乘用車一級消聲器固定支架耐久性優(yōu)化設(shè)計(jì)

張利 吳孟兵 胡光輝 何延剛 楊德銀 麻金賀 段何濤

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(shí)車具體情況進(jìn)行優(yōu)化，提升支架的使用壽命。通過Hyper Works驗(yàn)證支架的應(yīng)力集中情況和位移大小，理論驗(yàn)證該方案的可行性。通過路試試驗(yàn)，實(shí)車驗(yàn)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;Hyper Works;應(yīng)力集中;路試試驗(yàn)

中圖分類號：TB535+.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）16-85-03

Abstract： Article with a certain exaltation multiply to exhaust with the car silencer of packing block service lives for instance， pass the material to the packing block， thickness and slot type girder the analysis of structure; Combine concrete condition progress of solid car excellent turn， promote the service life of packing block; Pass Hyper Works the stress concentration of ?verification packing block conditions and displacement dimension， the theory verifies the feasibility of the scheme; Try to the road tries test， the solid car verifies the effect of the scheme， result enunciation： Exhaust one stage silencer the packing block Be excellent to turn be available.

Keywords： Silencer packing block; slot type girder; Hyper Works; stress concentration; the road tries test

CLC NO.： TB535+.2 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）16-85-03

引言

目前，國內(nèi)外對支架類的設(shè)計(jì)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(jì)有必要作為一種新的論題，進(jìn)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(jì)，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(jìn)行Hyper Works強(qiáng)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(jìn)行30000km可靠性路試試驗(yàn)，驗(yàn)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(jìn)行整車道路可靠性試驗(yàn)過程中，在總里程21000km（強(qiáng)化路10000 km）排氣一級消聲器支架出現(xiàn)斷裂。對故障件進(jìn)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(jì)要求[4];支架材料和性能檢測，與設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)值：

怠速最大振動加速度：≤0.03g;吊耳隔振率（dB）：≧10;

試驗(yàn)部試驗(yàn)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(qiáng)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(jìn)前一級消聲器固定支架強(qiáng)度分析

對原方案進(jìn)行CAE強(qiáng)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(jìn)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

2.2 CAE過程分析位移和應(yīng)力云圖分別見圖3和圖4

2.3 CAE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(jì)方案不滿足設(shè)計(jì)要求[8]。支架斷裂的原因?yàn)橹Ъ軘嗔烟帒?yīng)力集中，無法滿足耐久性要求。

3 改進(jìn)后一級消聲器支架強(qiáng)度分析

對改進(jìn)后方案進(jìn)行CAE強(qiáng)度分析，確認(rèn)改進(jìn)后方案是否滿足設(shè)計(jì)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(jìn)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

3.2 CAE過程分析位移和應(yīng)力云圖分別見圖7和圖8

3.3 CAE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(jì)要求。

4 30000公里可靠性路試驗(yàn)證

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

5 結(jié)論

通過對改進(jìn)前后一級消聲器支架CAE強(qiáng)度分析和可靠性路試的對比，可知如下：

（1）改進(jìn)后一級消聲器支架強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)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(jìn)后一級消聲器支架30000km路試滿足試驗(yàn)要求，從試驗(yàn)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(jìn)方案，并成功解決了一級消聲器支架斷裂問題。

參考文獻(xiàn)

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

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

[3] 張勝蘭，鄭東黎等.基于Hyper Works的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京-機(jī)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(jì)[J].汽車工程師.2014.

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

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

[7] 孔凌嘉，王曉力.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京理工大學(xué)出版社.2006.

[8] 楊伯源.材料力學(xué)I[M].北京-機(jī)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.