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乘用車消聲器固定支架耐久性優(yōu)化設(shè)計

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乘用車消聲器固定支架耐久性優(yōu)化設(shè)計

摘要:文章以提高某款乘用車排氣一級消聲器固定支架使用壽命為例,通過對支架的材料、厚度、槽型梁結(jié)構(gòu)的分析;結(jié)合實車具體情況進行優(yōu)化,提升支架的使用壽命。通過HyperWorks驗證支架的應(yīng)力集中情況和位移大小,理論驗證該方案的可行性。通過路試試驗,實車驗證了該方案的效果,結(jié)果表明:排氣系統(tǒng)一級消聲器支架優(yōu)化有效。

關(guān)鍵詞:消聲器支架;槽型梁;HyperWorks;應(yīng)力集中;路試試驗

引言

目前,國內(nèi)外對支架類的設(shè)計分析已開始關(guān)注,但僅針對主要針對整車一級件,對消聲器支架這類二級件或者三級件關(guān)注較少。消聲器支架作為系統(tǒng)二級件,連接消聲器和和車體,焊接在管路上,伴隨整車振動,影響整車舒適性[1]。因此,消聲器支架的合理性設(shè)計有必要作為一種新的論題,進行全面的探討。本文基于某轎車排氣一級消聲器支架使用壽命的優(yōu)化設(shè)計,通過改變支架的結(jié)構(gòu)、厚度和材料來制作理論模型[2],進行HyperWorks強度分析[3],得出提升支架使用壽命的理論方案;制作手工樣件,裝車進行30000km可靠性路試試驗,驗證該方案的效果,最終得出一種優(yōu)化排氣一級消聲器支架使用壽命的方案,徹底解決消聲器支架斷裂問題,從而提升排氣系統(tǒng)耐久性

1問題及分析

某轎車進行整車道路可靠性試驗過程中,在總里程21000km(強化路10000km)排氣一級消聲器支架出現(xiàn)斷裂。對故障件進行原因分析如下:

1.1支架本身質(zhì)量問題支架外表,無明顯外力磕碰痕跡,厚度和焊接工藝滿足設(shè)計要求[4];支架材料和性能檢測,與設(shè)計狀態(tài)相符;初步判斷來件質(zhì)量沒有問題。

1.2吊耳緩振能力不足設(shè)計目標(biāo)值:怠速最大振動加速度:≤0.03g;吊耳隔振率(dB):≧10;試驗部試驗數(shù)據(jù)見表1:通過表1可知,吊耳緩振能力滿足NVH性能指標(biāo)[5]。

1.3支架斷裂處應(yīng)力集中,強度無法滿足耐久性要求依據(jù)故障發(fā)生里程(故障里程:21000km),初步判斷斷裂主要原因是支架斷裂處應(yīng)力集中,無法滿足耐久性要求[6]。因周邊件間隙原因,支架結(jié)構(gòu)無法做較大變動,為增加支架耐久性能,初步方案為改變支架的材料(材料由Q235變?yōu)镾APH440)、增加支架的厚度(由初始狀態(tài)的1.8mm增加至2.5mm)[7]。

2改進前一級消聲器固定支架強度分析

對原方案進行CAE強度分析,確認(rèn)支架斷裂的原因。約束條件:支架兩側(cè)吊鉤位置全約束,與一級消聲器進氣管連接位置自上而下施加2kN的力。

2.1支架數(shù)模和FE模型分別見圖1和圖2

2.2CAE過程分析位移和應(yīng)力云圖分別見圖3和圖4

2.3CAE分析結(jié)果見表2由表2可知:支架所受的最大應(yīng)力值大于材料的屈服極限,該設(shè)計方案不滿足設(shè)計要求[8]。支架斷裂的原因為支架斷裂處應(yīng)力集中,無法滿足耐久性要求。

3改進后一級消聲器支架強度分析

對改進后方案進行CAE強度分析,確認(rèn)改進后方案是否滿足設(shè)計要求。約束條件:吊掛兩側(cè)吊鉤位置全約束,與一級消聲器進氣管連接位置自上而下施加2kN的力。

3.1吊掛數(shù)模和FE模型分別見圖5和圖6

3.2CAE過程分析位移和應(yīng)力云圖分別見圖7和圖83.3CAE分析結(jié)果見表3由表3可知:支架所受的最大應(yīng)力值小于材料的屈服極限,方案滿足設(shè)計要求。

430000公里可靠性路試驗證

由表4可知:30000公里可靠性路試驗證合格,該設(shè)計方案滿足設(shè)計要求[9]。

5結(jié)論

通過對改進前后一級消聲器支架CAE強度分析和可靠性路試的對比,可知如下:(1)改進后一級消聲器支架強度滿足設(shè)計要求,最大應(yīng)力值下降了7.1MPa,最大位移值下降了0.31mm;(2)改進后一級消聲器支架30000km路試滿足試驗要求,從試驗數(shù)據(jù)可知,支架耐久性能是優(yōu)化前的兩倍以上;依據(jù)此結(jié)論,最終采用此改進方案,并成功解決了一級消聲器支架斷裂問題。

參考文獻

[1]文維信.汽車設(shè)計[M].北京清華大學(xué)出版社.2001.

[2]劉百麗,辛?xí)扎?發(fā)動機懸置支架故障分析及改進設(shè)計[J].汽車實用技術(shù).2013.

[3]張勝蘭,鄭東黎等.基于HyperWorks的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)[M].北京-機械工業(yè)出版社.2002.

[4]紀(jì)榮榮,張麗,姚慧麗等.汽車蓄電池支架設(shè)計[J].汽車工程師.2014.

[5]劉強,陳志堅,范名琦,陳劍飛.高溫屈服極限對高強鋼焊接變形及殘余應(yīng)力影響的仿真研究.電機械.2012.

[6]商冬梅.汽車發(fā)動機停車振動現(xiàn)象及解決方案[J].技術(shù)研發(fā).2014.

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[8]楊伯源.材料力學(xué)I[M].北京-機械工業(yè)出版社.2002.

[9]趙辰君.輕卡空調(diào)冷凝器可靠性失效問題的研究與改善[J].科技向?qū)?2014.

作者:張利 吳孟兵 胡光輝 何延剛 楊德銀 麻金賀 段何濤 單位:安徽江淮汽車集團股份有限公司