某車(chē)型冷凝器支架強(qiáng)度提升

朱俊峰，賈載勛

某車(chē)型冷凝器支架強(qiáng)度提升

朱俊峰，賈載勛

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要針對(duì)某車(chē)型空調(diào)系統(tǒng)冷凝器支架開(kāi)裂問(wèn)題，提出一種改進(jìn)冷凝器支架強(qiáng)度的方案，采用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）分析的方法，根據(jù)冷凝器支架數(shù)模及車(chē)架數(shù)模建立有限元模型，鈑金件采用SHELL單元離散，集中質(zhì)量采用CONM2單元模擬，得出最大的應(yīng)力點(diǎn)。通過(guò)對(duì)冷凝器支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低冷凝器支架的應(yīng)力集中點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)前后的對(duì)比分析，冷凝器支架的應(yīng)力集中得到了明顯的改善。有效地提升了空調(diào)系統(tǒng)的可靠性，增強(qiáng)了冷凝器支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿(mǎn)足了用戶(hù)的基本需求。

冷凝器支架；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）；應(yīng)力；有限元模型；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

某車(chē)型冷凝器通過(guò)支架連接固定在車(chē)架上，空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)冷凝器支架開(kāi)裂問(wèn)題，對(duì)整車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)造成一定程度影響。本文主要針對(duì)某車(chē)型空調(diào)系統(tǒng)冷凝器支架開(kāi)裂問(wèn)題，提出一種改進(jìn)冷凝器支架強(qiáng)度的方案，首先根據(jù)設(shè)計(jì)給出的冷凝器支架數(shù)模及車(chē)架數(shù)模通過(guò)電腦建立有限元模型，對(duì)現(xiàn)有冷凝器支架鈑金件電腦端采用SHELL單元離散（SHELL單元離散指把一個(gè)部件定義為一個(gè)剛體，對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的剛體部件，解析剛體可以比較準(zhǔn)確地模擬出零部件的幾何形狀，但復(fù)雜時(shí)，三維離散剛體可以用于接觸分析，類(lèi)似于可變形狀，可以模擬任何形狀物體），利用電腦試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)架集中質(zhì)量采用CONM2單元模擬，得出最大的應(yīng)力點(diǎn)。通過(guò)對(duì)冷凝器支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進(jìn)現(xiàn)有支架結(jié)構(gòu)降低冷凝器支架的應(yīng)力集中點(diǎn)。通過(guò)改進(jìn)前后的對(duì)比分析，檢查是否能有效地提升空調(diào)系統(tǒng)的可靠性，提升凝器支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提升產(chǎn)品質(zhì)量和公司的品牌形象。

1 現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)冷凝器支架開(kāi)裂車(chē)輛問(wèn)題點(diǎn)收集，根據(jù)冷凝器支架數(shù)模及車(chē)架數(shù)模建立有限元模型，對(duì)現(xiàn)有冷凝器支架鈑金件使用SHELL單元離散，利用試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)架集中質(zhì)量采用CONM2單元模擬。在向、向和向正負(fù)方向分別加載4.4 g的加速度，經(jīng)分析運(yùn)算，最大的應(yīng)力為183.77 MPa，目標(biāo)值≤168.75 MPa，材料抗拉強(qiáng)度的0.45倍（抗拉強(qiáng)度指金屬由均勻塑性變形向局部塑性變形過(guò)渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力，它反映了材料的斷裂能力），不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2 冷凝器支架結(jié)構(gòu)及加工工藝

2.1 冷凝器帶支架總成

該車(chē)型空調(diào)冷凝器帶支架總成主要包括冷凝器總成和冷凝器支架兩大基本部分，具體構(gòu)成如圖1所示。冷凝器總成是空調(diào)系統(tǒng)向車(chē)外空氣散發(fā)熱量的裝置[1]，主要由冷凝器芯體、冷凝器風(fēng)扇、側(cè)支架等部件組成，它是空調(diào)系統(tǒng)最重要的零部件。冷凝器支架主要由管梁支架、前固定支架總成、后固定支架總成、后連接支架總成1、后連接支架總成2等部件組成，主要作用為固定支撐冷凝器總成，使冷凝器穩(wěn)定地運(yùn)行。

圖1 冷凝器帶支架總成結(jié)構(gòu)

2.2 冷凝器支架加工工藝

冷凝器支架主要由管梁支架、前固定支架總成、后固定支架總成、后連接支架總成1、后連接支架總成2等部件組成，其加工步驟為落料、沖孔、壓彎和彎曲成型等，然后把相關(guān)零部件焊接在一起形成總成部件，具體加工工藝如圖2所示。

圖2 冷凝器支架加工工藝

3 CAE分析

3.1 模型描述

根據(jù)冷凝器支架數(shù)模及車(chē)架數(shù)模建立有限元模型[2]，如圖3所示。鈑金件采用SHELL單元離散，集中質(zhì)量采用CONM2單元模擬，冷凝器支架材料為Q235，即屈服點(diǎn)為235 MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼，材料屬性如表1所示，冷凝器支架振動(dòng)工況如表2所示，冷凝器支架強(qiáng)度分析邊界條件如圖4所示。

圖3 冷凝器支架強(qiáng)度分析有限元模型

表1 支架材料屬性

表2 冷凝器振動(dòng)工況

圖4 冷凝器支架強(qiáng)度分析邊界條件

圖5 工況六應(yīng)力云圖

結(jié)果分析，在工況六條件下（向-4.4），應(yīng)力云圖如圖5所示，各工況最大應(yīng)力如表3所示，冷凝器支架的最大應(yīng)力為184 MPa≥168.75 MPa，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行改進(jìn)。

表3 各工況最大應(yīng)力 單位：MPa

3.2 試驗(yàn)分析

針對(duì)工況六條件下最大應(yīng)力不合格問(wèn)題，提出以下整改方案：

方案一：將開(kāi)口加大，如圖6所示。

圖6 方案一

優(yōu)勢(shì)：產(chǎn)品改動(dòng)較小，避免焊接加強(qiáng)筋產(chǎn)生焊接應(yīng)力。

劣勢(shì)：需要修改沖壓模具，并且對(duì)冷凝器支架強(qiáng)度的改善空間有限，更改后最大應(yīng)力仍然不滿(mǎn)足要求。

方案二：在圖示位置處增加2個(gè)小三角板，如圖7所示。

圖7 方案二

優(yōu)勢(shì)：無(wú)需改動(dòng)現(xiàn)有模具，對(duì)冷凝器支架強(qiáng)度有明顯改善。

劣勢(shì)：三角板焊接工藝控制不好容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力。

方案三：加大方案二的三角板，如圖8所示。

優(yōu)勢(shì)：無(wú)需改動(dòng)現(xiàn)有模具，對(duì)冷凝器支架強(qiáng)度改善效果最佳。

圖8 方案三

劣勢(shì)：三角板焊接工藝控制不好會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，會(huì)影響總裝過(guò)程冷凝器支架裝配，增加成本。

方案四：在圖示位置處增加2個(gè)加強(qiáng)筋，如圖9所示。

圖9 方案四

優(yōu)勢(shì)：無(wú)需改動(dòng)現(xiàn)有模具，對(duì)冷凝器支架強(qiáng)度有明顯改善。

劣勢(shì)：支架焊接工藝控制不好容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力[3]，會(huì)影響總裝過(guò)程冷凝器支架裝配，增加成本。

圖10 方案五

方案五：將翻邊向外加大1 mm，如圖10所示。

優(yōu)勢(shì)：避免焊接加強(qiáng)筋產(chǎn)生焊接應(yīng)力，對(duì)冷凝器支架強(qiáng)度有明顯改善。

劣勢(shì)：產(chǎn)品改動(dòng)較大，需要重新開(kāi)模，成本較高。

通過(guò)以上分析，得出結(jié)論。即方案一改進(jìn)效果不明顯，方案二、方案三和方案四改進(jìn)方案類(lèi)似，其中方案二改進(jìn)成本最低，且不影響冷凝器支架裝配，方案五改進(jìn)效果明顯，但是模具改動(dòng)較大，成本較大，綜合考慮成本及生產(chǎn)工藝，最終采用的是方案二，增加一道工序焊兩個(gè)小支架。整改后重新安排試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）分析，分析結(jié)果如圖11所示，各工況最大應(yīng)力如表4所示。

表4 各工況最大應(yīng)力 單位：MPa

4 結(jié)論

冷凝器作為空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，對(duì)空調(diào)性能的優(yōu)劣影響很大，而冷凝器支架起到固定冷凝器的作用，冷凝器支架的可靠性影響冷凝器能力的發(fā)揮。針對(duì)某車(chē)型空調(diào)系統(tǒng)冷凝器支架開(kāi)裂問(wèn)題，提出一種改進(jìn)冷凝器支架強(qiáng)度的方案，首先介紹了該車(chē)型的空調(diào)冷凝器支架結(jié)構(gòu)以及加工工藝，從原狀態(tài)分析結(jié)果和整改后分析結(jié)果可以看出，通過(guò)CAE分析發(fā)現(xiàn)，原支架存在多處應(yīng)力較大點(diǎn)，存在風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)在支架鈑金彎邊處增加2處加強(qiáng)筋可有效消除支架應(yīng)力集中，提高支架強(qiáng)度，整改方案可行。通過(guò)對(duì)冷凝器支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低冷凝器支架的應(yīng)力集中點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)前后的對(duì)比分析，冷凝器支架的應(yīng)力集中得到了明顯的改善，通過(guò)技術(shù)文件下發(fā)，配套廠(chǎng)家聯(lián)合整改達(dá)到所需要求，問(wèn)題得以解決。同時(shí)為該車(chē)型其他零部件在強(qiáng)度方面的后續(xù)研究上指明了方向。

[1] 孫仁云,付百學(xué).汽車(chē)電器與電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 顏云輝.結(jié)構(gòu)分析中的有限單元法及其應(yīng)用[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2000.

[3] 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

The Strength Improvement of the Condenser Bracket for a Certain Vehicle Model

ZHU Junfeng, JIA Zaixun

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

This paper mainly aims at the cracking problem of the condenser bracket of the air-conditioning system of a certain vehicle model, and proposes a scheme to improve the strength of the condenser bracket. The computer aided engineering(CAE) analysis method is used to establish a finite element model according to the digital model of the condenser bracket and the frame. The sheet metal parts are discretized by SHELL unit, and the concentrated mass is simulated by CONM2 unit, and the maximum stress point is obtained. By optimizing the structure of the condenser bracket, the stress concentration point of the condenser bracket is reduced. Concentration has been significantly improved. It effectively improves the reliability of the air conditioning system, improves the structural strength of the condenser bracket, and meets the basic needs of users.

Condenser bracket;Structural strength;Computer aided engineering(CAE);Stress;Finite element model; Structure eptimizing

U463.85+1

A

1671-7988(2022)24-85-05

U463.85+1

A

1671-7988(2022)24-85-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.024.015

朱俊峰（1987—），男，工程師，研究方向?yàn)殡娖髟O(shè)計(jì)，E-mail:zjf02@jac.com.cn。