不同参数对压缩机壳体噪声辐射的数值分析_cae_产品创新数字化(plm)_671

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1、不同参数对压缩机壳体噪声辐射的数值分析_CAE_产品创新数字化(PLM) 0前言   冰箱压缩机的噪声是衡量压缩机品质的主要指标之一，而压缩机主要是通过壳体的振动辐射噪声的，因此研究壳体的振动特性以及噪声辐射具有较大的意义。   目前冰箱压缩机壳体降噪的方法主要采用试验研究的方法，且最常采用的降噪措施为增加壳体的厚度，归振华利用试验研究的方法研究了两种不同钢材和厚度壳体的隔声效果，但是增加厚度会显著增加产品成本且试验的方法具有一定盲目性。李洪亮从圆柱壳振动理论入手，将压缩机壳体简化为无限长圆柱壳

2、，并利用形状系数进行修正，讨论了壳体不同参数对壳体噪声辐射的影响，但是对于复杂形状的压缩机壳体分析结果与实际偏差较大。因此，数值模拟对于分析复杂形状壳体振动特性是一种很有效的方法。   本文以某往复式冰箱压缩机的壳体为研究对象，基于有限元分析方法，采用ANSYS软件建立壳体的有限元模型，SYSNOISE软件进行声学分析。提取了壳体的振动模态；然后模态分析的基础上，分析了壳体的厚度，阻尼，形状，压缩机泵体与壳体的连接方式以及力的作用方向对壳体噪声辐射的影响。1模态分析1.1有限元模型   本文主要

3、分析不同壳体参数下的噪声辐射，因此将压缩机的泵体简化为集中质量，以集中力的形式作用于壳体，仅建立压缩机壳体及机脚的模型，几何模型和有限元网格模型如图1所示。边界条件为约束壳体的刚体位移，载荷为压缩机泵体的重力。(a)几何模型     (b)有限元模型图1壳体的几何模型和网格模型1.2壳体模态分析   为分析壳体的噪声辐射特性，首先提取了壳体的前10阶固有频率，见表1所示，图2为壳体的前   8阶固有振型。可以看出，前四阶固有频率较低，反映的支座的刚度，从第五阶开始反映的是壳体本身的振动特性，其中

4、第8阶模态为非对称模态。表1壳体前10阶固有频率图2壳体的前8阶模态示意图2壳体的噪声辐射分析2.1泵体支撑方式的影响   往复式冰箱压缩机泵体常采用的支撑方式有两种，即悬挂方式和底部支撑方式，如图3所示，两种连接方式的受力情况如图4所示，悬挂方式下壳体作用力在三个方向具有分量，而支撑方式下壳体仅受轴向力。图3泵体两种连接方式示意图图4悬挂方式壳体受力示意图图5两种连接方式壳体的辐射声功率   图5为两种连接方式下壳体的辐射声功率，从图可以看出，在2000Hz以下两种连接方式的声功率几乎一样，而

5、在2000Hz-3000Hz和3500Hz-4500Hz频率范围内，底部支撑连接方式下壳体的噪声辐射明显低于悬挂方式，因此压缩机泵体采用底部支撑连接方式有利于降低压缩机的辐射噪声。2.2集中力作用方向的影响   不同的作用力方向对壳体的激励不同，因此研究力的作用方向对壳体的噪声辐射影响很有必要。本文假设有三个方向的力作用于壳体上，分别为径向力、切向力和轴向力，如图6所示。(a)径向力作用     (b)切向力作用     (c)轴向力作用图6施加在壳体上的三种力   图7为壳体在三种力作用下的声

6、功率，由图可知，径向力作用下壳体辐射声功率最大，即径向力最容易激起壳体的振动，切向力次之，轴向力引起的壳体辐射声功率最低。由壳体的振型图可以看出，第5-8阶固有振型为壳体的环向振动，在径向力作用下很容易激起壳体振动并产生共振，而切向力和轴向力作用下不容易激起壳体振动。因此压缩机泵体采用悬挂方式时，受力比较复杂，三个方向的力同时作用，因此壳体噪声辐射大；而压缩机泵体采用底部支撑方式时，受力简单，仅受轴向力，所以壳体辐射声功率小。图7不用作用力方向下壳体辐射声功率2.3壳体形状的影响   壳体噪声辐

7、射与壳体的固有频率有着密切关系，而壳体的形状则影响着壳体的固有频率，压缩机的壳体分上下壳体，由于下壳体受泵体的限制其形状变动不大，因此仅考虑上壳体的形状对壳体噪声辐射的影响，即上壳体的圆角半径，如图8所示。图8上壳体示意图   不同的圆角半径下壳体的固有频率如表2所示，可以看出，壳体的固有频率随着圆角半径的增大而增高，即壳体的刚度随着圆角半径增大而增大。表2不同圆角半径下壳体固有频率图9不同圆角半径下壳体辐射声功率   图9为不同圆角半径下壳体辐射声功率，可以看出，随着圆角半径的增大，在1500

8、－2500Hz和3000－5000Hz的频率范围里，壳体的辐射声功率逐渐降低；在1500Hz以下则壳体辐射变化不大。因此，大的圆角半径有利于降低压缩机壳体的噪声辐射。2.4壳体厚度的影响   增大壳体厚度是最简单最常用的降噪方法，本文考虑了三种厚度的壳体，分别为：2mm，3mm，4mm。图10为三种壁厚下壳体的固有频率的变化，由图10可以看出，前四阶模态频率随着壳体厚度增大而降低，因为厚度增加后壳体的质量相应的增大。从第五阶固有频率后，壳体的固有频率随着壳体厚度的增加而增大，因为壳体增厚后其刚度