Ako dôležitý komponent v systéme motora, hlavná funkcia vozidla držiak filtra je podopierať a upevňovať filtračný prvok, aby sa zabezpečilo, že filtračný prvok si počas prevádzky motora udrží stabilnú polohu a spoľahlivý pracovný stav. Hoci držiak filtra nie je veľký, jeho konštrukčné riešenie a hmotnosť majú dôležitý vplyv na výkon celého vozidla. V posledných rokoch, s čoraz prísnejšími globálnymi požiadavkami na palivovú úspornosť a ochranu životného prostredia, sa ľahká konštrukcia držiakov filtrov do vozidiel stala nevyhnutným trendom.
Hlavným účelom ľahkého dizajnu je:
Zlepšenie palivovej účinnosti: Ľahký držiak filtra môže znížiť celkovú hmotnosť vozidla, znížiť zaťaženie motora, a tým zlepšiť spotrebu paliva a znížiť emisie oxidu uhličitého.
Optimalizujte dynamický výkon vozidla: Zníženie hmotnosti karosérie vozidla môže zlepšiť akceleráciu, brzdný výkon a stabilitu ovládania, najmä pri zrýchľovaní, brzdení a jazde vysokou rýchlosťou, ľahká konštrukcia môže výrazne zlepšiť ovládateľnosť vozidla.
Zníženie vibrácií vozidla: Zníženie hmotnosti držiaka filtra môže znížiť prenos vibrácií motora, znížiť vplyv na ostatné časti vozidla a zlepšiť komfort jazdy.
Ľahký dizajn držiaka filtra sa nedosiahne jednoducho znížením množstva použitého materiálu, ale vyžaduje si sériu optimalizačných metód návrhu, aby sa zabezpečilo, že nebude ovplyvnená pevnosť, tuhosť a stabilita držiaka. Nasledujú niektoré bežné technológie ľahkého dizajnu:
(1) Optimalizácia výberu materiálu
Materiál je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim hmotnosť držiakov filtračných prvkov. Tradičné držiaky filtračných vložiek často používajú kovové materiály s vysokou hustotou, ako je oceľ alebo liatina. Hoci tieto materiály majú vysokú pevnosť a odolnosť, ich vysoká hustota spôsobuje, že držiak filtračného prvku je ťažký. S vývojom ľahkých a vysoko pevných materiálov má dizajn moderných držiakov filtračných prvkov postupne tendenciu používať na dosiahnutie cieľa odľahčenia tieto materiály:
Hliníková zliatina: Hliníková zliatina má vysokú pevnosť a nízku hustotu, je asi o jednu tretinu ľahšia ako oceľ a má dobrú odolnosť proti korózii a je vhodná na použitie v prostrediach s vysokou teplotou a vysokým zaťažením. Hliníková zliatina dokáže nielen efektívne znížiť hmotnosť držiaka filtračného prvku, ale aj zabezpečiť jeho dlhodobú stabilitu vo vysokoteplotnom a vibračnom prostredí motora. Vďaka dobrému spracovateľskému výkonu hliníkovej zliatiny sa často používa pri výrobe držiakov filtračných prvkov vo veľkom meradle.
Zliatina horčíka: Zliatina horčíka má nižšiu hustotu ako zliatina hliníka a je jedným z najľahších doteraz známych konštrukčných materiálov. Hoci zliatina horčíka nie je taká pevná ako zliatina hliníka, dokáže účinne znížiť hmotnosť držiaka filtračného prvku v niektorých prevedeniach, ktoré nenesú nadmerné zaťaženie, a postupne sa zlepšila jej odolnosť voči vysokej teplote a odolnosť proti korózii a postupne sa začala používať v automobilovom priemysle.
Kompozitné materiály: Plasty a kompozitné materiály z uhlíkových vlákien sú tiež dôležitými materiálmi pre ľahký dizajn. Vysokopevnostné plasty a kompozitné materiály sú ľahšie ako kovové materiály a môžu poskytnúť dobrú odolnosť proti korózii a únave. Najmä v aplikačných scenároch s nízkymi požiadavkami na pevnosť môžu kompozitné materiály účinne znížiť hmotnosť držiaka filtračného prvku.
Vysokopevnostné plasty: ako je vystužený nylon, polyester atď., Majú dobrú pevnosť a húževnatosť a môžu účinne spĺňať konštrukčné požiadavky držiaka filtračného prvku. S pokrokom vo výrobnej technológii sa výkon moderných vysokopevnostných plastov čoraz viac približuje kovom a môže poskytnúť vyššiu flexibilitu spracovania a nižšie výrobné náklady.
(2) Návrh štrukturálnej optimalizácie
Okrem výberu materiálov je kľúčom k dosiahnutiu nízkej hmotnosti aj konštrukčný návrh držiaka filtračného prvku. Optimalizáciou konštrukčného návrhu možno znížiť zbytočnú spotrebu materiálu pri zachovaní pevnosti a tuhosti konzoly. Bežné metódy štrukturálnej optimalizácie zahŕňajú:
Dizajn dutej konštrukcie: Dutá konštrukcia je bežnou metódou ľahkého dizajnu. Navrhnutím dutiny vo vnútri držiaka filtračného prvku je možné nielen znížiť použitie materiálov, ale aj znížiť celkovú hmotnosť. Dutá konštrukcia dokáže efektívne znížiť hmotnosť držiaka bez obetovania jeho pevnosti a tuhosti a je vhodná pre konštrukciu držiakov filtračných prvkov, ktoré vyžadujú vyššiu nosnosť. Dutý dizajn zvyčajne prechádza presnou mechanickou analýzou, aby sa zabezpečilo, že pevnosť konzoly nebude pri znížení hmotnosti výrazne ovplyvnená.
Dizajn rebier: Konštrukcia rebier alebo rebier môže účinne zvýšiť tuhosť a pevnosť držiaka filtračného prvku a zabrániť deformácii držiaka pri vysokom zaťažení a vibráciách. Dizajn rebier zvyčajne prijíma primeraný geometrický tvar, aby sa materiál sústredil v oblasti, ktorá musí odolať väčšiemu namáhaniu, čím sa znižuje použitie materiálov a zároveň sa zabezpečuje pevnosť konzoly.
Návrh štruktúry mriežky: Štruktúra mriežky sa používa na rozdelenie konštrukcie konzoly na viacero malých jednotiek. Primeraným návrhom tvaru a hrúbky každej malej jednotky možno optimalizovať rozloženie materiálov, aby sa dosiahol účel zníženia hmotnosti. Tento konštrukčný návrh sa zvyčajne kombinuje s modernými inžinierskymi technológiami, ako je analýza konečných prvkov (FEA), aby sa zabezpečilo, že použitie materiálov v každej jednotke je optimálne vyvážené.
Integrovaný dizajn: Tradičné držiaky filtračných vložiek často vyžadujú zostavenie viacerých častí. Prostredníctvom integrovaného dizajnu možno funkcie viacerých dielov spojiť do celkovej konštrukcie, čím sa zníži počet dielov a zložitosť spájania a montáže. Integrovaný dizajn nielen znižuje hmotnosť, ale tiež zlepšuje efektivitu výroby a môže znížiť kontaktné trenie medzi časťami a znížiť výskyt porúch.
Optimalizujte spôsob pripojenia: Spojovacia časť držiaka filtračného prvku je dôležitou súčasťou konštrukčného návrhu. Optimalizáciou spôsobu pripojenia, ako je zváranie, nitovanie alebo rýchlospojovacie zariadenia, možno znížiť zložitosť a počet častí konzoly. Navyše, použitie ľahkých konektorov alebo integrovaných spojovacích komponentov môže efektívne znížiť celkovú hmotnosť.
