电动车保险盒支架的轻量化设计

电动车保险盒支架的轻量化设计

赵星月马江浩

曼德电子电器有限公司保定徐水电气系统分公司河北保定071000

摘要：汽车保险盒是工业生产中一种复杂的工件，用于安装汽车保险丝，是汽车电器线路的保护装置，用于汽车线路出故障时判断问题所在，对保护汽车内部线路安全起到重要作用。鉴于此，本文主要研究了电动车保险盒支架轻量化设计的相关内容，希望以此能为同行从业人员提供一定的借鉴参考依据。

关键词：电动车；保险盒支架；轻量化设计

1引言

“十三五”期间我国新能源汽车重点专项布局有三方面，其中纯电动力系统是下个五年主攻的系统，主要是智能化、轻量化、底盘一体化方面。汽车轻量化无疑是未来电动车发展的一大趋势。电动车的轻量化设计是电动车设计里面很重要的环节，它可以提高能源的高效使用，节约成本。电动车轻量化有三个途径，一个是结构设计的优化，一个是使用轻量化材料，还有一个是轻量化材料的成型技术。本文介绍电动车的结构优化设计，在满足支架的技术要求，结合轻量化设计原则，利用Solidworkssimulation进行有限元分析，使结构的某种性能指标达到最优化。

2保险盒概述

汽车保险盒就是汽车中用于安装保险丝的盒子，一般情况下按照安装保险丝的尺寸大小可分为三类：一类是小号汽车保险丝盒；还有一类是中号汽车保险丝盒；再就是大号汽车保险丝盒。通用注塑材料有：塑料、尼龙、电木、PBT工程塑料，每种材质不同其耐高温程度不一。另外，如果按照按材质分，则可以分为塑胶保险盒，电木保险盒。按照环保理念分，可以分为环保保险盒，非环保保险盒。按照安装方式分：可以分为引线式保险盒和电路板式保险盒，仪表面板安装保险盒。如果将发动机比作汽车的心脏，那么保险丝盒就是汽车的中枢神经，保险丝盒负责向车体的各部位传达驾驶信息，是汽车电子控制元件中的关键部件，也是汽车车体中技术含量较高、对工艺要求较严格的部品之一。

3轻量化设计的现状及意义

随着经济的快速发展，越来越多的汽车出现在家家户户中，并且汽车的普及对我们的生活也越来越便捷，所以汽车在我们的日常生活和经济环境领域都至关重要。汽车给人们带来的第一印象就是方便和快捷，但是在汽车发展领域要更多的向安全、低成本、节能环保以及智能化的方向发展。由于当今社会中人们对生活质量要求的不断提高和不可再生资源的日益减少，所以汽车行业更多的是考虑到汽车燃料的使用和对尾气对环境的污染情况。通过相关数据表明，汽车在进行设置的质量减少百分之十，就可以对应的降低百分之六到八的耗油量。如今在全球范围内都对此进行了相应的改革，比如在2010年的美国PNGV计划对轿车汽油的使用量设置为34千米每升，那么对于其他类型汽车的排放量进行严格的控制；再比如说，在欧洲地区的汽车主要生产厂家也做出相应的调整，降低百分之二十五以上的能源消耗12焦。同样，我国就排放量问题也做出相应的调整，在北京地区我国严格控制了汽车尾气排放的标准。所以就汽车轻量化设计的问题上，要对车体的质量进行调整，一方面可以有效的减少材料的使用量，另一方面还可以减少汽轻量化设计理论在商用汽车上的应用车尾气的排放量，减少对环境的破坏。这一措施也是轻量化设计的核心，与此同时也在全球范围内各个汽车生产行业之间达成共识，并且通过实践取得一定的成效。

4电动车保险盒支架轻量化技术的应用现状

4.1高强度钢的应用

通常情况下，对钢进行强化，主要有以下几种：1）采用加碳强化方式。在钢当中，含碳量百分比和刚度也有所不同。这种情况下，要想提升钢的刚度，就需要对钢当中的含碳量进行控制。此外，还需适当的增加珠光体的含量，适当的降低其中存在的铁素体。2）强化合金。可以适当在钢中添加金元素，从而增加钢的强度。对于不同合金来说，对钢性能的影响也不同，可以促使钢的适用范围被大大提升。3）强化固溶。也就是在钢中添加适量的磷和硅，也可以在其中添加适量的们锰元素。4）采用热处理技术对其刚度进行强化。钢经过一段时间的冷热交替之后，其中存在的组合结构也会随之发生一定变化，这就促使钢强度得到增强。此外，对钢进行热处理，还能够促使钢当中的碳元素有所增加，促使钢形成一层层性质不同的结构。5）采用应力强化方式。当钢受到相应拉力之后，钢的表面则会存留一定的残余应力，而这一应力能够在一定程度上抵消今后使用过程中的弯曲应力和扭转应力等，提升刚的强度。

4.2铝和铝合金的应用

为了促使铝的强度得到提升，对铝材质进行进一步研制，主要有3方面内容：一是在整个汽车车身或者大型铝材的研发。二是对车门等汽车刚性结构全铝化。三是进行汽车零件的全铝化。正常情况下，人们的理想目标是，对汽车零件进行全铝化设计，能够帮助汽车减轻30％－50％的重量，汽车结构进行全铝化设计，能够减轻30－40％的重量。若汽车整体全铝化，则能够减轻60％的重量，这些方案是可取的。但是在汽车中，全部使用铝作为材料，在技术上还存在很多不足之处，例如使用铝作为汽车结构材料，会降低汽车承载能力，对铝进行加工，增加了加工难度。

5电动车保险盒支架的轻量化设计

5.1原支架有限元分析

电动车电机的转速大概为3000r/min，对应的振动频率为50Hz，经过有限元分析，得到保险盒支架的频率为80Hz，远远大于电动车在行驶过程中受到的激振频率，不会产生共振反应，满足模态要求。综合上述，保险盒支架的强度、刚度及模态均满足要求，可以在此要求上进行结构优化，来提高材料的使用效率，降低成本。

5.2支架结构优化设计

5.2.1优化方法

利用Solidworkssimulation携带的优化模块，在特定的目标和约束下，经过一系列尺寸迭代计算，最后的到满足目标要求的最佳组合。可以用于热力，静力分析等方面的形状优化和尺寸优化。保险盒支架采用静力方面的结构优化。

5.2.2建立优化模型

（1）材料的选取和模型的建立。利用Solidworks建立保险盒支架的三维模型，选用的材料采用均质材料和各向同性。

（2）建立有限元模型。建立新算例，固定支架下支脚，对支架的上支脚施加10N的力，网格化，然后进行静力和模态分析。得到所需要的最大应力为13MPa，最大位移为0.4m，振动频率为80Hz，新建设计算例，以这三个为约束条件，对支架的结构进行优化。在满足力学要求的情况下，以体积最小化为目标，对支架的横梁的厚度，横梁的宽度，纵梁的厚度和宽度进行优化。

5.2.3分析优化的结果

在设置完成目标函数，约束函数和设计变量后，在经过38次迭代计算，得到了优化的的结果和数模。由优化的结果可知，体积减少了20000mm，质量减少了0.15kg，同时在支架容易变形的位置加加强筋，增加强度，满足要求。

5.3新支架验证

利用有限元对优化后的支架进行静态分析，得到应力云图和位移云图。由上面结果可知支架发生的最大应力由原来的13Mpa变为45MPa，满足屈服强度。位移由原来0.4mm，变为1.7mm，虽然位移变化大，但满足工艺要求。频率变为90Hz，不会发生共振，保险盒支架验证成功。

6结束语

优化设计通过对目标函数和约束条件来优化保险盒支架的结构，提高了保险盒支架的使用效率，对于结构优化有着重要的指导意义，避免了设计人员的盲目性和主观性，提高了工作的效率。

参考文献：

[1]李亚，张振寰，罗鸣，顾书瑞.基于LabVIEW的汽车保险盒回路质量检测系统[J].计算机测量与控制，2010，18（09）：2041-2043.

[2]张振寰.基于LabVIEW的汽车保险盒检测系统设计与研究[D].天津科技大学，2011.

[3]马臣，李修伟，孔研自，刘琪，李亚.一种汽车保险盒熔断器插接位置检测方法[J].天津科技大学学报，2016，31（03）：74-78.

[4]林启权，王振球，周志斌，董文正.汽车保险盒上盖注射成型的数值模拟[J].工程塑料应用，2010，38（10）：36-39.