Jako ważny element układu silnika, główna funkcja pojazdu uchwyt filtra polega na podparciu i zamocowaniu elementu filtrującego, aby zapewnić, że element filtrujący utrzyma stabilne położenie i niezawodny stan pracy podczas pracy silnika. Choć uchwyt filtra nie jest dużych rozmiarów, to jego konstrukcja oraz waga mają istotny wpływ na osiągi całego pojazdu. W ostatnich latach, wraz z coraz bardziej rygorystycznymi światowymi wymaganiami dotyczącymi efektywności paliwowej i ochrony środowiska, lekka konstrukcja uchwytów filtrów samochodowych stała się nieuniknionym trendem.
Podstawowym celem lekkiej konstrukcji jest:
Popraw efektywność paliwową: Lekki uchwyt filtra może zmniejszyć całkowitą masę pojazdu, zmniejszyć obciążenie silnika, a tym samym poprawić zużycie paliwa i zmniejszyć emisję dwutlenku węgla.
Zoptymalizuj dynamikę pojazdu: Zmniejszenie masy nadwozia pojazdu może poprawić przyspieszenie, skuteczność hamowania i stabilność prowadzenia, szczególnie podczas przyspieszania, hamowania i jazdy z dużymi prędkościami. Lekka konstrukcja może znacznie poprawić prowadzenie pojazdu.
Redukcja wibracji pojazdu: Zmniejszenie ciężaru uchwytu filtra może zmniejszyć przenoszenie wibracji silnika, zmniejszyć wpływ na inne części pojazdu i poprawić komfort jazdy.
Lekka konstrukcja uchwytu filtra nie została osiągnięta po prostu poprzez zmniejszenie ilości użytego materiału, ale wymaga szeregu metod optymalizacji projektowania, aby zapewnić, że nie wpłynie to na wytrzymałość, sztywność i stabilność uchwytu. Poniżej przedstawiono niektóre popularne technologie lekkich konstrukcji:
(1) Optymalizacja doboru materiałów
Materiał jest kluczowym czynnikiem wpływającym na lekkość wsporników elementów filtrujących. Tradycyjne wsporniki elementów filtrujących często wykorzystują materiały metalowe o dużej gęstości, takie jak stal lub żeliwo. Chociaż materiały te charakteryzują się dużą wytrzymałością i trwałością, ich duża gęstość powoduje, że wspornik elementu filtrującego jest ciężki. Wraz z rozwojem lekkich i wytrzymałych materiałów, w konstrukcji nowoczesnych wsporników elementów filtrujących stopniowo zastosowano następujące materiały, aby osiągnąć cel, jakim jest zmniejszenie masy:
Stop aluminium: Stop aluminium ma wysoką wytrzymałość i niską gęstość, jest o około jedną trzecią lżejszy od stali i ma dobrą odporność na korozję i nadaje się do stosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze i dużym obciążeniu. Stop aluminium może nie tylko skutecznie zmniejszyć masę wspornika elementu filtrującego, ale także zapewnić jego długoterminową stabilność w środowisku wysokiej temperatury i wibracji silnika. Ze względu na dobrą wydajność przetwarzania stopu aluminium jest on często stosowany w produkcji wsporników elementów filtrujących na dużą skalę.
Stop magnezu: Stop magnezu ma mniejszą gęstość niż stop aluminium i jest jednym z najlżejszych znanych dotychczas materiałów konstrukcyjnych. Chociaż stop magnezu nie jest tak mocny jak stop aluminium, może skutecznie zmniejszyć wagę wspornika elementu filtrującego w niektórych konstrukcjach, które nie wytrzymują nadmiernych obciążeń, a jego odporność na wysokie temperatury i odporność na korozję są stopniowo poprawiane i stopniowo są stosowane w przemyśle motoryzacyjnym.
Materiały kompozytowe: tworzywa sztuczne i materiały kompozytowe z włókna węglowego są również ważnymi materiałami w przypadku lekkich konstrukcji. Tworzywa sztuczne i materiały kompozytowe o wysokiej wytrzymałości są lżejsze od materiałów metalowych i mogą zapewniać dobrą odporność na korozję i zmęczenie. Szczególnie w scenariuszach zastosowań o niskich wymaganiach wytrzymałościowych materiały kompozytowe mogą skutecznie zmniejszyć ciężar wspornika elementu filtrującego.
Tworzywa sztuczne o wysokiej wytrzymałości: takie jak wzmocniony nylon, poliester itp., mają dobrą wytrzymałość i wytrzymałość oraz mogą skutecznie spełniać wymagania projektowe wspornika elementu filtrującego. Wraz z postępem technologii produkcji, właściwości użytkowe nowoczesnych tworzyw sztucznych o wysokiej wytrzymałości są coraz bliższe metalom i mogą zapewnić większą elastyczność przetwarzania i niższe koszty produkcji.
(2) Projekt optymalizacji strukturalnej
Oprócz doboru materiałów kluczem do osiągnięcia lekkości jest również konstrukcja wspornika elementu filtrującego. Optymalizując projekt konstrukcyjny, można zmniejszyć niepotrzebne zużycie materiału, zachowując jednocześnie wytrzymałość i sztywność wspornika. Typowe metody optymalizacji strukturalnej obejmują:
Konstrukcja pusta: Pusta konstrukcja jest powszechną metodą lekkiej konstrukcji. Projektując wnękę wewnątrz wspornika elementu filtrującego, można nie tylko zmniejszyć zużycie materiałów, ale także zmniejszyć całkowitą wagę. Pusta konstrukcja może skutecznie zmniejszyć ciężar wspornika bez utraty jego wytrzymałości i sztywności i nadaje się do projektowania wsporników elementów filtrujących, które wymagają większej nośności. Pusta konstrukcja jest zwykle poddawana precyzyjnej analizie mechanicznej, aby mieć pewność, że zmniejszenie masy nie wpłynie znacząco na wytrzymałość wspornika.
Konstrukcja żebra: Konstrukcja żeber lub żeber może skutecznie zwiększyć sztywność i wytrzymałość wspornika elementu filtrującego oraz zapobiec deformacji wspornika pod dużym obciążeniem i wibracjami. Konstrukcja żeberek zwykle przyjmuje rozsądny kształt geometryczny, aby skoncentrować materiał w obszarze, który musi wytrzymać większe naprężenia, zmniejszając w ten sposób zużycie materiałów, zapewniając jednocześnie wytrzymałość zamka.
Projekt struktury siatki: Struktura siatki służy do podziału struktury wspornika na wiele małych jednostek. Rozsądnie projektując kształt i grubość każdej małej jednostki, można zoptymalizować rozkład materiałów, aby osiągnąć cel zmniejszenia masy. Ten projekt konstrukcyjny jest zwykle łączony z nowoczesnymi technologiami inżynieryjnymi, takimi jak analiza elementów skończonych (FEA), aby zapewnić optymalnie zrównoważone wykorzystanie materiałów w każdej jednostce.
Zintegrowana konstrukcja: Tradycyjne wsporniki elementów filtrujących często wymagają montażu wielu części. Dzięki zintegrowanemu projektowi funkcje wielu części można połączyć w ogólną strukturę, zmniejszając w ten sposób liczbę części oraz złożoność połączeń i montażu. Zintegrowana konstrukcja nie tylko zmniejsza wagę, ale także poprawia wydajność produkcji i może zmniejszyć tarcie stykowe między częściami i zmniejszyć występowanie awarii.
Zoptymalizuj metodę połączenia: Część łącząca wspornika elementu filtrującego jest ważną częścią projektu konstrukcyjnego. Optymalizując metodę łączenia, taką jak spawanie, nitowanie lub urządzenia do szybkiego łączenia, można zmniejszyć złożoność i liczbę części wspornika. Ponadto zastosowanie lekkich złączy lub zintegrowanych elementów łączących może skutecznie zmniejszyć całkowitą wagę.
