Sebagai komponen penting dalam sistem mesin, fungsi utama kendaraan pemegang filter adalah untuk menopang dan memperbaiki elemen filter untuk memastikan bahwa elemen filter mempertahankan posisi stabil dan kondisi kerja yang andal selama pengoperasian mesin. Meskipun ukuran dudukan filter tidak besar, desain struktural dan bobotnya mempunyai pengaruh penting terhadap kinerja keseluruhan kendaraan. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan semakin ketatnya persyaratan global untuk efisiensi bahan bakar dan perlindungan lingkungan, desain penahan filter kendaraan yang ringan telah menjadi tren yang tak terelakkan.
Tujuan inti dari desain ringan adalah:
Meningkatkan efisiensi bahan bakar: Penahan filter yang ringan dapat mengurangi massa total kendaraan, mengurangi beban pada mesin, sehingga meningkatkan penghematan bahan bakar dan mengurangi emisi karbon dioksida.
Mengoptimalkan performa dinamis kendaraan: Mengurangi bobot bodi kendaraan dapat meningkatkan akselerasi, performa pengereman, dan kestabilan pengendalian, terutama saat berakselerasi, mengerem, dan berkendara pada kecepatan tinggi, desain yang ringan dapat meningkatkan pengendalian kendaraan secara signifikan.
Mengurangi getaran kendaraan: Mengurangi bobot dudukan filter dapat mengurangi transmisi getaran mesin, mengurangi dampak pada bagian lain kendaraan, dan meningkatkan kenyamanan berkendara.
Desain dudukan filter yang ringan tidak hanya dicapai dengan mengurangi jumlah material yang digunakan, namun memerlukan serangkaian metode desain optimasi untuk memastikan bahwa kekuatan, kekakuan, dan stabilitas dudukan tidak terpengaruh. Berikut ini adalah beberapa teknologi desain ringan yang umum:
(1) Optimalisasi pemilihan material
Bahan merupakan faktor kunci yang mempengaruhi ringannya braket elemen filter. Braket elemen filter tradisional sering kali menggunakan bahan logam berdensitas tinggi seperti baja atau besi tuang. Meskipun material ini memiliki kekuatan dan daya tahan yang tinggi, namun kepadatannya yang tinggi menyebabkan braket elemen filter menjadi berat. Dengan berkembangnya material yang ringan dan berkekuatan tinggi, desain braket elemen filter modern secara bertahap cenderung menggunakan material berikut untuk mencapai tujuan bobot yang lebih ringan:
Paduan aluminium: Paduan aluminium memiliki kekuatan tinggi dan kepadatan rendah, sekitar sepertiga lebih ringan dari baja, dan memiliki ketahanan korosi yang baik, serta cocok untuk digunakan di lingkungan bersuhu tinggi dan beban tinggi. Paduan aluminium tidak hanya dapat secara efektif mengurangi berat braket elemen filter, tetapi juga memastikan stabilitas jangka panjangnya di lingkungan suhu tinggi dan getaran mesin. Karena kinerja pemrosesan paduan aluminium yang baik, paduan aluminium sering digunakan dalam produksi braket elemen filter skala besar.
Paduan magnesium: Paduan magnesium memiliki kepadatan lebih rendah dibandingkan paduan aluminium dan merupakan salah satu bahan struktural paling ringan yang diketahui hingga saat ini. Meskipun paduan magnesium tidak sekuat paduan aluminium, namun secara efektif dapat mengurangi berat braket elemen filter pada beberapa desain yang tidak menanggung beban berlebihan, dan ketahanan suhu tinggi serta ketahanan korosi telah ditingkatkan secara bertahap, dan secara bertahap telah digunakan dalam industri otomotif.
Material komposit: Material komposit plastik dan serat karbon juga merupakan material penting untuk desain yang ringan. Plastik berkekuatan tinggi dan material komposit lebih ringan dari material logam dan dapat memberikan ketahanan korosi dan ketahanan lelah yang baik. Khususnya dalam skenario aplikasi dengan persyaratan kekuatan rendah, material komposit dapat secara efektif mengurangi berat braket elemen filter.
Plastik berkekuatan tinggi: seperti nilon yang diperkuat, poliester, dll., memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik, dan secara efektif dapat memenuhi persyaratan desain braket elemen filter. Dengan kemajuan teknologi manufaktur, kinerja plastik modern berkekuatan tinggi semakin mendekati logam, dan dapat memberikan fleksibilitas pemrosesan yang lebih tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah.
(2) Desain optimasi struktural
Selain pemilihan material, desain struktur braket elemen filter juga menjadi kunci untuk mencapai bobot yang ringan. Dengan mengoptimalkan desain struktur, penggunaan material yang tidak perlu dapat dikurangi dengan tetap menjaga kekuatan dan kekakuan braket. Metode optimasi struktural yang umum meliputi:
Desain struktur berongga: Struktur berongga adalah metode umum desain ringan. Dengan merancang rongga di dalam braket elemen filter, tidak hanya penggunaan bahan yang dapat dikurangi, tetapi berat keseluruhan juga dapat dikurangi. Struktur berongga dapat secara efektif mengurangi berat braket tanpa mengorbankan kekuatan dan kekakuannya, dan cocok untuk desain braket elemen filter yang memerlukan kapasitas menahan beban lebih tinggi. Desain berongga biasanya menjalani analisis mekanis yang tepat untuk memastikan bahwa kekuatan braket tidak akan terlalu terpengaruh sekaligus mengurangi berat.
Desain rusuk: Desain rusuk atau rusuk dapat secara efektif meningkatkan kekakuan dan kekuatan braket elemen filter dan mencegah braket berubah bentuk di bawah beban dan getaran yang tinggi. Desain rusuk biasanya mengadopsi bentuk geometris yang masuk akal untuk memusatkan material di area yang perlu menahan tekanan lebih besar, sehingga mengurangi penggunaan material sekaligus memastikan kekuatan braket.
Desain struktur kisi: Struktur kisi digunakan untuk membagi struktur braket menjadi beberapa unit kecil. Dengan merancang bentuk dan ketebalan setiap unit kecil secara wajar, distribusi material dapat dioptimalkan untuk mencapai tujuan pengurangan berat. Desain struktur ini biasanya dipadukan dengan teknologi rekayasa modern seperti analisis elemen hingga (FEA) untuk memastikan penggunaan material di setiap unit seimbang secara optimal.
Desain terintegrasi: Braket elemen filter tradisional sering kali memerlukan beberapa bagian untuk dirakit. Melalui desain terintegrasi, fungsi beberapa bagian dapat digabungkan menjadi satu struktur keseluruhan, sehingga mengurangi jumlah bagian dan kompleksitas sambungan dan perakitan. Desain terintegrasi tidak hanya mengurangi bobot, tetapi juga meningkatkan efisiensi produksi, serta dapat mengurangi gesekan kontak antar bagian dan mengurangi terjadinya kegagalan.
Optimalkan metode koneksi: Bagian sambungan braket elemen filter adalah bagian penting dari desain struktural. Dengan mengoptimalkan metode sambungan, seperti pengelasan, paku keling, atau perangkat sambungan cepat, kompleksitas dan jumlah bagian braket dapat dikurangi. Selain itu, penggunaan konektor ringan atau komponen koneksi terintegrasi dapat secara efektif mengurangi bobot keseluruhan.
