本发明涉及一种减振冷却风扇安装支架及应用其的冷却系统、汽车。
背景技术：
在目前汽车轻量化的大趋势下，大量复合材料被应用于汽车开发与生产中。复合材料的材料力学性能随温度的变化，往往容易在开发前期被忽略，导致后期设计更改时需要大量的费用，增加开发成本的同时严重影响了汽车开发进度。
例如，两档设置的风扇在环境温度较高的情况下，会切换至高档高速运行。若冷却风扇安装支架由复合材料制成，冷却风扇和安装支架组成的冷却系统在高温条件下的模态固有频率就会与常温条件下的模态固有频率不同。冷却风扇和安装支架组成的冷却系统，在常温条件下(21度)与高温条件下(60度)的模态固有频率的区别如图1所示。其中，虚线代表常温条件下的传递函数曲线，其一阶固有频率为49hz；实线表示高温条件下的传递函数曲线，其一阶固有频率为43.7hz。冷却风扇在高速运行时的一阶激励频率为43-45hz。由此可知，当冷却风扇安装支架温度升高时，冷却风扇的一阶激励频率与冷却系统的模态固有频率耦合，产生共振。
因此，在前期设定模态要求时，不仅要考虑到冷却系统在常温条件下的模态要求，还要考虑到在高温条件下的模态要求。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的冷却风扇和安装支架组成的冷却系统在高温条件下的模态固有频率与冷却风扇高速运行时的一阶激励频率耦合，产生共振，使方向盘抖动剧烈的缺陷，而提供一种减振冷却风扇安装支架及应用其的冷却系统、汽车。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
本发明提供了一种减振冷却风扇安装支架，包括风扇安装板、宽板、窄板和两个侧板，所述风扇安装板的中间设有风扇容置空间，两个所述侧板分别位于所述风扇安装板的两侧，所述宽板位于所述风扇安装板的上方，所述窄板位于所述风扇安装板的下方，所述窄板的表面设有窄板加强筋，所述风扇安装板、侧板、宽板、窄板和窄板加强筋一体成型。
较佳地，所述窄板加强筋包括纵横交错的窄板加强条，所述窄板加强条一体成型于所述窄板上。
较佳地，所述风扇安装板的正面设有正面加强筋，所述正面加强筋包括纵横交错的正面加强条，所述正面加强条一体成型于所述风扇安装板上。
较佳地，所述风扇安装板的背面设有背面加强筋，所述背面加强筋包括纵横交错的背面加强条，所述背面加强条一体成型于所述风扇安装板上。
较佳地，所述风扇安装板上还设有风扇调速电阻放置孔，所述风扇调速电阻放置孔用于容纳冷却风扇的调速电阻。
较佳地，所述风扇安装板上设有弧形加强筋，所述弧形加强筋与所述风扇安装板一体成型，所述弧形加强筋位于所述风扇容置空间、风扇调速电阻放置孔之间。
较佳地，所述弧形加强筋绕所述风扇容置空间的边缘设置。
本发明还提供了一种冷却系统，它包括冷却风扇和上述减振冷却风扇安装支架，所述冷却风扇位于所述风扇容置空间内，所述冷却风扇固定于所述减振冷却风扇安装支架上。
较佳地，所述风扇安装板上设有多个风扇安装孔，多个所述风扇安装孔沿所述风扇容置空间的周向设置，所述冷却风扇通过穿过所述冷却风扇、风扇安装孔的固定螺栓固定在所述风扇安装板上。
本发明还提供了一种汽车，它包括上述冷却系统。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
该减振冷却风扇安装支架及应用其的冷却系统、汽车，在不更改其他部件的情况下，对冷却风扇安装支架的结构进行了更改，改变了冷却风扇安装支架一阶模态的有效刚度、有效质量，改变了冷却风扇安装支架的一阶模态固有频率，避开了冷却风扇在高速运行时的一阶激励频率，最终解决了高温条件下冷却风扇高速运行时的方向盘抖动的问题。
附图说明
图1为现有技术中冷却风扇安装支架与冷却风扇组成的冷却系统在常温条件和高温条件下的模态固有频率的测试数据图。
图2为粘性阻尼系统的力学模型的示意图。
图3为本发明一实施例减振冷却风扇安装支架的正面的示意图。
图4为图3所示的减振冷却风扇安装支架的背面的示意图。
图5为本发明一实施例冷却系统的结构示意图。
图6为现有技术的冷却风扇安装支架与本实施例的减振冷却风扇安装支架在常温状态下的模态固有频率以及风扇安装点原点动刚度的对比图。
图7为现有技术的汽车方向盘和本实施例的汽车方向盘的振动值的对比图。
附图标记说明
冷却系统100
减振冷却风扇安装支架1
风扇安装板11
风扇容置空间12
侧板13
宽板14
窄板15
窄板加强筋16
正面加强筋17
背面加强筋18
风扇调速电阻放置孔19
弧形加强筋110
风扇安装孔111
冷却风扇2
具体实施方式
本发明的各种实施例将参照附图进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件将用相同的元件符号表示。可以理解地，附图只是为了便于说明本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。
一般情况下，当驱动力频率与系统固有频率相等或相近时，受迫振动的振幅达到最大。这种现象称为共振。
单自由度系统是最基本的振动系统。虽然实际结构为多自由度系统，但单自由度系统的分析能揭示振动系统很多基本的特性。
针对粘性阻尼系统，假设其阻尼力与振动速度成正比，方向与速度相反，即
粘性阻尼系统的力学模型如图2所示。其振动运动方程为：
式中：x及f均为时间t的函数。
对于自由振动(f＝0)，上式可以写为：
其解的形式为：x＝xest(1-4)
式中：s为复数；x为不依赖时间的量。
对(1-2)式两边进行拉普拉斯变换，并假设初始值为0，可得
(ms2+cs+k)x(s)＝f(s)(1-5)
式中：s为拉氏变换因子；x(s)为x(t)的拉氏变换，而f(s)则为f(t)的拉氏变换。
对自由振动而言，可得
ms2+cs+k＝0(1-6)
由上式可解得s的两个根，
式中，
ζ为无量纲因子。一般钢结构属于小阻尼，ζ＝0.01～0.1，对ζ＜1的阻尼称为欠阻尼。
多自由度固有频率的推导与上述推导类似，有多少自由度就有多少阶模态。总之，模态是系统的固有属性。其中，某一阶模态下的固有频率与该阶模态的有效刚度、有效质量有关，通过改变系统的有效刚度、有效质量就能改变某一阶模态的固有频率。
具体到本实施例，如图3至图4所示的减振冷却风扇安装支架1，包括风扇安装板11、宽板14、窄板15和两个侧板13，风扇安装板11的中间设有风扇容置空间12；两个侧板13分别位于风扇安装板11的两侧；宽板14位于风扇安装板11的上方；窄板15位于风扇安装板11的下方，风扇安装板11、侧板13、宽板14、窄板15一体成型。将冷却风扇2安装至该减振冷却风扇安装支架1上后，组成如图5所示的冷却系统100。其中，冷却风扇2位于风扇容置空间12内，冷却风扇2固定于减振冷却风扇安装支架1上。具体而言，风扇安装板11上设有多个风扇安装孔111，多个风扇安装孔111沿风扇容置空间12的周向设置，冷却风扇2通过穿过冷却风扇2、风扇安装孔111的固定螺栓固定在风扇安装板11上。
若要改变冷却系统100的一阶模态固有频率，可以通过改变冷却风扇安装支架的结构，从而改变冷却风扇安装支架的有效刚度、有效质量的方式实现。换句话讲，冷却风扇安装支架的有效刚度、有效质量的改变，能最终改变冷却系统100的一阶模态固有频率，成功避开了冷却风扇2的一阶激励频率，最终解决了高温条件下冷却风扇2高速运行时的方向盘抖动的问题。
具体而言，如图3至图4所示，减振冷却风扇安装支架1可通过增加窄板加强筋16、正面加强筋17、背面加强筋18和弧形加强筋110的方式，来增加减振冷却风扇安装支架1的有效刚度，改变其有效质量。
其中，窄板加强筋16设置于窄板15的表面。窄板加强筋16具体包括纵横交错的窄板加强条，窄板加强条一体成型于窄板15上。窄板15是减振冷却风扇安装支架1刚度最弱的区域，在窄板15增加窄板加强筋16，可以极大地提高减振冷却风扇安装支架1的刚度，尤其对风扇安装点原点动刚度及减振冷却风扇安装支架1的底部的刚度有很好的提升作用。
另，正面加强筋17设置于风扇安装板11的正面，正面加强筋17包括纵横交错的正面加强条，正面加强条一体成型于风扇安装板11上。正面加强筋17增加了减振冷却风扇安装支架1整体的刚度，尤其对减振冷却风扇安装支架1的上部和风扇安装点原点动刚度有很好的提升作用。
另，背面加强筋18设置于风扇安装板11的背面，背面加强筋18包括纵横交错的背面加强条，背面加强条一体成型于风扇安装板11上。背面加强筋18增加了减振冷却风扇安装支架1整体的刚度，尤其对减振冷却风扇安装支架1的上部和风扇安装点原点动刚度有很好的提升作用。
另，风扇安装板11上还设有风扇调速电阻放置孔19，风扇调速电阻放置孔19用于容纳冷却风扇2的调速电阻。弧形加强筋110位于风扇容置空间12、风扇调速电阻放置孔19之间，弧形加强筋110与风扇安装板11一体成型，提高了风扇容置空间12、风扇调速电阻放置孔19之间的区域的刚度以及风扇安装点的刚度。弧形加强筋110最好绕风扇容置空间12的边缘设置，这样可以有效地提高刚度。
在减振冷却风扇安装支架1的刚度较弱的关键区域有针对性地增加加强筋，可以有效地提高有效刚度，从而提高一阶模态固有频率。同时，增加加强筋有利于提高风扇安装点原点动刚度，有利于削弱冷却风扇2的振动向减振冷却风扇安装支架1的传递。
如图6所示为现有技术的冷却风扇安装支架与本实施例的减振冷却风扇安装支架在常温状态下的模态固有频率以及风扇安装点原点动刚度的对比图，其中，虚线为现有技术的冷却风扇安装支架的模态固有频率，实线为本实施例的减振冷却风扇安装支架的模态固有频率。从图6可以看出冷却风扇安装支架的模态固有频率从53hz提高到了65hz。根据测试以及模拟分析，温度升高以及冷却风扇与冷却风扇安装支架的连接会带来10hz的降低，因此本实施例的减振冷却风扇安装支架加上冷却风扇后，组成的冷却系统在高温条件下的模态为55hz，远远避开了43-45hz的冷却风扇的一阶激励频率。另外，43-45hz频段内对应的风扇安装点原点动刚度，本实施例的减振冷却风扇安装支架比现有技术的冷却风扇安装支架高很多。
将上述冷却系统100应用于汽车后，并进行测试。高温条件下，现有技术的汽车方向盘和本实施例的汽车方向盘的振动值对比图如图7所示。可见，采用本实施例的冷却系统后，汽车方向盘的振动值大大降低，解决了高温条件下冷却风扇高速运行时的方向盘抖动的问题。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或结构上作任何变化，均落在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的，本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。