Como componente importante del sistema del motor, la función principal del vehículo portafiltros es soportar y fijar el elemento filtrante para garantizar que el elemento filtrante mantenga una posición estable y un estado de funcionamiento confiable durante el funcionamiento del motor. Aunque el portafiltro no tiene un tamaño grande, su diseño estructural y peso tienen un impacto importante en el rendimiento de todo el vehículo. En los últimos años, con los requisitos globales cada vez más estrictos en materia de eficiencia de combustible y protección del medio ambiente, el diseño liviano de los portafiltros de los vehículos se ha convertido en una tendencia inevitable.
El objetivo principal del diseño ligero es:
Mejore la eficiencia del combustible: el portafiltros liviano puede reducir la masa total del vehículo, reducir la carga sobre el motor y así mejorar la economía de combustible y reducir las emisiones de dióxido de carbono.
Optimice el rendimiento dinámico del vehículo: Reducir el peso de la carrocería del vehículo puede mejorar la aceleración, el rendimiento de frenado y la estabilidad de manejo, especialmente al acelerar, frenar y conducir a altas velocidades, el diseño liviano puede mejorar significativamente el manejo del vehículo.
Reducir la vibración del vehículo: Reducir el peso del portafiltro puede reducir la transmisión de la vibración del motor, reducir el impacto en otras partes del vehículo y mejorar la comodidad de conducción.
El diseño liviano del portafiltro no se logra simplemente reduciendo la cantidad de material utilizado, sino que requiere una serie de métodos de diseño de optimización para garantizar que la resistencia, rigidez y estabilidad del portafiltro no se vean afectadas. Las siguientes son algunas tecnologías de diseño ligero comunes:
(1) Optimización de la selección de materiales
El material es un factor clave que afecta el peso ligero de los soportes de los elementos filtrantes. Los soportes de elementos filtrantes tradicionales suelen utilizar materiales metálicos de alta densidad, como acero o hierro fundido. Aunque estos materiales tienen alta resistencia y durabilidad, su alta densidad hace que el soporte del elemento filtrante sea pesado. Con el desarrollo de materiales livianos y de alta resistencia, el diseño de soportes de elementos filtrantes modernos ha tendido gradualmente a utilizar los siguientes materiales para lograr el objetivo de aligerar el peso:
Aleación de aluminio: la aleación de aluminio tiene alta resistencia y baja densidad, es aproximadamente un tercio más liviana que el acero, tiene buena resistencia a la corrosión y es adecuada para su uso en entornos de alta temperatura y alta carga. La aleación de aluminio no solo puede reducir eficazmente el peso del soporte del elemento filtrante, sino que también garantiza su estabilidad a largo plazo en el entorno de alta temperatura y vibración del motor. Debido al buen rendimiento de procesamiento de la aleación de aluminio, se utiliza a menudo en la producción a gran escala de soportes de elementos filtrantes.
Aleación de magnesio: la aleación de magnesio tiene una densidad menor que la aleación de aluminio y es uno de los materiales estructurales más livianos conocidos hasta la fecha. Aunque la aleación de magnesio no es tan fuerte como la aleación de aluminio, puede reducir efectivamente el peso del soporte del elemento filtrante en algunos diseños que no soportan cargas excesivas, y su resistencia a altas temperaturas y a la corrosión se ha mejorado gradualmente y se ha utilizado gradualmente en la industria automotriz.
Materiales compuestos: los plásticos y los materiales compuestos de fibra de carbono también son materiales importantes para el diseño liviano. Los plásticos y materiales compuestos de alta resistencia son más livianos que los materiales metálicos y pueden proporcionar buena resistencia a la corrosión y a la fatiga. Especialmente en escenarios de aplicación con requisitos de baja resistencia, los materiales compuestos pueden reducir efectivamente el peso del soporte del elemento filtrante.
Plásticos de alta resistencia: como nailon reforzado, poliéster, etc., tienen buena resistencia y tenacidad y pueden cumplir eficazmente los requisitos de diseño del soporte del elemento filtrante. Con el avance de la tecnología de fabricación, el rendimiento de los plásticos modernos de alta resistencia se acerca cada vez más al de los metales y puede proporcionar una mayor flexibilidad de procesamiento y menores costos de producción.
(2) Diseño de optimización estructural
Además de la selección de materiales, el diseño estructural del soporte del elemento filtrante también es la clave para lograr un peso ligero. Al optimizar el diseño estructural, se puede reducir el uso innecesario de materiales manteniendo al mismo tiempo la resistencia y rigidez del soporte. Los métodos comunes de optimización estructural incluyen:
Diseño de estructura hueca: la estructura hueca es un método común de diseño liviano. Al diseñar una cavidad dentro del soporte del elemento filtrante, no sólo se puede reducir el uso de materiales, sino que también se puede reducir el peso total. La estructura hueca puede reducir eficazmente el peso del soporte sin sacrificar su resistencia y rigidez, y es adecuada para el diseño de soportes de elementos filtrantes que requieren una mayor capacidad de carga. El diseño hueco generalmente se somete a un análisis mecánico preciso para garantizar que la resistencia del soporte no se vea muy afectada al tiempo que se reduce el peso.
Diseño de nervaduras: El diseño de las nervaduras o nervaduras puede mejorar eficazmente la rigidez y resistencia del soporte del elemento filtrante y evitar que el soporte se deforme bajo cargas y vibraciones elevadas. El diseño de las nervaduras suele adoptar una forma geométrica razonable para concentrar el material en el área que necesita soportar mayor tensión, reduciendo así el uso de materiales y asegurando la resistencia del bracket.
Diseño de estructura de cuadrícula: la estructura de cuadrícula se utiliza para dividir la estructura del soporte en varias unidades pequeñas. Al diseñar razonablemente la forma y el grosor de cada unidad pequeña, se puede optimizar la distribución de materiales para lograr el propósito de reducir el peso. Este diseño estructural generalmente se combina con tecnologías de ingeniería modernas, como el análisis de elementos finitos (FEA), para garantizar que el uso de materiales en cada unidad esté óptimamente equilibrado.
Diseño integrado: los soportes de elementos filtrantes tradicionales a menudo requieren varias piezas para ensamblarse. A través del diseño integrado, las funciones de múltiples piezas se pueden combinar en una estructura general, reduciendo así la cantidad de piezas y la complejidad de la conexión y el ensamblaje. El diseño integrado no solo reduce el peso, sino que también mejora la eficiencia de la producción y puede reducir la fricción de contacto entre las piezas y reducir la aparición de fallas.
Optimice el método de conexión: la parte de conexión del soporte del elemento filtrante es una parte importante del diseño estructural. Optimizando el método de conexión, como soldadura, remachado o dispositivos de conexión rápida, se puede reducir la complejidad y el número de piezas del soporte. Además, el uso de conectores livianos o componentes de conexión integrados puede reducir efectivamente el peso total.
