一种新型排气消声器吊挂机构及受力分析

陈正江

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

消声器是汽车排气系统的重要组成部分，在货车上消声器一般体积较大、重量较重，同时消声器在工作时，表面温度非常高，在货车布置的时候，一般采用吊挂在车架下方的方式布置在汽车底盘上。

消声器通过排气管和其他排气组件链接在发动机的排气口，同时吊挂在车架或车身上，由于发动机和车架或车身相对消声器是两个不同的振动源，所以需要在吊挂上增加减振机构。

所以，消声器的吊挂机构在具备一定的承重功能的基础上，还须具备一定的减振功能。

1 现有消声器吊挂机构及受力分析

1.1 现有消声器吊挂机构

如图1所示，现有某货车消声器吊挂机构，由吊挂支架（与车架相连）、限位螺栓、钢板垫片、橡胶块1、橡胶块2、消声器固定卡箍等6个零件组成。安装顺序为，先将消声器与消声器固定卡箍预安装，再将吊挂支架安装在车架上，然后将减振块、钢板垫片、限位螺栓初装在吊挂支架上，最后将限位螺栓与消声器固定卡箍连接在一起并按要求扭矩预紧。

图1 现有某货车消声器吊挂机构

1.2 现有消声器吊挂机构受力分析

如图2所示，车架与吊挂支架刚性连接，消声器吊挂机构安装工作过程中，橡胶块1的张力为F1、变形量为L1，橡胶块2的张力为F2、变形量为L2，限位螺栓径向拉力为F3，消声器的重力为mg、消声器与车架的相对加速度为a。为简化分析与计算，本受力分析模型中限位螺栓、钢板垫片、橡胶块的质量均忽略不计，矢量均采用绝对值进行计算，F2、F3、mg、a向下为正，F1向上为正。

图2 现有某货车消声器吊挂机构受力分析

1）当静止时，在预紧力的作用下，橡胶块1的张力为F10，压缩量为L10、橡胶块2的张力为F20、压缩量为L20，限位螺栓径向拉力为F30，此时a=0，则：F30=mg+F20，F30=F10，F10=K1·L10，F20=K2·L20。

2）当消声器与车架的相对加速度向下时，F3=F1；在吊挂结构的作用下，消声器重心下移，橡胶块1相对静止时进一步压缩，此时橡胶块 1 的压缩量为 L1，则：L1＞L10，F1＞F10，F3＞F30。

3）当消声器与车架的相对加速度向上时，在吊挂结构的作用下，消声器重心上移，此时F3=F1，橡胶块2相对静止时进一步压缩，此时橡胶块2的压缩量为L2，此时橡胶块1压缩相对静止时减少压缩量为L1，则，L1=L10-（L2-L20），其中 L2＞L20，则：L1＜L10，F1＜F10，F3＜F30。

所以，现有某货车消声器吊挂机构在实际使用过程中，当消声器与车架的相对加速度向上时，限位螺栓的径向拉力F3小于静止时预紧力矩的轴向拉力F30，则此时限位螺栓存在松动风险。

2 新型消声器吊挂机构及受力分析

2.1 新型消声器吊挂机构

如图3所示，新型的消声器吊挂减振机构，由吊挂支架（与车架相连）、限位螺栓、钢板垫片1、钢板垫片2、导向钢筒、橡胶块4、橡胶块5、橡胶块6、消声器固定卡箍等10个零件组成。

安装顺序为，先将消声器与消声器固定卡箍预安装，再将吊挂支架安装在车架上，其次将限位螺栓、钢板垫片1、钢板垫片2、导向钢筒、橡胶块3、橡胶块4、橡胶块5等初装在吊挂支架上，最后将限位螺栓与消声器固定卡箍连接在一起并按要求预紧。

图3 新型的消声器吊挂机构

2.2 新型消声器吊挂机构受力分析

如图4所示，车架与吊挂支架刚性连接，消声器吊挂机构安装工作过程中，橡胶块4的张力为F4、变形量为L4、刚度为K4，橡胶块5的张力为F5、变形量为L5、刚度为K5，橡胶块6的张力为F6、变形量为L6、刚度为K6，限位螺栓径向拉力为F7，消声器的重力为mg、消声器与车架的相对加速度为a。为简化分析与计算，本受力分析模型中限位螺栓、钢板垫片、橡胶块、导向钢筒的质量均忽略不计，矢量均采用绝对值进行计算，F6、F7、mg、a向下为正，F4、F5向上为正。

图4 新型的消声器吊挂机构受力分析

1）当静止时，在预紧力的作用下，橡胶块4的张力为F40，压缩量为L40、橡胶块5的张力为F50、压缩量为L50，橡胶块6的张力为F60、压缩量为L60，限位螺栓径向拉力为F70，此时a=0，则：F70=mg+F60，F70=F40=F50。

2）当消声器与车架的相对加速度向下时，在吊挂结构的作用下，消声器重心下移，此时F7=F4=F5，橡胶块4相对静止时进一步压缩，此时的压缩量为 L4，且 L4＞L40，则：F4＞F40，F7＞F70。

3）当消声器与车架的相对加速度向上时，在吊挂结构的作用下，消声器重心上移，此时F7=F4，橡胶块4相对静止时压缩量不变， 则：L4=L40，F4=F40，F7=F70。

所以，新型消声器吊挂机构在实际使用过程中，无论当消声器与车架的相对加速度向上还是向下，限位螺栓的径向拉力F7均大于或者等于静止时预紧力矩的轴向拉力F70，如设定F70限位螺栓放松的预紧轴向力，减少限位螺栓的松动风险。

3 结束语

消声器的吊挂机构具备一定的承重和减振性能，在实现减振的过程中，伴随着消声器的位移，采用现有的消声器吊挂机构，虽然结构简单，但是在消声器上下位移的过程中，会出现限位螺栓紧固力小于预紧力，增加松动风险。

新型的消声器吊挂机构，通过导力钢管改变力的传递路径，保障在消声器上下位移的过程中，限位螺栓的紧固力始终大于或者等于预紧力，减少松动风险。