汽车空调压缩机的可靠性试验

第 １卷 第 ２ ２ 期 ２０１２年 ４月
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汽 车 空 调 压 缩 机 的 可 靠 性 试 验 ＊
田旭 东Ｄ
摘 要
黄 承 宏
张 秀平 Ｄ 王 汝金 ＂ 姚 勇Ｄ
使用 。
提高产品的可靠性需要从 产品的设计和制造
角度 人手 ， 品 可 靠 性 的改 进 需 要 有 相 应 的 测 试 产 和验 证手 段 ， 即通 过 测 试 和验 证 获 取 产 品 的 相 关 技术数 据 ， 拟 产 品 在 实 际应 用 场 合 下 的运 行 情 模 况和 环境 条 件 ， 而 在 产 品 的开 发 和 研 制 阶 段 验 从
作者简介 ： 田旭东 ， 学士 ， 副院长 ， 教授级高级工程师 ， 主要从事制冷空调产品的性能及可靠性 测试分 析技术研究 。
第 ２期
田旭 东 等 ： 汽车空调压缩机的可靠性 试验
动 机驱 动 的 压 缩 机 来 说 ， 门和 车 速 的 变 化 会 传 油 递 到压 缩机 ， 而对 制 冷 系 统 的循 环 产 生 影 响 ； 从 汽
Ｒｅ ｉ ｂ ｌｔ ｅ ｔｏ ｕ ｏ ｏ ｉ ｅ ａ ｒ ｃ ｎ ｉｉ ｎ ｎｇ ｃ ｍ ｐ ｅ ｓ ｒ ｌａ ｉｉｙ ｔ ｓ ｆ ａ ｔ ｍ ｔｖ ｉ－ ｏ ｄ ｔｏ ｉ ｏ ｒ ｓ ｏ ｓ
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（ 压缩机技术国家重点实验室）
” 合肥通用机械研究院） （
介 绍汽 车空调压缩机的发展过程 ， 对汽车空调压 缩机的可靠性试 验和评价 的基础理论 、 试验方 法
以及试验设备的技术特征进行论述 。根 据行业的发展情况 ， 探讨该产 品可靠性试验 设备 的发展趋 势 ， 以期 为从事汽车空调及其压缩机的设计 、 制造和试验人员提供参考 。 关键词 汽车空调 ； 制冷压缩机 ； 可靠性评价 ； 加速寿命试验
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（ ｆｉ ｎ ｒ ｌ ａ ｈ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｔ ｔ ） Ｈｅｅ Ｇｅ ｅ ａ ｃ ｉｅ ｙ Ｒｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉｕ ｅ Ｍ ’ Ｎａ ｉｎ ｌ ｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｆＣｏ ｐ ｅ ｓ ｒＴｅ ｈ ｏｏ ｙ （ ｔ ａ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ 、 ｍ ｒ ｓ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ） ｏ Ｋ ＡＢ ＴＲ Ｓ ＡＣＴ Ｔｈ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｐ ｏ ｅ ｓｏ ｕ ｏ ｏ ｉｅ ａｒｃ ｎ ｉ ｏ ｉｇ ｃ ｍ ｐ ｅ ｓ ｒ ｓｄ 。 ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｒ ｃ ｓ ｆａ ｔｍ ｔｖ ｉ— ｄｔ ｎ ｎ ｏ ｒ ｓ ｏ ｓｉ ｅ —ｏ ｉ － ｓ ｒｂ ｄ，ｈ ａ ｉ ｈ ｏ ｙ ｏ ｅｉｂ ｌ ｙ ｔｓ ｎ ｖ ｌａ ｉｎ，ｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｎ ｅ ｈ ｉａ ｅ — ｃｉ ｅ ｔ ｅ ｂ ｓｃｔ ｅ ｒ ｆｒ ｌ ｉ ｔ ｅ ｔａ ｄ ｅ ａｕ ｔｏ ｔ ｓ ｔ ｏ ｓａ ｄ ｔ ｃ ｎｃ ｌｌａ ａ ｉ ｔ ｒ ｓｏ ｅｔｅ ｕｐ ｅ ｔａ ｅｄ ｓｕ ｓ ｄｉ ｅａｌ Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｔ ｅａ ｔ — ｕ ｅ ｆｔｓ ｑ ｉｍ ｎ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ ． ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｕ ｏ ｍｏ ｉｅａｒｃ ｎ ｉ ｏ ｉｇ ｉ ｄ ｓｒ ｔ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｒｎ ｆｔ ｅｒｌ ｂ ｌ ｙ ｔｓ ｑ ｉｍｅ ｔｉ ｔ ｉ—ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｎ ｕ ｔｙ，ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｔｅ ｄ ｏ ｈ ｅｉ ｉｔ ｅ ｔｅ ｕｐ ｎ ｓ ｖ ｉ ａ ｉ
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可靠 性 工 程 学 上 ， 了 通 过 加 速 寿 命 试 验 获 为
得准确 的数据 ， 加速而又“ 真实” 地暴露产 品的失 效 模式 ， 效地 反 映产 品或 零 件 的 可 靠 性 特征 量 ， 有
在 确定 前述 的加 速 寿 命试 验 形 式 之 前 必 须 考 虑 如
下 几个 问题 ： ２ １ 选 择加 速 变量 ．
后果 要 比性 能降 低严 重 ， 靠性 问题 一般 要在 压缩 可 机经过 较长时 间的运转或碰 到特殊 的运行条件 后才
能体现出来 ， 因此更加难以在研制阶段发现。
完 成车用 空 调压 缩 机 可 靠 性 评估 是 非 常 困难
的， 这是 因为寿命周期 内的产 品试验需要 花费大
量 的时 间 和 消耗 大 量 的 材 料 ， 能 获 得 相 关 的 数 才 据 。 因此 ， 常 只 能 采 取 抽 样 试 验 的方 法 获 得 具 通 有 一定 可靠 度 的 可 靠 性 报 告 。例 如 ， 以 获 得 其 可 在某 一 时 间周 期 内无 故 障 工 作 的概 率 ， 能 根 据 只 这 些 资料 进 行 科 学 的 推 断 ， 行 点 估 计 或 区 间估 进 计 ［ ， 就需要 有 相应 的可 靠性 试验 技术 和 方法 。 ３这 ］ 根 据 施 加 在 产 品 上 影 响 作 用 的类 型 不 同 ， 可 靠性 试 验 可 分 为 数 种 ： 加 热 应 力 的试 验 称 为 热 施
试 验方法 。进 行 这 种 试 验 时 ， 要 深 入 分 析 产 品 需
的失 效模 式 （ 效 的外 部 表 现 ） 失 效 机 制 （ 致 失 和 导 产 品失效 的 内在 原 因 ）将 这 些 分 析 结 果 反馈 到 有 ， 关设 计 或 制 造 部 门 ， 产 品 的 可 靠 性 得 以 改 进 。 使 因此 ， 速 寿 命 试 验 是 验 证 产 品 可 靠 性 的行 之 有 加 效 的方法 ［ 。在 加 速寿命 试 验 中 ， ４ ］ 根据 应力 水平 改 变 的方式 不 同 ， 可 分 为 恒定 应 力 试 验 、 又 步进 应 力 试验 和序 进 应 力 试 验 等 ， 们 都 可 以特 定 的 应 力 它 特征 反 映产 品 内在 的适 应性 需求 。
寿命 模 型 ） 。一些 重要 的相 关应 力模 型 列举 如下 。 ２１ １ 温度模 型 ．． 阿 伦 尼 斯 公 式 （ ｒｅｉｓＲｅ ｔ ｎｈｐ Ｉ Ａｒｈｎｕ ｌ ｉ ｓｉ）］ ａｏ ｓ
如下 ：
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缩机性能严重下降 、 噪声异常甚至压缩 机失效 等 后果 。从设计角度来 说 ， 可靠性一般 与性能是有 冲突的， 提高压缩机 的可 靠性往往导致性 能的下 降。另外 ， 产品的可靠性具有一定的隐蔽性 ， 造成的
半个 多世 纪 至今 已 日臻 完 善 。与 此 同 时 ， 为 汽 作 车空 调装 置 的核 心 部 件—— 汽 车 空 调 压缩 机 也 得
到 了 良好 的 发 展 ， 生 了众 多 的产 品 种 类 。汽 车 诞
空 调压缩 机 的产 品 种 类 包 括 往 复 活 塞 式 、 塞 斜 活 盘式 、 回转 式 （ 叶 式 、 动 活 塞 式 、 杆 式 、 角 旋 滚 螺 三 转 子式 、 涡旋 式 等） ， 等 为适 应 新 时 期 的需 求 ， 型 新 汽 车空 调压缩 机 还在 不 断 地 开 发 、 研究 、 制 和投 试
车 的运 动性要 求产 品在 振 动 、 簸 、 斜 和 不 稳定 颠 倾 的情 况 下 ， 品能保 持 持 续 稳 定 的运 行 ； 于 由发 产 对
＊ 安徽省科技计划项 目 小型制冷空调产品能效与可靠性测试分析技术研究 ￣１ １ ０ ０ ０ １ ． 《 （０ ２ １ ６ ０ ） 收稿 日 ：０ ２０ —５ 期 ２ １—３ ０
证产品的各项性能 ， 提高产品的可靠性。
１ 可 靠 性评价 与试 验
Hale Waihona Puke 汽车空调 压缩 机 由于 自身应 用场 合 的特殊 性 ， 种不 足都 可 能会 引 发 局 部 零 件 的过 度 磨 耗 、 各
冷 冻机 油 的劣化 、 电器 的 烧毁 等 事故 ， 而 造成 压 从
实际上 ， 品在使用 中受 到的环境应力是 复 产 杂的， 比如会 同时受到 电应力 、 温度和振动等应力 的影 响 ， 是 这 些 应 力 的 综 合 效 果 影 响 了 产 品 的 正 寿命 。这就要求选择对主要失效机制有促进作用 的应 力条 件 ， 并且 这 种 应 力 要 易 于进 行 人 工 控 制 ， 有适宜的加速方程（ 多应力相对应 的常用加速 单／
老化 寿命 试验 ； 加 温度 、 度 应力 的试 验 称 为 贮 施 湿
ｔ ＝Ａ ・ｅ
（） １
式 中 ：为 时 间 ； 波尔 兹 曼 常数 ８ ６ ７１×１ ｔ ｋ为 ． １ ０
ｅ ／ Ｅ 为失效机构的激活能 （Ｖ）是从正常状 Ｖ Ｋ； ａ ｅ ，
态 向退 化状 态 的能 量 ； Ｔ为 热 力 学 温 度 （ ； 是 Ｋ）Ａ 常数 ， 由实 验确 定 。 汽 车空 调压 缩 机及 零 部 件 热 环 境 下 的 寿命 评 价 可归 于此 类模 型 。 ２ １２ 振 动模 型 ．．
振 动 一 般 会 对 产 品 产 生 紧 固件 松 动 、 线 摩 导 擦、 电触点间断、 构件疲 劳等影 响。振动疲 劳因应
存寿命试验 ； 施加机械应力 的试 验称 为疲 劳寿命 试验 ， 等等 。若 按施 加应 力 水平 的大 小来 分 ， 则 有 ： 加 正常应 力 （ 际 使 用 的水 平 或 技 术 文 件 中 施 实 规定的水平） 的试验 ， 为寿命试验 ， 称 超过 正常应 力 的试验称为加速寿命试验 。加速寿命试验是用
入 市场 ］ 。近 年来 ， 容 量 型 压 缩 机 的 出 现更 是 变
推 动 了产 品 的进 步 。各 类 主 要 汽 车空 调 压 缩 机 型 式 特点 对 比见表 １ 。
车 用 空 调 的 运 行 条 件 与 常 规 空 调 产 品不 同 ，
需 要适 应 汽 车 的运 动 性 、 车 发 动 机 转 速 变 化 带 汽 来 的影 响 以及 发 动 机 周 围环境 的高 温 等 特 点 。 汽
２ 加 速寿 命试 验 方案 的理 论基 础
车发动机工作时会散 出大量 的热量 ， 其周 围环境 的温度很 高 ， 一般都 有 ７ ０℃左右 ， 季会更 高 。 夏
所有 这 些 特 殊 性 ， 产 品 的 可靠 性 提 出 了 很 高 的 对 要求 ， 作 为 汽 车 空 调 系 统 主要 的 核 心 部 件 汽 车 而 空调 压 缩 机 ， 可 靠 性 将 决 定 整 个 空 调 系 统 的 其
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自 １４ 美 国 白卡 （ ａｋ ｒ） 司首 次 把 机 ９０年 Ｐ ｃａｄ 公
械制 冷应 用 于 车用 空 调 以来 ， 车 空 调 技 术 经 过 汽
表 １ 主 要 汽 车 空调 压 缩 机 型 式 特 征 对 比