江新军 冯杰
台州中际汽车零部件有限公司
1 汽车空压机的微振动现象
1.1 噪声与微振动
噪声产生声波，对舌簧阀片闭合有一定的影响，可能共鸣，可能振动传递，影响了充气系数。当转速2 500 r/min以上时，噪振声混合明显，相对波长较短，频率高，传递快。机内阀片，特别是舌簧阀片，其自身结构就是音频簧片的引用。他们在工作时既会各自产生声音，又会相互传递声波，产生微波动，从微观角度，影响了闭合。
噪声或微振动的发生，源于气体的压缩运动和进、排气时气流的声音和振动，源于机械动力的转动或润滑不足发生的声音和振动。通过声波和其他振动频率相互干涉，对缸体材料自身产生微颤动。振动和气动速度的不一致性、运动方向的不协调性，导致了阀片受力时而相向，时而反向，影响了充气效率。
噪声不仅影响产品性能，而且对作业人员也有不利的影响。据报道，噪声通过耳感进入大脑，使之反应迟钝，偶有惊讶感或误操作；容易使作业人员疲倦，从而影响了作业质量，产生安全隐患。
实践证明，噪声声级与功率成正比。功率与压力成正比。但功率与压力并非越大越好。在同样功率下，压力过大排气量下降，压缩消耗多。在同样压力下，比功率过大容积效率下降。
根据GB/T 13928的规定，设计产品振动烈度须小于45mm/s。设计时，除在行程、缸径、轴跳动等方面予以烈度控制外，有条件时，还要针对舌簧阀片有贯性自振和消音难的特性，在波长（阀片厚度不一定是均一的）、形状和区间振频等方面予以进一步设计，从频率的角度，处理噪声和微振动的关系。用适度的行程来调整频率和相对波长。
建议将频谱分析的方法和频率指数写入企业技术标准中的试验方法条款，以指导产品微振动状态的持续改进。振动的利用只能在某些区间做实验，利用某些振动的原理，实现以最小的力（压缩力）获取阀片最大的振幅（开启量）的目的。
2.3 压力比的改变
空压机的排气效率是由压力比决定的。进气压力通过活塞运动来改变压力比，实现排气。就空压机而言，改变压力比的途径首先是进气空间、排气空间和压力之比。在满足一定的配套指标下，进气孔要大于排气孔。如本公司的CK152双缸机型有三个进气孔，CK173双缸机型的舌簧阀片较长。每片长达10cml，弹性充足。聂清风对汽车空压机气阀运动规律及容积效率的有限元分析结果表明，阀片的厚薄及其接触的阀孔的形状与大小有关。在同质的情况下（包括硬度和转速），孔径与阀片的厚薄有最佳比例关系，频率与振幅有最佳区间与之适配。
微振动对阀片影响最直接，对压力比影响最大。阀片的大小、形状、厚度、厚薄处理又对振动的频率与振幅产生影响。上述研究还表明：阀片与其接触的阀孔的形状与大小直接影响容积效率，从波形图可知，进气阀片的启与闭瞬间微振动明显，排气阀片开启后，在限位片处微振明显。
2.4 区间的意义
在不恒定的工况下解决活塞的运动、阀片与阀门的闭合和整机瞬间协调的优选问题，需要精确的理论计算而不能忽视。理论方法能够解决论证问题，或理想工况下某项或点的规律问题，包括有限元方法。但至今无法直接解决实际问题。区间的意义在于，在高温、高压、高频、高振和不恒定的工况下解决瞬间与协调，使气路工件得到优选的运动和闭合。在生产制造过程，区间的把关包含以下方面：(1)设计的公差；(2)转动轴的跳；(3)材质的验收；(4)功率、转速与压力的配合，要测定空压机最大容积效率时的工作转速；(5)温度和润滑等。
阀片与阀门的闭合技术，难点在于频率和微振动摩擦的控制。在高温、高压、高频、高振和不恒定的工况下解决容积效率问题，对工件的材料、运动和协调提出更加严格的要求。首先，区间指标必须靠近产品技术标准上限要求。另外，区间指标变异求小而有利于产品质量的一致性或稳定性要求。
2.5 热量的散发
汽车空压机工作时，活塞、阀片、曲轴高速运动，在气体高速摩擦和压缩的过程中产生的温度T可达773 K以上的高温区，汽缸上下温差可达473～573 K，排气遇热幅射和热扩张压力，进排气质量和温度差异大。在这样的高温区下，材料会发生微变形和烧伤，振动频率随之发生改变，影响了排气效能。因此，热量的散发非常重要。
通常的做法是通过空压机的水循环系统进行冷却（也有风冷或增加风冷的方式）。但水比热容大，散热慢，高温下的水和氧化铁易与金属和垫片发生反应。目前，使用含有乙二醇成分的防冻冷却液来代替水冷却法，结果多数型号的空压机工作排气温度T下降了30～60 K。液体黏度适中有利于降低微振动。而原水层又有局部消音夹层作用。专用的乙二醇经适当添加改良后，沸点高，冰点低，具有冷却、防垢、防腐、防锈、消泡性和抗氧化安定性等功能，且配制方便、成本较低，符合环保要求。
有测试条件时，通过热冲击极限试验，来确定冷却方案的优化。
