论文总字数：25844字

摘 要

针对高速高压冰箱压缩机的管道振动引起的结构振动和结构声，设计具有密封和隔振性能的密封结构，能够对设计结构进行密封特性设计和隔振设计，并完成强度分析，刚度分析，温度场分析及寿命分析等。在分析基础上完成一种优化后的密封结构。

根据相关《分析报告》得出管道振动引起的结构振动及结构声的实验数据以及理论数据，从而得到该管道在空间6个自由度方向上振动频率及振幅。根据以上数据建立单独管道的动力学模型。计算出目标结构的为了实现隔振所需的频率响应性能，即三个方向的静刚度。根据得出的理论刚度，并且在满足承受压缩机内3.2Mpa压力下，设计出满足需求的结构。校核静力学变形以及强度，疲劳强度，寿命设计。

难点及创新：本文面对的压缩机结构紧凑，必须将密封和隔振设计在同一处；根据所得数据，该结构三个方向上的刚度较小。意味这隔振的材料几何尺寸较小的同时要承受高压（3.2Mpa）。如果不能找到巧妙的结构设计，可能导致材料静变形过大甚至损坏。

计算出了本文压缩机所需的隔振结构性能。设计出了一种全新的碳纤维橡胶复合材料为主体的高压密封隔振结构。该结构符合任务书中要求的各个性能。

关键词：结构振动，隔振设计，气体密封，结构设计

Abstract

For the structure vibration and structure sound caused by the pipe vibration of the high speed and high pressure refrigerator compressor, the seal structure with sealing and vibration isolation performance is designed. It designs the seal characteristics and vibration isolation design for the design structure, and completes the strength analysis and stiffness analysis, temperature field analysis and life analysis. On the basis of analysis, an optimized seal structure is completed.

According to the relevant analysis report, the experimental data and theoretical data of the structural vibration and structural sound caused by the pipe vibration are obtained, and the vibration frequency and amplitude of the pipe in the direction of 6 degrees of freedom in the space are obtained. Based on the above data, a dynamic model of single pipe is established. It calculates the frequency response performance of the target structure in order to achieve vibration isolation, that is, the static stiffness in three directions. According to the theoretical stiffness obtained, and to meet the 3.2Mpa pressure of the compressor, a structure satisfying the demand is designed. Check static deformation and strength, fatigue strength, life design.

Difficulties and innovations: the compressor structure in this paper is compact and must be designed in the same place for seal and vibration isolation; according to the data, the stiffness of the three directions is smaller. It means that the vibration isolating material needs to bear high pressure (3.2Mpa) when its material size is small. If we can not find the ingenious structural design, it may lead to material static deformation too large or even damaged.

The vibration isolation performance of the compressor is calculated. A new high pressure seal vibration isolation structure with carbon fiber rubber composite as the main body is designed. The structure conforms to the performance required in the task book.

KEY WORDS: structural vibration, vibration isolation design, gas seal, structural design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 综合背景与意义 1

1.2 技术背景 3

1.2.1 测试目的 3

1.2.2 测试方法 3

1.2.3 压缩机的模态试验 4

1.2.4 压缩机在180Hz下的振动和噪声试验 7

1.2.5 压缩机降速扫频（180Hz~60Hz）试验 15

1.2.6 超高速压缩机测试报告结论 16

1.3 国内外研究现状 17

1.4 研究内容 18

第二章 密封隔振结构研究的基本理论方法 20

2.1 模态和谐响应分析理论^[2] 20

2.1.1 模态分析理论 20

2.1.2 谐响应分析理论 20

2.2 金属弹性环密封技术 21

2.3 拓扑优化原理 22

2.4 振动扭转理论 22

2.5 弹性元件的疲劳损伤评估方法 23

2.6 热应力分析基本原理 23

2.6.1 热应力问题的物理方程 23

2.6.2 虚功原理 24

2.6.3 有限元分列式 24

第三章 管道密封结构设计 26

3.1 钢板与橡胶硫化结构 26

3.2 波形橡胶与钢片硫化 26

3.3 橡胶与吸振器组合 27

3.4 双锥环与O型圈组合密封 27

3.5 多级V形密封圈组合密封 28

第四章 管道密封减震件刚度设计 29

4.1 第三章中的结构方案的建模与仿真 29

4.1.1 建模 29

4.1.2 模型的静压分析 30

4.1.3 模型的优化加强处理 30

4.1.4 优化模型的静压分析 31

4.1.5 优化模型的频率响应分析 32

4.2 管道密封减震件刚度设计 34

第五章 密封隔振结构的建模与仿真 36

5.1 隔振结构的模型建立 36

5.2 隔振结构的静刚度仿真 37

5.3 隔振结构的强度校核 38

5.4 隔振结构的力传递率 39

5.5 密封隔振结构寿命计算 40

第六章 密封隔振结构的温度场分析 41

6.1 温度场问题描述 41

6.2 温度场问题的求解 41

第七章 总结与展望 44

7.1 全文内容总结 44

7.2 不足与展望 44

致 谢 45

参考文献 46

绪论

综合背景与意义

随着40多年的改革开放，我国的家电制造业从以前的盲目模仿、跟随国外品牌到现在的自主创新、力争行业领先，从简单的机械加工制造到家电产品全面覆盖、全面布局产业链，从开设代加工厂到民族企业享誉国内外、并购海外企业。自从进入“十三五”计划，家电行业的发展更加快速，生产制造规模达到世界第一。根据海关总署和国家统计局的统计数据显示，在2017年本国的家电行业主营业务的收入达1.51万亿人民币，同比增长百分之18.7。其利润总额为1119亿人民币，增长百分之6.09；同时出口金额达到624.5亿人民币，增长了百分之9.9。张崇和（中国轻工业联合会会长）认为：在国内行业的努力下，我们大幅提高中高端家电产品的供给能力，大幅提高智能化应用，进一步加强科技创新能力，深入推进接轨国际的改革发展。我国正在进入引领潮流、把握趋势的新发展阶段。同时，张会长也强调。虽然目前我国的家电行业相对于外国同行优势明显：制造成本、质量把控、研发创新等方面。但是我们周围也存在潜伏的风险，例如我们能否赶上新一代技术革命：大数据技术、人工智能技术、云计算技术、物联网技术等。这些技术革命对家电行业的发展会产生深远的影响，对我国的家电行业提出了巨大的挑战。我国的家电常用想要将目前的优势延续下去，难度加大。我们必须力求创新、不破不立、突破自我，以获得更大更强的竞争力在世界家电行业技术革命中有一席之地。同时，张崇和会长认为，本届中国家电发展高峰论坛的主题“破界.瞰未来”，以超前视角和宽阔的视线为我国家电行业探索指明了以后的发展之路，意义非凡。

在此时代背景下，某公司新开发某型超高转速机种（运行频率180Hz~220Hz，下图1-3），噪声振动恶化明显，单体噪声声功率OA值高达90dB（A）以上，中高频噪声为主，且壳体振动十分显著（个别频段振动高达60m/s^2以上），具体频谱如下图-1-1：

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