CN110688777B - 压缩机隔振脚垫设计方法、隔振脚垫及空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩机隔振脚垫设计方法、隔振脚垫及空调器。所述的压缩机隔振脚垫设计方法包括：以脚垫硬度和结构尺寸为变量，计算压缩机‑脚垫隔振系统的轴向振动固有频率和脚垫轴向压缩量，得到压缩机低频运行时的隔振特性，根据所述脚垫轴向压缩量和所述隔振特性值与限值的比较，给出脚垫硬度的设计推荐值。采用本发明提出的寻优设计方法能同时满足隔振特性限值和脚垫压缩量限值要求，提高压缩机脚垫的设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及减震技术领域，尤其涉及一种压缩机隔振脚垫设计方法、隔振脚垫及包含该隔振脚垫的空调器。
背景技术
压缩机是空调系统的核心部件，也是空调主要的振动噪声源。为了减弱压缩机本体对空调器的振动，隔离压缩机载荷向压缩机安装板以及连接管路的传递，在压缩机底支撑脚与安装底板之间都会设置隔振脚垫。目前常用的压缩机隔振脚垫设计主要从结构和硬度两方面控制，使其达到理想的减振效果，其材质多为三元乙丙橡胶、天然橡胶或丁腈橡胶。在选择脚垫硬度时不仅要满足压缩机-脚垫隔振系统的隔振特性，还要满足脚垫压缩量的限值要求。
现有隔振脚垫的设计在同时满足隔振性能要求和压缩限值要求条件下无法给出脚垫的硬度推荐值，导致设计出的脚垫往往会顾此失彼。
发明内容
本发明提出一种压缩机隔振脚垫设计方法、使用该方法设计的隔振脚垫及包含该隔振脚垫的空调器，以解决现有技术中存在的在满足脚垫隔振性能要求和压缩量限值要求两个条件下无法给出脚垫硬度推荐值的技术问题。
本发明提出一种压缩机隔振脚垫设计方法，包括：以脚垫硬度和结构尺寸为变量，计算压缩机-脚垫隔振系统的轴向振动固有频率和脚垫轴向压缩量，得到压缩机低频运行时的隔振特性值，根据所述脚垫轴向压缩量和所述隔振特性值与限值的比较，给出脚垫硬度的设计推荐值。
所述轴向振动固有频率按下式计算：
式中：N为脚垫个数，nd为动态系数，ks为脚垫的静态刚度，m为压缩机总重量。
当脚垫的材料为丁腈橡胶时，动态系数nd＝1.5:2.5。
当脚垫的材料为三元乙丙橡胶时，动态系数nd＝1.2:2.8。
所述脚垫轴向压缩量按下式计算并应小于限值：
式中：m为压缩机的总质量，N为脚垫个数，ks为脚垫的静态刚度，δlim为脚垫轴向压缩量限值。
所述隔振特性值为压缩机最低频率运行时，隔振系统频率比，λ＝fmin/fd，式中：fmin为压缩机的最低频率，fd为所述轴向振动固有频率。
优选地，所述隔振系统频率比应大于等于下限值。
在一实施例中，本发明提出的隔振脚垫设计方法包括以下步骤：
步骤1.输入压缩机总重量、运行频率范围、脚垫个数、脚垫轴向压缩量限值、材料的硬度范围；
步骤2.输入脚垫结构尺寸，初选脚垫最低硬度；
步骤3.计算脚垫轴向压缩量、压缩机-脚垫隔振系统轴向固有频率，和压缩机稳定运行最低频率点的频率比；
步骤4.判断压缩机是否为变频压缩机，如是，则转步骤5；如否，则转步骤6；
步骤5.判断脚垫的压缩量是否小于限值且频率比是否大于等于下限值b，如是，则保存硬度值至矩阵A中；如否，则转步骤7；
步骤6.判断脚垫的压缩量是否小于限值且频率比是否大于等于下限值a，如是，则保存硬度值至矩阵A中，如否，则转步骤7；
步骤7.判断脚垫硬度是否达到上限值，如否，则将脚垫硬度值加1，返回步骤2；如是，则转步骤8；
步骤8.判断矩阵A是否为空，如为空，则返回步骤2，调整脚垫的结构尺寸；如不为空，则输出脚垫硬度推荐矩阵A。
本发明还提出一种空调器，所述空调器的压缩机脚垫采用上述方法设计的隔振脚垫。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提出的空调压缩机脚垫隔振特性的寻优设计方法能同时满足压缩机-脚垫隔振系统的隔振特性和脚垫压缩量的限值两个要求。
2.采用本发明提出的空调压缩机脚垫隔振特性的寻优设计方法，可以提高压缩机脚垫的设计效率。
3.采用本发明提出的空调压缩机脚垫隔振特性的寻优设计方法，有利于改善空调压缩机导致的壳体振动噪声问题，以及管路运行应力应变超标问题。
附图说明
图1为本发明提出的设计方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
本发明提出一种空调压缩机隔振脚垫硬度的寻优设计方法，该方法以脚垫硬度为自变量，以压缩机脚垫压缩量限值和压缩机-脚垫隔振系统的固有频率最大限值为边界条件，寻优给出合适的脚垫硬度设计值。
本发明提出的空调压缩机隔振脚垫硬度的寻优设计方法流程图如图1所示。该实施例中，以普通环柱形橡胶隔振脚垫为例对本发明设计方法进行详细的说明。
设压缩机运行频率范围为[fmin,fmax]，支承压缩机的脚垫个数为N，脚垫材料邵氏硬度范围[HAmin,HAmax]，假设压缩机与脚垫组成的隔振系统中，压缩机为刚体，则由动力学基本知识可得隔振系统的轴向振动固有频率为：
式中：nd为动态系数，是动态刚度与静态刚度之比。
当脚垫材料为丁腈橡胶时，动态系数nd＝1.5:2.5。当脚垫材料为三元乙丙橡胶时，动态系数nd＝1.2:2.8。不同硬度脚垫材料的动态系数nd具体值可通过试验确定，形成数据库。
ks为脚垫的静态刚度。参考科学出版社，2019出版，作者为黄辉的《滚动转子式制冷压缩机噪声与振动》，第403页，脚垫的静态刚度表达式为：
式中：n为环柱形脚垫受压面积与自由面积之比，n＝(D-d)/4h0，D为环柱形脚垫的外径，d是内径，h0为脚垫的承载高度(压缩机底脚放在脚垫上，接触面至脚垫底面的距离为承载高度，比脚垫的高度要小)。
Es是橡胶材料的静态弹性模量，橡胶模型采用工程中广泛采用的Mooney-Rivlin模型，则Es与橡胶材料硬度的关系式：
式中：HA为脚垫材料的邵氏硬度。
对于复杂变截面柱形脚垫，可以沿其高度方向由下到上将其划分为若干近似圆柱体，每个圆柱体的刚度均可按照公式(2)确定，然后复杂变截面柱形脚垫的静态刚度按照刚度串联关系为：
式中：
hi为各段高度。
压缩机脚垫的压缩变形量应满足下式：
式中：m为压缩机的总重量，δlim为脚垫压缩量限值。脚垫压缩量限值就是放置压缩机之后，脚垫的最大压缩量不允许超过这个限定值。压缩量限值设计中一般选2mm，压缩机规格书中通常会标出。
从隔振特性方面要求隔振系统轴向振动的固有频率越小越好。一般对运行最低频率与这个固有频率的比值有个最小值要求。
压缩机最低频率运行时，隔振系统频率比λ＝fmin/fd应满足：
式中：频率比的下限值a＝[2.5,4]，b＝[1.2,2.5]，具体值由经验确定。
当a或b取下限值可获得脚垫硬度的上限值。上限值一般小于材料硬度的最大值。
按照图1所示的流程图可以通过编程语言实现本发明的空调压缩机脚垫隔振特性的寻优设计方法。
综上所述，本发明的核心在于：提出一种空调压缩机隔振脚垫隔振特性的寻优设计方法，对于任意柱状脚垫，以脚垫硬度和结构尺寸为变量，计算压缩机-脚垫隔振系统的固有频率，兼顾脚垫在压缩机低频运行时的隔振特性和脚垫轴向压缩量的限值要求，针对不同结构尺寸，寻优给出合适的脚垫硬度设计值。
在图1所示的实施例中，本发明提出的隔振脚垫设计方法包括以下步骤：
步骤1.输入压缩机总重量、运行频率范围、脚垫个数、脚垫轴向压缩量限值、材料的硬度范围；
步骤2.输入脚垫结构尺寸，初选脚垫最低硬度；
脚垫硬度选择基于两点，太软了压缩量会超过限定压缩值，太硬了隔振系统的固频又会超过限定值频率值，因此，通常会给出脚垫硬度的上、下限值。
步骤3.计算脚垫轴向压缩量、压缩机-脚垫隔振系统轴向固有频率，和压缩机稳定运行最低频率点的频率比；
步骤4.判断压缩机是否为变频压缩机，如是，则转步骤5；如否，则转步骤6；
步骤5.判断脚垫的压缩量是否小于限值且频率比是否大于等于下限值b，如是，则保存硬度值至矩阵A中；如否，则转步骤7；
矩阵A是一个数组，存储所有符合条件的脚垫硬度值。
步骤6.判断脚垫的压缩量是否小于限值且频率比是否大于等于下限值a，如是，则保存硬度值至矩阵A中，如否，则转步骤7；
步骤7.判断脚垫硬度是否达到上限值，如否，则将脚垫硬度值加1，返回步骤2；如是，则转步骤8；
步骤8.判断矩阵A是否为空，如为空，则说明当前脚垫结构尺寸不合理，返回步骤2，调整脚垫的结构尺寸；如不为空，则输出脚垫硬度推荐矩阵A。
矩阵A是一个数组，存储所有符合条件的脚垫硬度值。如果对于给定尺寸参数情况下没有符合判别条件的硬度值，矩阵就会是空数组。推荐的硬度是一个值或者是一个硬度值范围。
对于任意复杂柱状隔振脚垫，可快速通过本发明寻优方法给出脚垫硬度的推荐值，使其满足脚垫的隔振性能和压缩值的限值要求，提高压缩机脚垫设计效率。
此外，根据本发明方法设计的隔振脚垫可改善空调压缩机致壳体振动噪声问题和管路应力应变超标问题。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种压缩机隔振脚垫设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.输入压缩机总重量、运行频率范围、脚垫个数、脚垫轴向压缩量限值、材料的硬度范围；
步骤2.输入脚垫结构尺寸，初选脚垫最低硬度；
步骤3.计算脚垫轴向压缩量、压缩机-脚垫隔振系统的轴向固有频率，和压缩机稳定运行时最低频率点的频率比；
步骤4.判断压缩机是否为变频压缩机，如是，则转步骤5；如否，则转步骤6；
步骤5.判断脚垫轴向压缩量是否小于脚垫轴向压缩量限值且频率比是否大于等于变频压缩机的下限值b，如是，则保存硬度值至矩阵A中；如否，则转步骤7；
步骤6.判断脚垫轴向压缩量是否小于脚垫轴向压缩量限值且频率比是否大于等于定频压缩机的下限值a，如是，则保存硬度值至矩阵A中，如否，则转步骤7；
步骤7.判断脚垫硬度是否达到上限值，如否，则将脚垫硬度值加1，返回步骤2；如是，则转步骤8；
步骤8.判断矩阵A是否为空，如为空，则返回步骤2，调整脚垫的结构尺寸；如不为空，则输出脚垫硬度设计推荐矩阵A。
2.如权利要求1所述的隔振脚垫设计方法，其特征在于，所述轴向振动固有频率按下式计算：
式中：N为脚垫个数，
为动态系数，
为脚垫的静态刚度，m为压缩机总重量。
3.如权利要求2所述的隔振脚垫设计方法，其特征在于，当脚垫的材料为丁腈橡胶时，动态系数
。
4.如权利要求2所述的隔振脚垫设计方法，其特征在于，当脚垫的材料为三元乙丙橡胶时，动态系数
。
5.如权利要求1所述的隔振脚垫设计方法，其特征在于，所述脚垫轴向压缩量按下式计算并应小于限值：
式中：m为压缩机的总重量，N为脚垫个数，
为脚垫的静态刚度，
为脚垫轴向压缩量限值。
6.如权利要求1所述的隔振脚垫设计方法，其特征在于，所述压缩机稳定运行时最低频率点的频率比按下式计算：
，式中：fmin为压缩机的最低频率，fd为所述轴向振动固有频率。
7.如权利要求6所述的隔振脚垫设计方法，其特征在于，对于定频压缩机，所述隔振系统频率比应大于等于下限值。
8.一种压缩机隔振脚垫，其特征在于，所述隔振脚垫采用权利要求1-7任一项所述的隔振脚垫设计方法设计。
9.一种空调器，其特征在于，所述空调器的压缩机脚垫采用权利要求8所述的隔振脚垫。
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