转带动活塞直线往复运动，在左右两端缸体的底部配置有吸排气阀片，当活塞往复运
动时同时在其两端交替进行吸气和排气过程，从而实现了双向作用。
压缩机活塞的惯性力和力矩
压缩机的动不平衡量由两部分组成，一部分是五个活塞在气缸内往复运动时产生
（7）
= mRω 2 ctan β cosϑ + mRω 2c tan β cos (ϑ + 720 ) + mRω 2c tan β cos (ω + 1440 )+
mRω 2c tan β cos (ϑ + 2160 ) + mRω 2c tan β cos (ϑ + 2880 ) =mRω 2c tan β ｛ cos ϑ + cos (ϑ + 720 ) + cos ( ϑ +144 0 ) + cos (ϑ + 2160 ) + cos
椭圆方程； x 2
+ y 2 =1。 (1)
⎜⎜⎝⎛
R sin β
⎟⎟⎠⎞ 2
R2
圆方程； x = ρ cosθ (2)
y = ρ sinθ (3)
联立上述三个方程式；
ρ 2 cos2 θ + ρ 2 sin2 θ = 1
⎜⎜⎝⎛
R sin β
⎟⎟⎠⎞2
R2
ρ 2 cos2 θ sin 2 β + ρ 2 sin 2 θ = 1
(ϑ + 2880 ) ｝
= mRω 2c tan β
( ) ( ) ｛ cos ϑ + cos ϑ cos 720 − sinϑ sin 720 + cosϑ cos π − 360 − sinϑ sin π − 360 ( ) ( ) ( ) ( ) + cosϑ cos π + 360 − sinϑ sin π + 360 + cosϑ cos 2π − 720 − sinϑ sin 2π − 720 ｝
的动不平衡量产生的原因和解决方法。
压缩机动平衡问题的理论分析
图示是 10 缸斜盘式固定排量压缩机的结
构示意图。压缩机的基本构件包括皮带
轮、驱动盘、电磁线圈、主轴、斜盘、活
塞、缸体、前盖、后盖，五个活塞均布在
斜盘的两侧。
工作原理；压缩机皮带轮与汽车发动机曲
轴皮带轮相连接，没有启动空调开关，压
缩机皮带轮与发动机一起旋转压缩机不
塞的加速度的方程式； j=Rω 2 ctan β cosϑ (5)
斜盘角速度ω = π n 。 30
下面我们讨论这种压缩机的轴向活塞惯性力的合力。
惯性力 G=mRω 2 ctan β cosϑ
（6）
m：单个活塞的质量
这种压缩机有 5 个活塞所以我们计算 5 个活塞的轴向惯性力的合力 G h ,
G h =G 1 +G 2 +G 3 +G 4 +G 5
sin β 的旋转向径 ρ =OA ' ，旋转向径 ρ 在 Y 轴上投影为 O ' A ' ,O ' A ' 与主轴轴线方向的夹角仍 为 β ，O ' A ' 在主轴上的投影为 OB ' , OB ' =OA cosωτ = ρ cosωτ con β ，旋转向径 ρ 在斜 盘面上是一椭圆，在以活塞分度圆上又是以 R 为半径的圆柱面。
前言：随着人们对汽车乘坐舒适性要求的提高，汽车空调已经成为乘用车和一部份商
用车的必须配置。而斜盘式固定排量压缩机由于体积小、重量轻、结构简单、工作转
速高、加工工艺成熟、故障率低并且价格便宜等诸多优点成为各种车型的首选压缩机。
本文通过分析建立活塞的运动方程式继而推导出速度、加速度方程式，利用所建立的
方程式来计算活塞和斜盘的惯性力和惯性力力矩，分析斜盘式固定排量压缩机工作时
下面的图中可以看出总往复惯性力虽然在主轴轴向等于零，但是它形成了往复惯 性力矩，随着主轴的旋转,斜盘也形成了和活塞往复惯性力矩方向相反的惯性力矩。
斜盘的惯性力矩是由于斜盘不与主轴垂直而形成偏心质量，在主轴旋转时斜盘的 偏心质量产生了离心惯性力所形成的惯性力矩。它们随着斜盘倾角和主轴转速的增加 而增大。因此，只要准确的设计斜盘的厚度以及选择斜盘的材料，就可以做到完全平 衡活塞往复惯性力矩。
的惯性力和力矩；另一部分是压缩机斜盘的回转离心惯性力矩。对于均布的活塞，尽
管同一时刻每个活塞的惯性力和力矩不同，但从整体上分析，所有活塞往复运动产生
的合惯性力和合力矩是有规律性的。
为了分析计算惯性力和力矩首先需要建立活塞的直线运动方程式，继而求出活塞
1
的直线运动的速度和加速度。
将斜盘与主轴的夹角定为β，汽缸中心至主轴中心线的距离 R 为有效回转半径，
= mRω 2c tan β （ cosϑ + cos ϑ cos 720 − sinϑ sin 720 − cosϑ cos 360 − sinϑ sin 360 − cosϑ cos 360 + sinϑ sin 360 + cosϑ cos 720 + sinϑ sin 720 ） = mRω 2c tan β （ cosϑ + 2 cos ϑ cos 720 − 2 cosϑ cos 360 ）
汽车空调斜盘式固定排量压缩机动平衡分析
王元礼 黎晓燕
牡丹江富通汽车空调有限公司
摘要:目前汽车空调所用压缩机主要有固定排量压缩机和变排量压缩机，那么这两种 压缩机大都是斜盘式压缩机，斜盘式固定排量压缩机占压缩机总产量的 80%。本文在 理论分析的基础上，分析了斜盘式固定排量压缩机工作时的动不平衡量产生的原因和 解决方法，并得出了一些规律性的结论，为产品开发提供了依据。 关键词：斜盘式固定排量压缩机 运动学和动力学 动平衡
( ) = mRω 2c tan β cosϑ 1 + 2 cos 720 − 2 cos 360
= mRω 2c tan β cosϑ(1 + 2 * 0.309 − 2 * 0.809) = mRω 2c tan β cosϑ(1 + 0.618 −1.618)=0
所以 5 个活塞的轴向惯性力的合力 G h =G 1 +G 2 +G 3 +G 4 +G 5 =0 从上面的推导计算中可以得出下面的任意 N 列活塞的总往复惯性力的公式；
∑ G
h
=mR ω
2
ctan⎣
−
⎜⎜⎝⎛
i−
1
360 N
0
⎟⎟⎠⎞⎥⎦⎤
（9）
3
m：单个活塞和活塞一起运动的零件质量 ϑ ：主轴的转角 ω ：主轴的角速度 β ：斜盘与主轴的夹角 N：活塞的列数 R：活塞的分布圆半径
因此只要是斜盘式固定排量压缩机活塞的列数大于 1，这种压缩机的轴向活塞惯 性力的合力等于零。 活塞往复运动的惯性力矩
ρ = R ，那么 0B ' = R cosϑ cos β =R ctan β cosθ 由于 OB=R ctan β
sin β
sin β
所以活塞的行程 X=0B-0B ' = R ctan β -R ctan β cosθ = R ctan β (1- cosϑ ) （4）
上式就是斜盘式固定排量压缩机活塞位移的方程式。对（4）式进行两次求导得出活
PP
G
G
P
结束语：对于斜盘式固定排量压缩机它的动平衡问题总结有以下几点： 1，斜盘式固定排量压缩机的活塞是均匀分布在同一分度圆上，那么主轴向的往 复运动惯性力等于零。 2，活塞往复惯性力矩可以由斜盘的惯性力矩相平衡，只要准确的设计斜盘的厚 度以及选择斜盘的材料，就可以做到完全平衡活塞往复惯性力矩。 3，在进行活塞的设计时尽量选择轻型材料和尽量减小活塞的质量以减小活塞往 复惯性力矩。
4
R2
R2
2
ρ 2 cos2 θ sin 2 β + ρ 2 sin 2 θ = R 2
ρ=
R
cos2 θ sin 2 β + sin 2 θ
本文选择的 10 缸斜盘式固定排量压缩机的斜盘倾角 β =72 0 ，将θ =0 0 和θ =90 0 带入上
式当θ =0 0 ρ =1.0514R 当θ =90 0 ρ =R 旋转向径 ρ 的数值是在 R-1.0514R 之间变化，为了简化计算和分析，假定 ρ 值不变化
把斜盘上位于有效回转半径上的各点与斜盘中心连线，将这些中心连线称为旋转向
径，从垂直于斜盘的方向看，这些旋转向径的端点是一个椭圆。其短半轴为 R，长半
轴为 R ，方程为 x 2
sin β
⎜⎜⎝⎛
R sin β
⎟⎟⎠⎞ 2
+ y 2 =1。 R2
y
A
A
A'
A'
x
θ
βO
o
x
B B'
o'
图2
视图中是将由一个活塞处于内止点时，主轴转角为零。因为压缩机工作时活塞不旋转 只做往复直线运动而斜盘旋转运动。为了便于计算，假定斜盘不旋转而活塞以逆时针 旋转，转角为θ =ωτ 。当活塞转角为零时，活塞位于斜盘上 A 点，此时的旋转向径 ρ =OA 与主轴轴线的夹角 β ，旋转向径 OA 在与主轴轴线上的投影为 OB，如图 2 所示 OB=OA cos β = R =R c tan β ，当活塞转动θ = ωτ 角时，活塞位于斜盘上 A ' 点，此时