Tärkeänä moottorijärjestelmän komponenttina, ajoneuvon päätehtävänä suodattimen pidike on tukea ja kiinnittää suodatinelementtiä sen varmistamiseksi, että suodatinelementti säilyttää vakaan asennon ja luotettavan toimintatilan moottorin käytön aikana. Vaikka suodatinpidike ei ole kooltaan suuri, sen rakenteellisella suunnittelulla ja painolla on suuri vaikutus koko ajoneuvon suorituskykyyn. Viime vuosina polttoainetehokkuutta ja ympäristönsuojelua koskevien maailmanlaajuisten yhä tiukempien vaatimusten myötä ajoneuvojen suodatinpitimien kevyestä rakenteesta on tullut väistämätön trendi.
Kevyen suunnittelun ydintarkoitus on:
Paranna polttoainetehokkuutta: Kevyt suodatinpidike voi vähentää ajoneuvon kokonaismassaa, vähentää moottorin kuormitusta ja siten parantaa polttoainetaloutta ja vähentää hiilidioksidipäästöjä.
Optimoi ajoneuvon dynaaminen suorituskyky: Ajoneuvon korin painon vähentäminen voi parantaa kiihtyvyyttä, jarrutustehoa ja käsittelyn vakautta, erityisesti kiihdytettäessä, jarrutettaessa ja ajettaessa suurilla nopeuksilla, kevyt rakenne voi parantaa merkittävästi ajoneuvon ajettavuutta.
Vähennä ajoneuvon tärinää: Suodattimen pidikkeen painon vähentäminen voi vähentää moottorin tärinän välittymistä, vähentää vaikutusta ajoneuvon muihin osiin ja parantaa ajomukavuutta.
Suodatinpitimen kevyttä rakennetta ei saavuteta pelkästään vähentämällä käytetyn materiaalin määrää, vaan se vaatii useita optimointimenetelmiä sen varmistamiseksi, että pidikkeen lujuuteen, jäykkyyteen ja vakauteen ei vaikuteta. Seuraavassa on joitain yleisiä kevytsuunnittelutekniikoita:
(1) Materiaalin valinnan optimointi
Materiaali on keskeinen tekijä, joka vaikuttaa suodatinelementin kannattimien keveyteen. Perinteisissä suodatinelementtien kiinnikkeissä käytetään usein suuritiheyksisiä metallimateriaaleja, kuten terästä tai valurautaa. Vaikka näillä materiaaleilla on korkea lujuus ja kestävyys, niiden suuri tiheys tekee suodatinelementin kannakkeesta raskaan. Kevyiden ja lujien materiaalien kehityksen myötä nykyaikaisten suodatinelementtien kiinnikkeiden suunnittelussa on vähitellen pyritty käyttämään seuraavia materiaaleja keveyden tavoitteen saavuttamiseksi:
Alumiiniseos: Alumiiniseoksella on korkea lujuus ja alhainen tiheys, se on noin kolmanneksen kevyempi kuin teräs, ja sillä on hyvä korroosionkestävyys, ja se soveltuu käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa ja korkean kuormituksen ympäristöissä. Alumiiniseos ei voi vain vähentää tehokkaasti suodatinelementin kiinnikkeen painoa, vaan myös varmistaa sen pitkän aikavälin vakauden moottorin korkeassa lämpötilassa ja tärinäympäristössä. Alumiiniseoksen hyvän prosessointikyvyn vuoksi sitä käytetään usein suodatinelementtien kiinnikkeiden laajamittaisessa tuotannossa.
Magnesiumseos: Magnesiumseoksella on pienempi tiheys kuin alumiiniseoksella ja se on yksi kevyimmistä tähän mennessä tunnetuista rakennemateriaaleista. Vaikka magnesiumseos ei ole yhtä vahvaa kuin alumiiniseos, se voi tehokkaasti vähentää suodatinelementin kannakkeen painoa joissakin malleissa, jotka eivät kestä liiallisia kuormia, ja sen korkean lämpötilan kestävyyttä ja korroosionkestävyyttä on parannettu vähitellen, ja sitä on vähitellen käytetty autoteollisuudessa.
Komposiittimateriaalit: Muovit ja hiilikuitukomposiittimateriaalit ovat myös tärkeitä materiaaleja kevyessä suunnittelussa. Lujat muovit ja komposiittimateriaalit ovat kevyempiä kuin metallimateriaalit ja voivat tarjota hyvän korroosionkestävyyden ja väsymiskestävyyden. Erityisesti sovellutusskenaarioissa, joissa lujuusvaatimukset ovat alhaiset, komposiittimateriaalit voivat vähentää tehokkaasti suodatinelementin kannakkeen painoa.
Erittäin lujat muovit: kuten vahvistettu nailon, polyesteri jne., Niillä on hyvä lujuus ja sitkeys, ja ne voivat tehokkaasti täyttää suodatinelementin kiinnikkeen suunnitteluvaatimukset. Valmistustekniikan kehittyessä nykyaikaisten lujien muovien suorituskyky lähestyy metalleja ja voi tarjota suuremman käsittelyn joustavuuden ja alentaa tuotantokustannuksia.
(2) Rakenteellisen optimoinnin suunnittelu
Materiaalivalinnan lisäksi suodatinelementin kannakkeen rakennesuunnittelu on avain keveyden saavuttamiseen. Rakennesuunnittelua optimoimalla voidaan vähentää tarpeetonta materiaalin käyttöä ja samalla säilyttää kannattimen lujuus ja jäykkyys. Yleisiä rakenteellisia optimointimenetelmiä ovat:
Onton rakenteen suunnittelu: Ontto rakenne on yleinen menetelmä kevyeen suunnitteluun. Suunnittelemalla onkalo suodatinelementin kannakkeen sisään ei vain materiaalien käyttöä voida vähentää, vaan myös kokonaispainoa voidaan vähentää. Ontto rakenne voi vähentää tehokkaasti kannattimen painoa sen lujuudesta ja jäykkyydestä tinkimättä, ja se soveltuu suurempaa kantavuutta vaativien suodatinelementtien kannakkeiden suunnitteluun. Ontto rakenne yleensä käy läpi tarkan mekaanisen analyysin sen varmistamiseksi, että kannattimen lujuus ei vaikuta suuresti samalla, kun se vähentää painoa.
Riparakenne: Ripojen tai ripojen muotoilu voi tehokkaasti parantaa suodatinelementin kannattimen jäykkyyttä ja lujuutta ja estää kannattimen muodonmuutosta suuren kuormituksen ja tärinän vaikutuksesta. Riparakenne ottaa yleensä kohtuullisen geometrisen muodon materiaalin keskittämiseksi alueelle, jonka on kestettävä suurempaa rasitusta, mikä vähentää materiaalien käyttöä ja varmistaa kannattimen lujuuden.
Ristikkorakenteen suunnittelu: Ristikon rakennetta käytetään jakamaan kannakkeen rakenne useisiin pieniin yksiköihin. Suunnittelemalla kunkin pienen yksikön muoto ja paksuus järkevästi, materiaalien jakautuminen voidaan optimoida painonpudotuksen tavoitteen saavuttamiseksi. Tämä rakennesuunnittelu yhdistetään yleensä moderneihin teknologioihin, kuten elementtianalyysiin (FEA), jotta varmistetaan, että materiaalien käyttö kussakin yksikössä on optimaalisesti tasapainotettu.
Integroitu suunnittelu: Perinteiset suodatinelementtien kiinnikkeet vaativat usein useita osia kootakseen. Integroidun suunnittelun avulla useiden osien toiminnot voidaan yhdistää kokonaisrakenteeksi, mikä vähentää osien määrää sekä liittämisen ja kokoonpanon monimutkaisuutta. Integroitu suunnittelu ei vain vähennä painoa, vaan myös parantaa tuotannon tehokkuutta ja voi vähentää osien välistä kosketuskitkaa ja vähentää vikojen esiintymistä.
Optimoi liitäntätapa: Suodatinelementin kannakkeen liitososa on tärkeä osa rakennesuunnittelua. Optimoimalla liitäntätapa, kuten hitsaus, niittaus tai pikaliitoslaitteet, voidaan vähentää kannattimen monimutkaisuutta ja osien määrää. Lisäksi kevyiden liittimien tai integroitujen liitoskomponenttien käyttö voi tehokkaasti vähentää kokonaispainoa.
