康江波，李立波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某款空濾器的模態(tài)分析與改進(jìn)

康江波，李立波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

空濾器在工作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，同時(shí)受到來自發(fā)動(dòng)機(jī)等激振源的激勵(lì)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)響應(yīng)，引起空濾器的開裂損壞和疲勞失效，同時(shí)這也是汽車的主要噪聲源之一。因此，在設(shè)計(jì)過程中必須對濾清器進(jìn)行模態(tài)分析，獲得其固有頻率，改進(jìn)其設(shè)計(jì)，以減少其產(chǎn)生的振動(dòng)與噪音。利用CAE軟件建立某型汽車空濾器有限元模型，進(jìn)行模態(tài)分析，得到分析結(jié)果。最后對結(jié)果進(jìn)行了分析和評價(jià)，為改進(jìn)和優(yōu)化空濾器外殼結(jié)構(gòu)提供參考和理論依據(jù)。

空濾器；固有頻率；有限元；模態(tài)分析

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-14-03

引言

汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的主要功能是向發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔、干燥、溫度和壓力適當(dāng)?shù)目諝?，以最大限度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)磨損并保持最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)性能?？諡V器作為其中重要的組成部分，主要是過濾空氣中的灰塵和固體顆粒，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損?？諡V器的設(shè)計(jì)一般也是進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一大重點(diǎn)、難點(diǎn)。開發(fā)空濾器除了考慮本身功能性要求外，還應(yīng)把空濾器殼體模態(tài)考慮到位，防止空濾器模態(tài)頻率及振型與整車不匹配，后期由于震動(dòng)問題造成空濾器過早開裂，影響使用壽命。

某款空濾器開發(fā)過程中，為了了解和評價(jià)該空濾器模態(tài)頻率及振型是否滿足整車要求，我們對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了CAE分析研究，發(fā)現(xiàn)模態(tài)偏低。同時(shí)通過優(yōu)化，確定整改方案，使得空濾器殼體模態(tài)達(dá)到目標(biāo)值。

1、現(xiàn)狀描述

為了滿足某輕型客車開發(fā)需要，新開發(fā)匹配一款空濾器，根據(jù)整車提供的布置空間，空濾器設(shè)計(jì)成方形結(jié)構(gòu)，主要由上殼體、下殼體和濾芯三部分組成。安裝點(diǎn)由于布置受限，沒有設(shè)計(jì)成常用的多個(gè)安裝支腳的方式，而是布置在空濾器下殼體的底面，這樣的布置是否合理有效，能否滿足空濾器模態(tài)頻率及振型要求，需要進(jìn)一步的CAE分析。

2、有限元分析

2.1 有限元模型建立

根據(jù)數(shù)模建立有限元分析模型，如圖1所示，殼體采用SHELL單元離散，質(zhì)量采用CONM2單元分布在殼體表面，空濾器總成質(zhì)量為2.4kg，分析中使用的軟件有ANSA、NASTRAN和HYPERVIEW。

圖1 空濾器殼體有限元模型

2.2 邊界約束

分析所需要的邊界條件：約束空濾器殼體與車身安裝處全部自由度，如圖2所示。

圖2 空濾器分析邊界條件示意圖

2.3 參數(shù)確認(rèn)

空濾器材質(zhì)為PP-T30,彈性模量2600MPa，泊松比0.39，密度1.2g/cm3。

2.4 分析結(jié)果

空濾器殼體模態(tài)分析結(jié)果如圖3、圖4所示：

圖3 1階模態(tài)

圖4 2階模態(tài)

表1 前兩階固定頻率統(tǒng)計(jì)

從表1的前兩階固定頻率可以看出，空濾器的1階模態(tài)只有22.85Hz，小于整車提出的30Hz目標(biāo)值，不滿足使用要求。

3、結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 方案一

根據(jù)分析結(jié)果，為了有效控制空濾器殼體模態(tài)，我們提出了方案一：在上殼體模態(tài)最薄弱的地方增加一個(gè)固定安裝點(diǎn)，如圖5所示。經(jīng)過分析，這樣的布局，空濾器最低模態(tài)如圖6所示，可以達(dá)到87.42Hz，遠(yuǎn)大于目標(biāo)值30Hz，滿足使用要求。

雖然方案一從CAE的角度看，效果非常好，但是其增加的固定點(diǎn)位置在空濾器的上殼體，而上殼體是會(huì)隨著空濾器濾芯的定期保養(yǎng)，需要經(jīng)常拆卸的，這樣會(huì)造成空濾器上殼體拆裝困難。

圖5 方案一

圖6 方案一空濾器1階模態(tài)

3.2 方案二

為了解決方案一的缺陷，我們將新增安裝點(diǎn)選在空濾器的下殼體上，同時(shí)為了整車裝配方便性考慮，將安裝點(diǎn)選在空濾器下殼體的側(cè)面靠近上下殼體分界處。方案二如圖7所示，分析結(jié)果如圖8，最低模態(tài)46.04Hz，滿足使用要求。

Modal analysis and improvement of an air filter

Kang Jiangbo, Li Libo
（Anhui Jianghuai Automobile Group Corp.,Ltd., Anhui Hefei 230601）

The air filter will cause large vibration in the working process, at the same time by the engine excitation excitation, the vibration response caused serious damage, cracking failure of air filter and fatigue, which is also one of the main noise source of automobile. Therefore, in the design process, it must be carried out on the filter modal analysis to obtain its natural frequency, and improved design to reduce vibration and noise.The finite element model of a certain type of automobile air filter is established by CAE software, and the modal analysis is carried out, and the results are analyzed. Finally, the results are analyzed and evaluated, which provides reference and theoretical basis for the improvement and optimization of the filter shell structure.

Air filter; Natural frequency; Finite element; Modal analysis

圖7 方案二

U463.8

A

1671-7988(2017)02-14-03

康江波，（1986-）男，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。主要從事動(dòng)力匹配研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.005