乘用車消聲器固定支架耐久性優(yōu)化設(shè)計(jì)

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摘要：文章以提高某款乘用車排氣一級(jí)消聲器固定支架使用壽命為例，通過(guò)對(duì)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(guò)HyperWorks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(guò)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(jí)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(yàn)

引言

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)支架類的設(shè)計(jì)分析已開(kāi)始關(guān)注，但僅針對(duì)主要針對(duì)整車一級(jí)件，對(duì)消聲器支架這類二級(jí)件或者三級(jí)件關(guān)注較少。消聲器支架作為系統(tǒng)二級(jí)件，連接消聲器和和車體，焊接在管路上，伴隨整車振動(dòng)，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(jí)消聲器支架使用壽命的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)改變支架的結(jié)構(gòu)、厚度和材料來(lái)制作理論模型[2]，進(jìn)行HyperWorks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(jí)消聲器支架使用壽命的方案，徹底解決消聲器支架斷裂問(wèn)題，從而提升排氣系統(tǒng)耐久性。

1問(wèn)題及分析

某轎車進(jìn)行整車道路可靠性試驗(yàn)過(guò)程中，在總里程21000km（強(qiáng)化路10000km）排氣一級(jí)消聲器支架出現(xiàn)斷裂。對(duì)故障件進(jìn)行原因分析如下：

1.1支架本身質(zhì)量問(wèn)題支架外表，無(wú)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(cè)，與設(shè)計(jì)狀態(tài)相符；初步判斷來(lái)件質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)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(dòng)加速度：≤0.03g；吊耳隔振率(dB)：≧10；試驗(yàn)部試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：通過(guò)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(wú)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(wú)法滿足耐久性要求[6]。因周邊件間隙原因，支架結(jié)構(gòu)無(wú)法做較大變動(dòng)，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(jí)消聲器固定支架強(qiáng)度分析

對(duì)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(jí)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(jiàn)圖1和圖2

2.2CAE過(guò)程分析位移和應(yīng)力云圖分別見(jiàn)圖3和圖4

2.3CAE分析結(jié)果見(jiàn)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(wú)法滿足耐久性要求。

3改進(jìn)后一級(jí)消聲器支架強(qiáng)度分析

對(duì)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(jí)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(jiàn)圖5和圖6

3.2CAE過(guò)程分析位移和應(yīng)力云圖分別見(jiàn)圖7和圖83.3CAE分析結(jié)果見(jiàn)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。

430000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(guò)對(duì)改進(jìn)前后一級(jí)消聲器支架CAE強(qiáng)度分析和可靠性路試的對(duì)比，可知如下：（1）改進(jìn)后一級(jí)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(jí)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(jí)消聲器支架斷裂問(wèn)題。

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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(tuán)股份有限公司