一種新型排氣消聲器吊掛機構及受力分析

陳正江

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

消聲器是汽車排氣系統的重要組成部分，在貨車上消聲器一般體積較大、重量較重，同時消聲器在工作時，表面溫度非常高，在貨車布置的時候，一般采用吊掛在車架下方的方式布置在汽車底盤上。

消聲器通過排氣管和其他排氣組件鏈接在發動機的排氣口，同時吊掛在車架或車身上，由于發動機和車架或車身相對消聲器是兩個不同的振動源，所以需要在吊掛上增加減振機構。

所以，消聲器的吊掛機構在具備一定的承重功能的基礎上，還須具備一定的減振功能。

1 現有消聲器吊掛機構及受力分析

1.1 現有消聲器吊掛機構

如圖1所示，現有某貨車消聲器吊掛機構，由吊掛支架（與車架相連）、限位螺栓、鋼板墊片、橡膠塊1、橡膠塊2、消聲器固定卡箍等6個零件組成。安裝順序為，先將消聲器與消聲器固定卡箍預安裝，再將吊掛支架安裝在車架上，然后將減振塊、鋼板墊片、限位螺栓初裝在吊掛支架上，最后將限位螺栓與消聲器固定卡箍連接在一起并按要求扭矩預緊。

圖1 現有某貨車消聲器吊掛機構

1.2 現有消聲器吊掛機構受力分析

如圖2所示，車架與吊掛支架剛性連接，消聲器吊掛機構安裝工作過程中，橡膠塊1的張力為F1、變形量為L1，橡膠塊2的張力為F2、變形量為L2，限位螺栓徑向拉力為F3，消聲器的重力為mg、消聲器與車架的相對加速度為a。為簡化分析與計算，本受力分析模型中限位螺栓、鋼板墊片、橡膠塊的質量均忽略不計，矢量均采用絕對值進行計算，F2、F3、mg、a向下為正，F1向上為正。

圖2 現有某貨車消聲器吊掛機構受力分析

1）當靜止時，在預緊力的作用下，橡膠塊1的張力為F10，壓縮量為L10、橡膠塊2的張力為F20、壓縮量為L20，限位螺栓徑向拉力為F30，此時a=0，則：F30=mg+F20，F30=F10，F10=K1·L10，F20=K2·L20。

2）當消聲器與車架的相對加速度向下時，F3=F1；在吊掛結構的作用下，消聲器重心下移，橡膠塊1相對靜止時進一步壓縮，此時橡膠塊 1 的壓縮量為 L1，則：L1＞L10，F1＞F10，F3＞F30。

3）當消聲器與車架的相對加速度向上時，在吊掛結構的作用下，消聲器重心上移，此時F3=F1，橡膠塊2相對靜止時進一步壓縮，此時橡膠塊2的壓縮量為L2，此時橡膠塊1壓縮相對靜止時減少壓縮量為L1，則，L1=L10-（L2-L20），其中 L2＞L20，則：L1＜L10，F1＜F10，F3＜F30。

所以，現有某貨車消聲器吊掛機構在實際使用過程中，當消聲器與車架的相對加速度向上時，限位螺栓的徑向拉力F3小于靜止時預緊力矩的軸向拉力F30，則此時限位螺栓存在松動風險。

2 新型消聲器吊掛機構及受力分析

2.1 新型消聲器吊掛機構

如圖3所示，新型的消聲器吊掛減振機構，由吊掛支架（與車架相連）、限位螺栓、鋼板墊片1、鋼板墊片2、導向鋼筒、橡膠塊4、橡膠塊5、橡膠塊6、消聲器固定卡箍等10個零件組成。

安裝順序為，先將消聲器與消聲器固定卡箍預安裝，再將吊掛支架安裝在車架上，其次將限位螺栓、鋼板墊片1、鋼板墊片2、導向鋼筒、橡膠塊3、橡膠塊4、橡膠塊5等初裝在吊掛支架上，最后將限位螺栓與消聲器固定卡箍連接在一起并按要求預緊。

圖3 新型的消聲器吊掛機構

2.2 新型消聲器吊掛機構受力分析

如圖4所示，車架與吊掛支架剛性連接，消聲器吊掛機構安裝工作過程中，橡膠塊4的張力為F4、變形量為L4、剛度為K4，橡膠塊5的張力為F5、變形量為L5、剛度為K5，橡膠塊6的張力為F6、變形量為L6、剛度為K6，限位螺栓徑向拉力為F7，消聲器的重力為mg、消聲器與車架的相對加速度為a。為簡化分析與計算，本受力分析模型中限位螺栓、鋼板墊片、橡膠塊、導向鋼筒的質量均忽略不計，矢量均采用絕對值進行計算，F6、F7、mg、a向下為正，F4、F5向上為正。

圖4 新型的消聲器吊掛機構受力分析

1）當靜止時，在預緊力的作用下，橡膠塊4的張力為F40，壓縮量為L40、橡膠塊5的張力為F50、壓縮量為L50，橡膠塊6的張力為F60、壓縮量為L60，限位螺栓徑向拉力為F70，此時a=0，則：F70=mg+F60，F70=F40=F50。

2）當消聲器與車架的相對加速度向下時，在吊掛結構的作用下，消聲器重心下移，此時F7=F4=F5，橡膠塊4相對靜止時進一步壓縮，此時的壓縮量為 L4，且 L4＞L40，則：F4＞F40，F7＞F70。

3）當消聲器與車架的相對加速度向上時，在吊掛結構的作用下，消聲器重心上移，此時F7=F4，橡膠塊4相對靜止時壓縮量不變， 則：L4=L40，F4=F40，F7=F70。

所以，新型消聲器吊掛機構在實際使用過程中，無論當消聲器與車架的相對加速度向上還是向下，限位螺栓的徑向拉力F7均大于或者等于靜止時預緊力矩的軸向拉力F70，如設定F70限位螺栓放松的預緊軸向力，減少限位螺栓的松動風險。

3 結束語

消聲器的吊掛機構具備一定的承重和減振性能，在實現減振的過程中，伴隨著消聲器的位移，采用現有的消聲器吊掛機構，雖然結構簡單，但是在消聲器上下位移的過程中，會出現限位螺栓緊固力小于預緊力，增加松動風險。

新型的消聲器吊掛機構，通過導力鋼管改變力的傳遞路徑，保障在消聲器上下位移的過程中，限位螺栓的緊固力始終大于或者等于預緊力，減少松動風險。