Als belangrijk onderdeel van het motorsysteem, de hoofdfunctie van het voertuig filterhouder is om het filterelement te ondersteunen en vast te zetten om ervoor te zorgen dat het filterelement een stabiele positie en betrouwbare werking behoudt tijdens de werking van de motor. Hoewel de filterhouder niet groot is, hebben het structurele ontwerp en het gewicht ervan een belangrijke invloed op de prestaties van het hele voertuig. Door de steeds strenger wordende mondiale eisen op het gebied van brandstofefficiëntie en milieubescherming is het lichtgewicht ontwerp van autofilterhouders de afgelopen jaren een onvermijdelijke trend geworden.
Het kerndoel van lichtgewicht ontwerp is:
Verbetering van de brandstofefficiëntie: de lichtgewicht filterhouder kan de totale massa van het voertuig verminderen, de belasting van de motor verminderen en zo het brandstofverbruik verbeteren en de kooldioxide-uitstoot verminderen.
Optimaliseer de dynamische prestaties van het voertuig: het verminderen van het gewicht van de voertuigcarrosserie kan de acceleratie, de remprestaties en de rijstabiliteit verbeteren. Vooral bij accelereren, remmen en rijden met hoge snelheden kan het lichtgewicht ontwerp de handling van het voertuig aanzienlijk verbeteren.
Verminder voertuigtrillingen: het verminderen van het gewicht van de filterhouder kan de overdracht van motortrillingen verminderen, de impact op andere delen van het voertuig verminderen en het rijcomfort verbeteren.
Het lichtgewicht ontwerp van de filterhouder wordt niet simpelweg bereikt door de hoeveelheid gebruikt materiaal te verminderen, maar vereist een reeks optimalisatieontwerpmethoden om ervoor te zorgen dat de sterkte, stijfheid en stabiliteit van de houder niet worden beïnvloed. Hieronder volgen enkele veel voorkomende lichtgewicht ontwerptechnologieën:
(1) Optimalisatie van materiaalselectie
Materiaal is een sleutelfactor die het lichtgewicht van filterelementbeugels beïnvloedt. Traditionele filterelementbeugels maken vaak gebruik van metalen materialen met een hoge dichtheid, zoals staal of gietijzer. Hoewel deze materialen een hoge sterkte en duurzaamheid hebben, zorgt hun hoge dichtheid ervoor dat de filterelementbeugel zwaar is. Met de ontwikkeling van lichtgewicht en zeer sterke materialen heeft het ontwerp van moderne filterelementbeugels geleidelijk de neiging gehad om de volgende materialen te gebruiken om het doel van lichtgewicht te bereiken:
Aluminiumlegering: Aluminiumlegering heeft een hoge sterkte en lage dichtheid, is ongeveer een derde lichter dan staal, heeft een goede corrosieweerstand en is geschikt voor gebruik in omgevingen met hoge temperaturen en hoge belasting. Aluminiumlegering kan niet alleen het gewicht van de filterelementbeugel effectief verminderen, maar ook de stabiliteit op lange termijn in de hoge temperatuur- en trillingsomgeving van de motor garanderen. Vanwege de goede verwerkingsprestaties van aluminiumlegeringen wordt het vaak gebruikt bij de grootschalige productie van filterelementbeugels.
Magnesiumlegering: Magnesiumlegering heeft een lagere dichtheid dan aluminiumlegering en is een van de lichtste structurele materialen die tot nu toe bekend zijn. Hoewel magnesiumlegering niet zo sterk is als aluminiumlegering, kan het het gewicht van de filterelementbeugel effectief verminderen in sommige ontwerpen die geen overmatige belasting dragen, en zijn de hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand geleidelijk verbeterd en geleidelijk aan gebruikt in de auto-industrie.
Composietmaterialen: Kunststoffen en koolstofvezelcomposietmaterialen zijn ook belangrijke materialen voor lichtgewichtontwerp. Hoogwaardige kunststoffen en composietmaterialen zijn lichter dan metalen materialen en kunnen een goede weerstand tegen corrosie en vermoeidheid bieden. Vooral in toepassingsscenario's met lage sterkte-eisen kunnen composietmaterialen het gewicht van de filterelementbeugel effectief verminderen.
Hoge sterkte kunststoffen: zoals versterkt nylon, polyester, enz., hebben een goede sterkte en taaiheid en kunnen effectief voldoen aan de ontwerpvereisten van de filterelementbeugel. Met de vooruitgang van de productietechnologie komen de prestaties van moderne, zeer sterke kunststoffen steeds dichter bij die van metalen, en kunnen ze een grotere verwerkingsflexibiliteit en lagere productiekosten bieden.
(2) Structureel optimalisatieontwerp
Naast de materiaalkeuze is ook het structurele ontwerp van de filterelementbeugel de sleutel tot het bereiken van lichtgewicht. Door het constructief ontwerp te optimaliseren kan onnodig materiaalgebruik worden verminderd terwijl de sterkte en stijfheid van de beugel behouden blijft. Veel voorkomende structurele optimalisatiemethoden zijn onder meer:
Holle structuurontwerp: Holle structuur is een gebruikelijke methode voor lichtgewicht ontwerp. Door een holte in de filterelementbeugel te ontwerpen, kan niet alleen het materiaalgebruik worden verminderd, maar kan ook het totale gewicht worden verminderd. De holle structuur kan het gewicht van de beugel effectief verminderen zonder de sterkte en stijfheid ervan op te offeren, en is geschikt voor het ontwerp van filterelementbeugels die een hoger draagvermogen vereisen. Het holle ontwerp ondergaat meestal een nauwkeurige mechanische analyse om ervoor te zorgen dat de sterkte van de beugel niet sterk wordt beïnvloed terwijl het gewicht wordt verminderd.
Ribontwerp: Het ontwerp van de ribben of ribben kan de stijfheid en sterkte van de filterelementbeugel effectief verbeteren en voorkomen dat de beugel vervormt onder hoge belasting en trillingen. Het ribontwerp neemt meestal een redelijke geometrische vorm aan om het materiaal te concentreren in het gebied dat grotere spanningen moet weerstaan, waardoor het materiaalgebruik wordt verminderd en de sterkte van de beugel wordt gewaarborgd.
Rasterstructuurontwerp: De rasterstructuur wordt gebruikt om de structuur van de beugel in meerdere kleine eenheden te verdelen. Door de vorm en dikte van elke kleine eenheid redelijk te ontwerpen, kan de verdeling van de materialen worden geoptimaliseerd om het doel van gewichtsvermindering te bereiken. Dit structurele ontwerp wordt meestal gecombineerd met moderne technische technologieën zoals eindige elementenanalyse (FEA) om ervoor te zorgen dat het materiaalgebruik in elke unit optimaal in balans is.
Geïntegreerd ontwerp: Voor de montage van traditionele filterelementbeugels zijn vaak meerdere onderdelen nodig. Door geïntegreerd ontwerp kunnen de functies van meerdere onderdelen worden gecombineerd tot een algehele structuur, waardoor het aantal onderdelen en de complexiteit van verbinding en montage worden verminderd. Geïntegreerd ontwerp vermindert niet alleen het gewicht, maar verbetert ook de productie-efficiëntie, kan de contactwrijving tussen onderdelen verminderen en het optreden van storingen verminderen.
Optimaliseer de verbindingsmethode: Het verbindingsgedeelte van de filterelementbeugel is een belangrijk onderdeel van het structurele ontwerp. Door de verbindingsmethode te optimaliseren, zoals lassen, klinken of snelverbindingsapparatuur, kan de complexiteit en het aantal onderdelen van de beugel worden verminderd. Bovendien kan het gebruik van lichtgewicht connectoren of geïntegreerde verbindingscomponenten het totale gewicht effectief verminderen.
