某款空滤器的模态分析与改进

2017-02-25康江波李立波

汽车实用技术 2017年2期

关键词：滤器江波振型

康江波，李立波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601）

某款空滤器的模态分析与改进

康江波，李立波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601）

空滤器在工作过程中会产生较大的振动，同时受到来自发动机等激振源的激励，会产生严重的振动响应，引起空滤器的开裂损坏和疲劳失效，同时这也是汽车的主要噪声源之一。因此，在设计过程中必须对滤清器进行模态分析，获得其固有频率，改进其设计，以减少其产生的振动与噪音。利用CAE软件建立某型汽车空滤器有限元模型，进行模态分析，得到分析结果。最后对结果进行了分析和评价，为改进和优化空滤器外壳结构提供参考和理论依据。

空滤器；固有频率；有限元；模态分析

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

引言

汽车进气系统的主要功能是向发动机提供清洁、干燥、温度和压力适当的空气，以最大限度地降低发动机磨损并保持最佳的发动机性能。空滤器作为其中重要的组成部分，主要是过滤空气中的灰尘和固体颗粒，降低发动机的磨损。空滤器的设计一般也是进气系统设计的一大重点、难点。开发空滤器除了考虑本身功能性要求外，还应把空滤器壳体模态考虑到位，防止空滤器模态频率及振型与整车不匹配，后期由于震动问题造成空滤器过早开裂，影响使用寿命。

某款空滤器开发过程中，为了了解和评价该空滤器模态频率及振型是否满足整车要求，我们对结构进行了CAE分析研究，发现模态偏低。同时通过优化，确定整改方案，使得空滤器壳体模态达到目标值。

1、现状描述

为了满足某轻型客车开发需要，新开发匹配一款空滤器，根据整车提供的布置空间，空滤器设计成方形结构，主要由上壳体、下壳体和滤芯三部分组成。安装点由于布置受限，没有设计成常用的多个安装支脚的方式，而是布置在空滤器下壳体的底面，这样的布置是否合理有效，能否满足空滤器模态频率及振型要求，需要进一步的CAE分析。

2、有限元分析

2.1 有限元模型建立

根据数模建立有限元分析模型，如图1所示，壳体采用SHELL单元离散，质量采用CONM2单元分布在壳体表面，空滤器总成质量为2.4kg，分析中使用的软件有ANSA、NASTRAN和HYPERVIEW。

图1 空滤器壳体有限元模型

2.2 边界约束

分析所需要的边界条件：约束空滤器壳体与车身安装处全部自由度，如图2所示。

图2 空滤器分析边界条件示意图

2.3 参数确认

空滤器材质为PP-T30,弹性模量2600MPa，泊松比0.39，密度1.2g/cm³。

2.4 分析结果

空滤器壳体模态分析结果如图3、图4所示：

图3 1阶模态

图4 2阶模态

表1 前两阶固定频率统计

从表1的前两阶固定频率可以看出，空滤器的1阶模态只有22.85Hz，小于整车提出的30Hz目标值，不满足使用要求。

3、结构优化

3.1 方案一

根据分析结果，为了有效控制空滤器壳体模态，我们提出了方案一：在上壳体模态最薄弱的地方增加一个固定安装点，如图5所示。经过分析，这样的布局，空滤器最低模态如图6所示，可以达到87.42Hz，远大于目标值30Hz，满足使用要求。

虽然方案一从CAE的角度看，效果非常好，但是其增加的固定点位置在空滤器的上壳体，而上壳体是会随着空滤器滤芯的定期保养，需要经常拆卸的，这样会造成空滤器上壳体拆装困难。

图5 方案一

图6 方案一空滤器1阶模态

3.2 方案二

为了解决方案一的缺陷，我们将新增安装点选在空滤器的下壳体上，同时为了整车装配方便性考虑，将安装点选在空滤器下壳体的侧面靠近上下壳体分界处。方案二如图7所示，分析结果如图8，最低模态46.04Hz，满足使用要求。

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