Como um componente importante no sistema do motor, a principal função do veículo porta-filtro é apoiar e fixar o elemento filtrante para garantir que o elemento filtrante mantenha uma posição estável e um estado de funcionamento confiável durante a operação do motor. Embora o porta-filtro não seja grande, seu design estrutural e peso têm um impacto importante no desempenho de todo o veículo. Nos últimos anos, com os requisitos globais cada vez mais rigorosos em termos de eficiência de combustível e proteção ambiental, o design leve dos porta-filtros dos veículos tornou-se uma tendência inevitável.
O objetivo principal do design leve é:
Melhorar a eficiência de combustível: O porta-filtro leve pode reduzir a massa total do veículo, reduzir a carga sobre o motor e, assim, melhorar a economia de combustível e reduzir as emissões de dióxido de carbono.
Otimizar o desempenho dinâmico do veículo: Reduzir o peso da carroceria do veículo pode melhorar a aceleração, o desempenho de frenagem e a estabilidade de manuseio, especialmente ao acelerar, frear e dirigir em altas velocidades, o design leve pode melhorar significativamente o manuseio do veículo.
Reduzir a vibração do veículo: Reduzir o peso do porta-filtro pode reduzir a transmissão da vibração do motor, reduzir o impacto em outras partes do veículo e melhorar o conforto de direção.
O design leve do porta-filtro não é alcançado simplesmente pela redução da quantidade de material usado, mas requer uma série de métodos de projeto de otimização para garantir que a resistência, rigidez e estabilidade do porta-filtro não sejam afetadas. A seguir estão algumas tecnologias comuns de design leve:
(1) Otimização da seleção de materiais
O material é um fator chave que afeta o peso leve dos suportes do elemento filtrante. Os suportes de elementos filtrantes tradicionais geralmente usam materiais metálicos de alta densidade, como aço ou ferro fundido. Embora esses materiais tenham alta resistência e durabilidade, sua alta densidade faz com que o suporte do elemento filtrante seja pesado. Com o desenvolvimento de materiais leves e de alta resistência, o design de suportes de elementos filtrantes modernos tendeu gradualmente a usar os seguintes materiais para atingir o objetivo de redução de peso:
Liga de alumínio: A liga de alumínio tem alta resistência e baixa densidade, é cerca de um terço mais leve que o aço e tem boa resistência à corrosão e é adequada para uso em ambientes de alta temperatura e alta carga. A liga de alumínio pode não apenas reduzir efetivamente o peso do suporte do elemento filtrante, mas também garantir sua estabilidade a longo prazo no ambiente de alta temperatura e vibração do motor. Devido ao bom desempenho de processamento da liga de alumínio, ela é frequentemente usada na produção em larga escala de suportes de elementos filtrantes.
Liga de magnésio: A liga de magnésio tem densidade menor que a liga de alumínio e é um dos materiais estruturais mais leves conhecidos até hoje. Embora a liga de magnésio não seja tão forte quanto a liga de alumínio, ela pode efetivamente reduzir o peso do suporte do elemento filtrante em alguns projetos que não suportam cargas excessivas, e sua resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão foram gradualmente melhoradas, e tem sido gradualmente usada na indústria automotiva.
Materiais compósitos: Plásticos e materiais compósitos de fibra de carbono também são materiais importantes para designs leves. Plásticos e materiais compósitos de alta resistência são mais leves que os materiais metálicos e podem fornecer boa resistência à corrosão e à fadiga. Especialmente em cenários de aplicação com requisitos de baixa resistência, os materiais compósitos podem efetivamente reduzir o peso do suporte do elemento filtrante.
Plásticos de alta resistência: como náilon reforçado, poliéster, etc., têm boa resistência e tenacidade e podem atender com eficácia aos requisitos de projeto do suporte do elemento filtrante. Com o avanço da tecnologia de fabricação, o desempenho dos plásticos modernos de alta resistência está cada vez mais próximo dos metais e pode proporcionar maior flexibilidade de processamento e menores custos de produção.
(2) Projeto de otimização estrutural
Além da seleção de materiais, o design estrutural do suporte do elemento filtrante também é a chave para alcançar leveza. Ao otimizar o projeto estrutural, o uso desnecessário de material pode ser reduzido, mantendo a resistência e a rigidez do suporte. Os métodos comuns de otimização estrutural incluem:
Projeto de estrutura oca: A estrutura oca é um método comum de design leve. Ao projetar uma cavidade dentro do suporte do elemento filtrante, não apenas o uso de materiais pode ser reduzido, mas também o peso total pode ser reduzido. A estrutura oca pode efetivamente reduzir o peso do suporte sem sacrificar sua resistência e rigidez, e é adequada para o projeto de suportes de elementos filtrantes que exigem maior capacidade de carga. O design oco geralmente passa por uma análise mecânica precisa para garantir que a resistência do suporte não seja muito afetada e ao mesmo tempo reduza o peso.
Design de nervuras: O design das nervuras ou nervuras pode efetivamente aumentar a rigidez e a resistência do suporte do elemento filtrante e evitar que o suporte se deforme sob alta carga e vibração. O desenho da nervura costuma adotar um formato geométrico razoável para concentrar o material na área que precisa suportar maiores tensões, reduzindo assim o uso de materiais e garantindo a resistência do braquete.
Projeto de estrutura de grade: A estrutura de grade é usada para dividir a estrutura do suporte em várias unidades pequenas. Ao projetar razoavelmente a forma e a espessura de cada unidade pequena, a distribuição dos materiais pode ser otimizada para atingir o objetivo de redução de peso. Este projeto estrutural é geralmente combinado com tecnologias modernas de engenharia, como análise de elementos finitos (FEA), para garantir que o uso de materiais em cada unidade seja perfeitamente equilibrado.
Design integrado: Os suportes de elementos de filtro tradicionais geralmente exigem a montagem de várias peças. Através do design integrado, as funções de múltiplas peças podem ser combinadas numa estrutura global, reduzindo assim o número de peças e a complexidade de ligação e montagem. O design integrado não apenas reduz o peso, mas também melhora a eficiência da produção e pode reduzir o atrito de contato entre as peças e reduzir a ocorrência de falhas.
Método de conexão otimizado: A parte de conexão do suporte do elemento filtrante é uma parte importante do projeto estrutural. Ao otimizar o método de conexão, como soldagem, rebitagem ou dispositivos de conexão rápida, a complexidade e o número de peças do suporte podem ser reduzidos. Além disso, o uso de conectores leves ou componentes de conexão integrados pode efetivamente reduzir o peso total.
