漆杰，童元

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車散熱器輕量化改進(jìn)

漆杰，童元

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

通過采用高性能的鋁合金材料，并對散熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對某車型現(xiàn)有的散熱器的輕量化改進(jìn)。以兩種方案裝配互換為前提，不修改散熱器在整車位置中的邊界。通過計(jì)算機(jī)輔助集成技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)，對于水室的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行有效的校核，改進(jìn)后的散熱器與原方案總成換熱性能相當(dāng)，而總成降重達(dá)到22%。

散熱器；輕量化；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；換熱性能

CLC NO.: U461.99 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)07-58-03

引言

汽車輕量化主要通過采用輕量化材料和輕量化制造工藝，以及對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。汽車散熱器主要由水室、主板、側(cè)板、散熱管、散熱帶（片）組成[1]。在整車狀態(tài)時(shí)，防凍液充滿散熱器內(nèi)部，一般乘用車散熱器總成和防凍液約占整車重量的1%～1.5%，因此冷卻系統(tǒng)的降重對整車來說具有積極的意義。

本文案例在不改變現(xiàn)有車型散熱器邊界的條件下，通過優(yōu)化水室結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)用改進(jìn)的鋁合金對主板、散熱管、散熱帶進(jìn)行優(yōu)化，最終優(yōu)化的方案與原方案性能相當(dāng)，而優(yōu)化后的散熱器降重達(dá)到22%。

1、優(yōu)化設(shè)計(jì)

散熱器方案改進(jìn)的原則是新舊方案能夠互換。散熱器在整車空間的布置邊界主要有：左右是前端模塊豎梁，上下是前端模塊安裝面和安裝孔，前面是冷凝器及其管路，后面是冷卻風(fēng)扇。

本次優(yōu)化的方法是：a、合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。將水室結(jié)構(gòu)進(jìn)行減小處理。初步優(yōu)化處理之后，通過計(jì)算機(jī)輔助集成技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)，對于水室的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行有效的校核，優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)；b、高性能鋁合金應(yīng)用[2-3]。在滿足芯體強(qiáng)度、爆破以及換熱性能相當(dāng)?shù)纫蟮那疤嵯?，減小散熱管、散熱帶、主板尺寸[4]。

1.1 邊界匹配

冷卻風(fēng)扇總成安裝在兩個(gè)水室上，兩個(gè)部件的接觸面要保持較小的間距，以避免干涉受力和漏風(fēng)。由于總成在布置空間受到限制，各組件需在滿足優(yōu)化前后總成能夠互換的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，具體方案如下表1：

表1 散熱器總成邊界優(yōu)化說明

1.2 水室、主板、護(hù)板結(jié)構(gòu)改進(jìn)

散熱器水室、主板、護(hù)板的主要作用是分配和匯聚散熱管中的冷卻液，承受部分散熱器總成自重和工作室系統(tǒng)壓力[5]。這三種部件的改進(jìn)方向是降低料厚，改變結(jié)構(gòu)尺寸，具體舉措和說明如下表2：

表2 水室、主板、護(hù)板結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1.3 散熱器管和散熱帶結(jié)構(gòu)改進(jìn)

散熱器芯子是散熱器的核心部分，由散熱管和散熱帶組成，起主要散熱作用。散熱管增加管子數(shù)量，散熱帶降低波高以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)換熱需求和總成的強(qiáng)度要求，具體優(yōu)化舉措如下表3：

表3 散熱器管和散熱帶結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1.4 主板、散熱管和散熱帶材料改進(jìn)

在選擇散熱器的材料時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)：傳熱性能好、抗腐蝕能力強(qiáng)、具有足夠的強(qiáng)度、有良好的釬焊性能、易于加工成型及好的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)以上要求，對于散熱器來說，要提高材料的利用率，減少合金的消耗，尋找替代材料。方案中使用的散熱管料合金機(jī)械性能對比如下表4：

表4 散熱管料合金機(jī)械性能對比

散熱帶材料機(jī)械性能對比如下表5：

表5 散熱帶料合金機(jī)械性能對比

2、優(yōu)化方案的分析測試

2.1 剛度、耐爆破性能分析

分析確認(rèn)散熱器各部件尤其是受壓部件的應(yīng)力大小，檢查剛度是否滿足要求，是汽車散熱器設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)分析優(yōu)化后的散熱器剛度和耐爆破性能均由于原方案，具體分析結(jié)果如下表6：

表6 剛度、耐爆破分析結(jié)果

2.2 換熱特性分析

通過換熱性能測試，對比測試結(jié)果見下表7。在相同的進(jìn)風(fēng)量時(shí)，優(yōu)化后的散熱器換熱量大于原散熱器；而相同風(fēng)速和流量時(shí)，優(yōu)化后的散熱器風(fēng)阻和水阻有所上升；但散熱器綜合性能基本相當(dāng)[6]。

表7 換熱性能測試分析結(jié)果

2.3 方案重量對比

從表8中各組件降重的數(shù)據(jù)看出，優(yōu)化方案比原方案的散熱器總重量減少了0.627kg，降重比例為22%。

表8 兩種方案重量對比

3、結(jié)論

本文根據(jù)汽車輕量化技術(shù)降重的方法，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料的應(yīng)用，以具體方案詳細(xì)說明了一款散熱器總成在維持綜合性能基本相當(dāng)?shù)那疤嵯拢_(dá)到有效降重的過程。本文總結(jié)的改進(jìn)過程和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為散熱器總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和輕量化工作提供了一個(gè)參考。

[1] 王鵬.發(fā)動機(jī)散熱器的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村實(shí)用科技信息.2015(2)：52.

[2] 付京京.汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其實(shí)施途徑分析[J].信息系統(tǒng)工程.2016(7)：79.

[3] 魯春艷.汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其實(shí)施途徑[J].輕型汽車技術(shù).2007(6)22-25.

[4] 谷操;董慶麗;趙迎豐.移動作業(yè)機(jī)械冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].車輛與動力技術(shù).2016（1）51-54.

[5] 顧海.Nocolok鋁釬焊散熱器新技術(shù)[J].機(jī)械工人.熱加工.2006 (12)46-48.

[6] 孫朝,葉立,黃浩明等.車用管帶式散熱器性能研究[J].能源工程. 2016(3)：64-68.

Based on the CAE analysis of automobile traction device design optimization

Qi Jie, Tong Yuan
( Anhui Jianghuai Automobile CO. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Through the use of high-performance aluminum alloy materials, and the optimization of the radiator structure design, the realization of a model of the existing radiator lightweight improvement. Taking two kinds of schemes as the precondition, the boundary of the radiator in the position of the vehicle is not modified. Through computer aided integrated technology and structure analysis technology, the water chamber of the strength and stiffness of effective check radiator improved with the original plan to total heat transfer performance, and assembly weight reduction reached 22%.

The radiator; Lightweight; Structural optimization; Heat transfer characteristic

U461.99

：A

：：1671-7988 (2017)07-58-03

漆杰 (1984- ) 男，工學(xué)學(xué)士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。主要從事：乘用車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.025