摘要：建立车用空调压缩机带轮的接触有限元模型，较为准确地模拟带轮实际工况过程中的约束、载荷以及相关接触关系，通过模型分析计算，得到带轮的应力以及应变结果。分析结果为车用空调压缩机的结构优化设计及控制提供可靠的依据。
关键词：皮带轮；有限元分析；模型；应力
中图分类号：U463.85+1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）38-0153-02
空调压缩机是空调系统的核心部件。从目前空调压缩机的发展趋势来看，结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是空调压缩机制造技术不断追求的目标。皮带轮是把汽车动力传递给压缩机的关键件，压缩机各种要求的实现与旋压皮带轮的优良性能不断改善密不可分。要想宜于空掉压缩机的应用，皮带轮必须具有厚度薄、伸长率低、传动比大、带速高、耐磨、寿命长、运转平稳、振动小、噪声低的特点。计算方案。在不考虑实际零部件（产品）制造加工（装配）工艺以及精度的情况下，皮带轮对其内部线包之间间隙的影响因素有三个，即：带轮受静载的变形，受外力激励后皮带轮自有振动以及高速运转的离心力引起的变形。由机床加工类的相关文献可以查的，离心力引起的变形非常小，同时变形的趋势是向外变形，而不是我们关心的内部变形，故此因素可以忽略。对于外力激励造成的皮带轮的约束情况下的振动，主要是由于皮带的驱动转速引起。故计算带轮在约束条件下的各阶模态是否在皮带转速的工频范围内，若在其范围内，此问题就较为复杂，要算在某阶激励信号下的变形情况，否则只需考虑有皮带的张紧力给带轮造成的变形。建立带轮的接触有限元模型，较为准确的模拟了带轮实际工况过程中的约束、载荷以及相关接触关系，得到了带轮的应力以及应变结果。带轮静强度接触有限元计算如下。
1.模型简化。由于皮带轮约束上受轴承支撑，上表面受皮带张紧，需考虑其三者的接触关系。为建立其皮带轮的较准确的有限元模型，对建立含有带轮、轴承以及轴承座、皮带三者的接触有限元模型。由于元带轮模型有三角皮带槽，模型绘制很精细，网若全划分网格大小需降低至0.3mm～0.5mm的微细单元网格，带轮与皮带直接的接触面积很大，网格也微小的情况下，接触关系及其复杂，计算成本时间成本太高。故对带轮结构进行简化处理，将其表面的三角皮带槽去除，使其内外半径之差为3.2mm。由于只考虑静力学问题，皮带作用于皮带轮上的张紧力作为载荷输入，皮带张紧轮大小直接作用在皮带的两个末端，方向为运动切线方向。带轮的角度为提供的160度。
2.材料属性。
3.皮带作用载荷。模型不考虑动力学问题，等效为接触问题考虑，即按照皮带受最大张紧力的情况下计算。皮带张紧力初始值为1250N，考虑皮带轮包角为160度，不考虑皮带松紧边，两边均按照紧边1250N情况沿皮带作用方向加载。
4.模型处理与边界条件。对轴承以及轴承座进行全约束，在第一个载荷步中为建立起稳定的接触关系，对局部有可能对接触有影响的部件进行某些自由度的约束，之后载荷步中，接触关系稳定建立起来，将这部分的自由度释放，增加外力载荷，考查外力对建立有接触关系的带轮的整体受力以及变形。
5.带轮、轴承、皮带三者之间的接触关系。带轮与轴承以及皮带之间建立接触关系，考虑皮带实际接触应力对带轮的影响，而不考虑皮带、轴承的应力、应变情况，共建立1个接触对，1个固结连接方式。将皮带轮简化后的外表面与简化后的皮带内表面之间建立接触对关系。建立轴承座与带轮之间的关系为固结，两者绑定在一起，切不发生翻转。
6.带轮接触有限元模型的网格控制与划分。带轮采用边长为1mm的C3D4实体单元，共571423个单元，124727个节点。轴承以及轴承座采用边长为1mm～3mm的C3D4实体单元，接触固结部位使用细化的1mm单元，其余结构使用3mm单元，共200288个单元，39881个节点。皮带采用边长为1mm的C3D8R实体单元，共571423个单元，124727个节点。其余接触零部件根据需要进行网格划分，基本都采用C3D4单元，对于规整部件采用C3D8单元，合计整体供划分出8052个单元，12696个节点。合计总共有177304个节点，771711个C3D4单元，8052个C3D8R单元。
7.带轮受力结果分析。由于是钢，其材料特性为向于塑性材料，选用第四强度理论即，“畸变能理论”强度理论进行强度校核。应力云图输出为最大主应力云图“VonMise”。带轮整体的最大主应力，最大应力出现在一个切割槽孔处，且位于皮带的中间部位，受两端皮带的挤压作用，引起的应力，其最大VonMises应力为155MPa。
通过建立带轮的接触有限元模型，较为准确地模拟了带轮实际工况过程中的约束、载荷以及相关接触关系，得到了带轮的应力以及应变结果，结果显示带轮受两端皮带受力、挤压作用后，在皮带中间的挤压部位产生了向外扩张的最大变形，变形量为0.048mm，最小变形量为0.0002046mm，且也为向外扩张的位移，对于各轴向的向内收缩凹陷的位移量分别6.783×10-2mm、2.503×10-2mm、3.278×10-2mm，其值均远小于带轮内圆与线包之间的0.5mm的径向间隙以及0.3mm～0.6mm的轴向间隙。综上所述，在本模型计算方案的前提条件下，带轮受力以及外载激励等情况下不会使带轮与线包在轴向以及径向上出现干涉运动。
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