乘用車一級消聲器固定支架耐久性優化設計

張利 吳孟兵 胡光輝 何延剛 楊德銀 麻金賀 段何濤

摘 要：文章以提高某款乘用車排氣一級消聲器固定支架使用壽命為例，通過對支架的材料、厚度、槽型梁結構的分析;結合實車具體情況進行優化，提升支架的使用壽命。通過Hyper Works驗證支架的應力集中情況和位移大小，理論驗證該方案的可行性。通過路試試驗，實車驗證了該方案的效果，結果表明：排氣系統一級消聲器支架優化有效。

關鍵詞：消聲器支架;槽型梁;Hyper Works;應力集中;路試試驗

中圖分類號：TB535+.2 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）16-85-03

Abstract： Article with a certain exaltation multiply to exhaust with the car silencer of packing block service lives for instance， pass the material to the packing block， thickness and slot type girder the analysis of structure; Combine concrete condition progress of solid car excellent turn， promote the service life of packing block; Pass Hyper Works the stress concentration of ?verification packing block conditions and displacement dimension， the theory verifies the feasibility of the scheme; Try to the road tries test， the solid car verifies the effect of the scheme， result enunciation： Exhaust one stage silencer the packing block Be excellent to turn be available.

Keywords： Silencer packing block; slot type girder; Hyper Works; stress concentration; the road tries test

CLC NO.： TB535+.2 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）16-85-03

引言

目前，國內外對支架類的設計分析已開始關注，但僅針對主要針對整車一級件，對消聲器支架這類二級件或者三級件關注較少。消聲器支架作為系統二級件，連接消聲器和和車體，焊接在管路上，伴隨整車振動，影響整車舒適性[1]。因此，消聲器支架的合理性設計有必要作為一種新的論題，進行全面的探討。

本文基于某轎車排氣一級消聲器支架使用壽命的優化設計，通過改變支架的結構、厚度和材料來制作理論模型[2]，進行Hyper Works強度分析[3]，得出提升支架使用壽命的理論方案;制作手工樣件，裝車進行30000km可靠性路試試驗，驗證該方案的效果，最終得出一種優化排氣一級消聲器支架使用壽命的方案，徹底解決消聲器支架斷裂問題，從而提升排氣系統耐久性。

1 問題及分析

某轎車進行整車道路可靠性試驗過程中，在總里程21000km（強化路10000 km）排氣一級消聲器支架出現斷裂。對故障件進行原因分析如下：

1.1 支架本身質量問題

支架外表，無明顯外力磕碰痕跡，厚度和焊接工藝滿足設計要求[4];支架材料和性能檢測，與設計狀態相符;初步判斷來件質量沒有問題。

1.2 吊耳緩振能力不足

設計目標值：

怠速最大振動加速度：≤0.03g;吊耳隔振率（dB）：≧10;

試驗部試驗數據見表1：

通過表1可知，吊耳緩振能力滿足NVH性能指標[5]。

1.3 支架斷裂處應力集中，強度無法滿足耐久性要求

依據故障發生里程（故障里程：21000km），初步判斷斷裂主要原因是支架斷裂處應力集中，無法滿足耐久性要求[6]。

因周邊件間隙原因，支架結構無法做較大變動，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變為SAPH440）、增加支架的厚度（由初始狀態的1.8mm增加至2.5mm）[7]。

2 改進前一級消聲器固定支架強度分析

對原方案進行CAE強度分析，確認支架斷裂的原因。

約束條件：支架兩側吊鉤位置全約束，與一級消聲器進氣管連接位置自上而下施加2kN的力。

2.1 支架數模和FE模型分別見圖1和圖2

2.2 CAE過程分析位移和應力云圖分別見圖3和圖4

2.3 CAE分析結果見表2

由表2可知：支架所受的最大應力值大于材料的屈服極限，該設計方案不滿足設計要求[8]。支架斷裂的原因為支架斷裂處應力集中，無法滿足耐久性要求。

3 改進后一級消聲器支架強度分析

對改進后方案進行CAE強度分析，確認改進后方案是否滿足設計要求。

約束條件：吊掛兩側吊鉤位置全約束，與一級消聲器進氣管連接位置自上而下施加2kN的力。

3.1 吊掛數模和FE模型分別見圖5和圖6

3.2 CAE過程分析位移和應力云圖分別見圖7和圖8

3.3 CAE分析結果見表3

由表3可知：支架所受的最大應力值小于材料的屈服極限，方案滿足設計要求。

4 30000公里可靠性路試驗證

由表4可知： 30000公里可靠性路試驗證合格，該設計方案滿足設計要求[9]。

5 結論

通過對改進前后一級消聲器支架CAE強度分析和可靠性路試的對比，可知如下：

（1）改進后一級消聲器支架強度滿足設計要求，最大應力值下降了7.1MPa，最大位移值下降了0.31mm;

（2）改進后一級消聲器支架30000km路試滿足試驗要求，從試驗數據可知，支架耐久性能是優化前的兩倍以上;

依據此結論，最終采用此改進方案，并成功解決了一級消聲器支架斷裂問題。

參考文獻

[1] 文維信.汽車設計[M].北京清華大學出版社.2001.

[2] 劉百麗，辛曉鷹.發動機懸置支架故障分析及改進設計[J].汽車實用技術.2013.

[3] 張勝蘭，鄭東黎等.基于Hyper Works的結構優化設計技術[M].北京-機械工業出版社.2002.

[4] 紀榮榮，張麗，姚慧麗等.汽車蓄電池支架設計[J].汽車工程師.2014.

[5] 劉強，陳志堅，范名琦，陳劍飛.高溫屈服極限對高強鋼焊接變形及殘余應力影響的仿真研究.電機械.2012.

[6] 商冬梅.汽車發動機停車振動現象及解決方案[J].技術研發.2014.

[7] 孔凌嘉，王曉力.機械設計[M].北京理工大學出版社.2006.

[8] 楊伯源.材料力學I[M].北京-機械工業出版社.2002.

[9] 趙辰君.輕卡空調冷凝器可靠性失效問題的研究與改善[J].科技向導.2014.