往复式压缩机壳体模态测试方法对比研究

往复式 压缩机壳体模态测试方法对比研究

莫子扬

珠海格力电器股份有限公司， 广东 珠海 519070

[摘 要] 往复式压缩机壳体是压缩机整机隔振降噪的关键设计点，壳体模态的激励控制是最为关键，压缩机壳体模态峰值及振型是压缩机噪音分析改进的重要参数，本文通过实验测试方法对比移动加速度传感器法和移动力锤法的模态峰值及模态振型的差异，对比两种方法的各阶模态振型差异特点，总结出查找不同阶次频率噪音问题的适用测试方法，并对比查找压缩机2600Hz附近频段的噪音问题，为压缩机的噪音问题分析提供测试解决方法。

[关键词] 往复式压缩机；壳体模态；测试方法

随着生活水平与品质提高，全封闭往复式压缩机对噪音振动提出更加严格的要求，对压缩机的降噪提出更严格的挑战。往复式压缩机是冰箱产生噪声振动的源头，压缩机噪声主要分为机械噪声、电磁噪声及气动噪声^［1］。压缩机整机噪音均是由壳体进行传递及辐射，压缩机机芯振动均通过激励壳体固频进行噪音辐射^［2］，对壳体固有频率激励控制是解决压缩机噪音问题的关键，本文通过对比移动加速度传感器法和移动力锤法，分析压缩机噪音频谱存在2600Hz明显峰值及壳体右侧振动峰值原因，对比前期传函测试确定最大峰值产生位置，需获取详细的各阶振型确定缩机噪音峰值产生原因。

1. 壳体模态测试方案设计

1．壳体节点划分

1. 壳体模态测点布置

1.1测点布置：在Creo中将压缩机壳体竖直方向上设置7层测点，上壳3层，下壳4层。10个经过壳体竖直中心轴截面将压缩机分为20块，横截面和纵截面相交点即为测点，重点关注左右侧的测点设置相对密集，对不太关注的上壳测点设置相对疏松。

1.2标出测点位置：对无法固定加速度传感器位置点，适当偏移测点位置或者直接取消。设计截面时考虑避开无法固定传感器的下壳管路、接线柱及上壳限位凹点等位置截面。

1.3测点坐标建立：在每个测点位置建立坐标系，坐标系设置在测点位置的壳体表面，定义坐标系原点与测点完全重合，定义坐标系Y轴正向为壳体该点处曲面的法向方向，X轴正向为测点水平分层面与壳体表面交线的切线方向，且方向朝向接线柱方向。

2. 所有测点加上坐标系后的效果

1.4确定测点坐标系欧拉角：为在LMS上建立对应模型节点，需确定各测点坐标位置的欧拉角［3-4］。各测点坐标系原点与交点重合，欧拉角通过在Creo模型中测量坐标系和主平面角度确定。LMS中XZ输入测点坐标系X轴与纵截面夹角，即X轴角度，YZ输入测点坐标系Y轴与水平面夹角，即Y轴角度。注意不同位置夹角正负关系，根据上述方法建立LMS中的节点模型。

LMS一节点点位信息：

1.5压缩机壳体标点：压缩机壳体为不规则曲面，壳体标点复杂且容易出现标点与LMS模型节点偏差，造成测试结果误差，需用特殊方式进行标点，将各层测点横截面（带有测点交点）按1:1打印，套在压缩机壳体对应截面上，按图纸标定测点位置进行壳体标记，极大减小标点的随机误差，操作简单。

2. 壳体模态测试及结果分析

本次测试对比两种测试方法，一是移动加速度传感器法，二是移动力锤法。目的是对比两种方法在壳体模态测试中的优缺点，对比总结两种测试方法适用不同噪音问题分析。

移动加速度传感器法：3个激励点分别为上壳顶部及壳体左右侧；138个点响应点。

移动力锤法：138个点激励点，3个响应点为上壳顶部和壳体左右侧。

1. 移动加速度传感器法测试结果

不同激励点位置模态存在差异，但壳体响应的主阵型基本相同。2800Hz以下频段振型为右侧扩张，2800Hz以上频段振型为左侧扩张，截取部分频率如下：

右侧明显振型频率 ：2675/2692/2701 左侧：2874/2968/3150/3633

2. 移动力锤法

移动力锤法测试振型明显，部分频率点及位置点振型需在特定位置增加加速度传感器。移动加速度传感器法同样需增加激励点便于获取全部振型，截取部分频率如下：

右侧明显振型频率 ：2701 左侧：2917/3154

3. 两种测试方法结果差异对比

3.1移动加速度传感器法获取模态振型更全，复杂模态振型可激发，而移动力锤法激发模态振型较少。

3.2移动力锤法测得的模态振型清晰明显，而移动加速度传感器法测得的模态振型不易分辨。

3. 结论

本文针对压缩机在2600Hz附近存在明显噪音峰值问题，通过移动加速度传感器法和移动力锤法测试对比压缩机壳体模态振型，对比分析模态振型测试结果差异，得出如下结论：

1. 移动加速度传感器法测试模态振型较全，可激发不明显模态振型，每测点三个方向均有振型，利于测出非垂直于曲面的模态振型；但测试时间长工作量大，模态振型混杂不清晰，不利于解决低阶噪音问题。

2. 移动力锤法测试速度快，且测试过程简单不易出错，移动力锤法可测出清晰的模态振型，无其他干扰。

3. 移动加速度传感器法利于获取压缩机壳体宽频振型，移动力锤法利于获取垂直壳体表面且阶次不高模态，模态准确度高，满足解决实际噪音问题要求。

4. 压缩机在2800Hz频段模态响应较强，且影响频段广，振型激励面大，需通过优化壳体结构或是减小机芯激励解决该峰值噪声问题^［5-6］。

莫子扬（1991—），男，助理工程师，学士。研究方向：压缩机结构。

联系地址：广东省珠海市香洲区前山金鸡西路789号，邮编519070

参考文献：

1. 季晓明． 往复式压缩机噪声分析及控制方法综述［J］． 噪 声与振动控制，2007( 1) : 17 － 20．

2. 陈刚，辛电波，彭学院． 小型活塞式制冷压缩机降噪现状 研究［J］． 噪声与振动控制工程，2007( 3) : 12 － 15．

3. 吕忠波． 微型固体火箭发动机壳体模态分析［J］． 四川兵 工学报，2010，31( 5) : 36 － 38．

4. 杨臻． 一种全地形突击武器系统模态测试［J］． 四川兵工 学报，2012，33( 11) : 9 － 10．

5. Lowery． C． An Improved Shape for Hermetic Compressor Housings［C］/ /Proceedings of the 1984 Purdue Compressor Technology Conference． Westlafayette，Indiana，USA: 1984:285 － 290．

6. 郭维，刘斌，冯涛，等． 冰箱压缩机壳实验模态分析［J］．噪声与振动控制，2010( 3) : 67 － 70．

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