淺談?shì)p量化設(shè)計(jì)

1、淺談?shì)p量化設(shè)計(jì)淺談?shì)p量化設(shè)計(jì)底盤所轉(zhuǎn)向室底盤所轉(zhuǎn)向室王麗永王麗永2013.9.102013.9.10目目 錄錄一、汽車發(fā)展趨勢(shì)一、汽車發(fā)展趨勢(shì) 二、汽車整車節(jié)能技術(shù)二、汽車整車節(jié)能技術(shù) 三、汽車輕量化設(shè)計(jì)的意義三、汽車輕量化設(shè)計(jì)的意義 五、商用車底盤系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)案例五、商用車底盤系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)案例 四、汽車輕量化設(shè)計(jì)原則及方法四、汽車輕量化設(shè)計(jì)原則及方法六、個(gè)人建議六、個(gè)人建議一、汽車發(fā)展趨勢(shì)一、汽車發(fā)展趨勢(shì) 2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代兩年代兩次石油危機(jī)促成發(fā)次石油危機(jī)促成發(fā)展節(jié)能汽車。美國(guó)展節(jié)能汽車。美國(guó)國(guó)會(huì)國(guó)會(huì)19751975年通過(guò)能年通過(guò)能源政策和保護(hù)議案，源政策和保護(hù)議案，要求汽車

2、制造商生要求汽車制造商生產(chǎn)和銷售符合燃油產(chǎn)和銷售符合燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的車輛。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的車輛。 為應(yīng)對(duì)全球變暖，為應(yīng)對(duì)全球變暖，1997年京都議定年京都議定書(shū)，限制書(shū)，限制CO2 排放，排放，對(duì)汽車排放環(huán)保提對(duì)汽車排放環(huán)保提出更高要求。出更高要求。 科技以人為本，科技以人為本，汽車安全性，可靠汽車安全性，可靠性一直是汽車發(fā)展性一直是汽車發(fā)展永恒的主題。永恒的主題。 安全性、燃油經(jīng)安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放、噪音、濟(jì)性、排放、噪音、回收方面的法規(guī)要回收方面的法規(guī)要求。求。降低能耗，減少排放、提高安全性降低能耗，減少排放、提高安全性二、汽車整車節(jié)能技術(shù)二、汽車整車節(jié)能技術(shù)為了達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，需要運(yùn)

3、用多種節(jié)能技術(shù)，其中輕量化設(shè)計(jì)是在工程為了達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，需要運(yùn)用多種節(jié)能技術(shù)，其中輕量化設(shè)計(jì)是在工程實(shí)際中最為容易實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)輕量化技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。實(shí)際中最為容易實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)輕量化技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。 三、汽車輕量化設(shè)計(jì)的意義三、汽車輕量化設(shè)計(jì)的意義 1 1、汽車輕量化設(shè)計(jì)與整車性能之間關(guān)系、汽車輕量化設(shè)計(jì)與整車性能之間關(guān)系注注：此統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于通用此統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于通用小轎車統(tǒng)計(jì)小轎車統(tǒng)計(jì)節(jié)能減排與整車自重息息相關(guān)，而且也影響整車其他性能。節(jié)能減排與整車自重息息相關(guān)，而且也影響整車其他性能。 2 2、車重與能耗之間的關(guān)系、車重與能耗之間的關(guān)系決定油耗的因素：決

4、定油耗的因素：空氣阻力（對(duì)油耗的貢獻(xiàn)約空氣阻力（對(duì)油耗的貢獻(xiàn)約25%25%）與整本質(zhì)量無(wú)關(guān)。而大約油耗的）與整本質(zhì)量無(wú)關(guān)。而大約油耗的75%75%與汽車的整備質(zhì)量有關(guān)（滾動(dòng)與汽車的整備質(zhì)量有關(guān)（滾動(dòng)阻力對(duì)油耗的貢獻(xiàn)約為阻力對(duì)油耗的貢獻(xiàn)約為35%35%，加速阻力和爬坡阻力對(duì)油耗的貢獻(xiàn)值約為，加速阻力和爬坡阻力對(duì)油耗的貢獻(xiàn)值約為45%45%）車重與燃油消耗車重與燃油消耗的關(guān)系的關(guān)系 四、汽車輕量化設(shè)計(jì)原則及方法四、汽車輕量化設(shè)計(jì)原則及方法1 1、自然界的輕量化、自然界的輕量化自然界中資源有限，必須做到材料節(jié)省，自自然界中資源有限，必須做到材料節(jié)省，自然界中常見(jiàn)的胞狀結(jié)果，三明治結(jié)構(gòu)及管結(jié)然界中常見(jiàn)

5、的胞狀結(jié)果，三明治結(jié)構(gòu)及管結(jié)構(gòu)去除了承受載荷最小的部分，起到輕量化、構(gòu)去除了承受載荷最小的部分，起到輕量化、節(jié)約資源的作用。節(jié)約資源的作用。 木胞壁結(jié)構(gòu)木胞壁結(jié)構(gòu)除合適的結(jié)構(gòu)外，輕除合適的結(jié)構(gòu)外，輕量化結(jié)構(gòu)還要求盡可量化結(jié)構(gòu)還要求盡可能輕的基本組件。能輕的基本組件。木胞壁是一種天然的木胞壁是一種天然的纖維復(fù)合物，其密度纖維復(fù)合物，其密度低及力學(xué)性能值較廣，低及力學(xué)性能值較廣，易壓彎。易壓彎。通過(guò)層級(jí)堆積，使得通過(guò)層級(jí)堆積，使得彎曲載荷及壓力載荷彎曲載荷及壓力載荷下的力學(xué)性能達(dá)到提下的力學(xué)性能達(dá)到提高高自然界的輕量化中，通過(guò)適當(dāng)?shù)牟牧咸碜匀唤绲妮p量化中，通過(guò)適當(dāng)?shù)牟牧咸砑邮咕植康膽?yīng)力能夠發(fā)布均勻

6、，調(diào)整力加使局部的應(yīng)力能夠發(fā)布均勻，調(diào)整力學(xué)性能。如樹(shù)杈間的圓角。學(xué)性能。如樹(shù)杈間的圓角。自然界輕量化體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，材自然界輕量化體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，材質(zhì)輕量化及力學(xué)性能最優(yōu)化質(zhì)輕量化及力學(xué)性能最優(yōu)化2 2、輕量化設(shè)計(jì)的基本思想、輕量化設(shè)計(jì)的基本思想 在不降低性能的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，先進(jìn)的工藝及輕質(zhì)的材料應(yīng)用，在不降低性能的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，先進(jìn)的工藝及輕質(zhì)的材料應(yīng)用，同時(shí)兼顧性能，質(zhì)量及成本三大因素，達(dá)到最優(yōu)輕量化目的，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大同時(shí)兼顧性能，質(zhì)量及成本三大因素，達(dá)到最優(yōu)輕量化目的，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化化。3 3、輕量化設(shè)計(jì)的步驟、輕量化設(shè)計(jì)的步驟輕量化設(shè)計(jì)四部曲輕量化設(shè)計(jì)

7、四部曲減少用戶不必要的功能去除冗余結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化新材料及新工藝使用以整車重量為管控目標(biāo)，制定以整車重量為管控目標(biāo)，制定分解輕量化目標(biāo)，基于成本及分解輕量化目標(biāo)，基于成本及工藝考慮，采用輕量化設(shè)計(jì)四工藝考慮，采用輕量化設(shè)計(jì)四部曲的方法，對(duì)整車材料選擇，部曲的方法，對(duì)整車材料選擇，結(jié)構(gòu)優(yōu)化及工藝實(shí)施進(jìn)行全方結(jié)構(gòu)優(yōu)化及工藝實(shí)施進(jìn)行全方位的考慮實(shí)施。位的考慮實(shí)施。4 4、輕量化設(shè)計(jì)方法、輕量化設(shè)計(jì)方法面積和厚度減少面積和厚度減少通過(guò)通過(guò)CAE分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少多余的分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少多余的面積和厚度是取得輕量化設(shè)計(jì)的主要手面積和厚度是取得輕量化設(shè)計(jì)的主要手段。段。功能減少或體積減少功能減少或體積減少

8、形狀和截面更改形狀和截面更改底盤支架拓底盤支架拓?fù)鋬?yōu)化撲優(yōu)化轉(zhuǎn)向節(jié)臂結(jié)轉(zhuǎn)向節(jié)臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化構(gòu)優(yōu)化座椅框架優(yōu)座椅框架優(yōu)化設(shè)計(jì)化設(shè)計(jì)車門結(jié)構(gòu)優(yōu)車門結(jié)構(gòu)優(yōu)化化材料更換材料更換新工藝的使用新工藝的使用 五、商用車底盤所輕量化設(shè)計(jì)的案例五、商用車底盤所輕量化設(shè)計(jì)的案例結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，將轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿系設(shè)計(jì)為單拉桿形式，取消中間過(guò)通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，將轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿系設(shè)計(jì)為單拉桿形式，取消中間過(guò)渡臂及支架，降重渡臂及支架，降重15Kg,降低成本降低成本250元元/臺(tái)臺(tái)案例案例1 1：轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿系結(jié)構(gòu)優(yōu)化：轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿系結(jié)構(gòu)優(yōu)化案例案例2 2：轉(zhuǎn)向器支架結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)向器支架結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式改變

9、采用管梁式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器支架，相對(duì)于采用框架式支架可降重約采用管梁式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器支架，相對(duì)于采用框架式支架可降重約2Kg,成本成本下降約為下降約為20元元/臺(tái)。臺(tái)。案例案例3 3：支架精鑄件設(shè)計(jì)：支架精鑄件設(shè)計(jì)將材料由將材料由QT500提升為提升為ZGD650,在不影響可靠性在不影響可靠性前提下壁厚減薄，并去除前提下壁厚減薄，并去除應(yīng)力很小的部位的材料，應(yīng)力很小的部位的材料，降低樣件重量，一般重量降低樣件重量，一般重量減少減少15%-40%左右，但左右，但是成本有所增加。是成本有所增加。案例案例4 4：采用新技術(shù)新結(jié)構(gòu)（橡膠懸架使用）：采用新技術(shù)新結(jié)構(gòu)（橡膠懸架使用）牽引車上采用橡膠懸架相對(duì)于板

10、簧懸架可減重約牽引車上采用橡膠懸架相對(duì)于板簧懸架可減重約300Kg，成本相對(duì)，成本相對(duì)增加約增加約3000元元/臺(tái)臺(tái)案例案例5 5：取消功能輕量化設(shè)計(jì)（：取消功能輕量化設(shè)計(jì)（VTVT取消二橋減震器及支架）取消二橋減震器及支架）通過(guò)取消二橋減震器及支架，減重約通過(guò)取消二橋減震器及支架，減重約20Kg，成本降低為，成本降低為150元元/臺(tái)臺(tái)六、個(gè)人建議六、個(gè)人建議1 1、設(shè)計(jì)人員必須培養(yǎng)起輕量化設(shè)計(jì)的理念，輕量化設(shè)計(jì)不僅僅是減少重量、設(shè)計(jì)人員必須培養(yǎng)起輕量化設(shè)計(jì)的理念，輕量化設(shè)計(jì)不僅僅是減少重量更重要的是設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，更合理化，也是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益最大化。每更重要的是設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，更合理化，也是實(shí)

11、現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益最大化。每一個(gè)細(xì)節(jié)都需要在設(shè)計(jì)中不斷的苛求，才能做到設(shè)計(jì)最合理化，最優(yōu)化。一個(gè)細(xì)節(jié)都需要在設(shè)計(jì)中不斷的苛求，才能做到設(shè)計(jì)最合理化，最優(yōu)化。細(xì)節(jié)決定成敗，在整車中，細(xì)節(jié)決定成敗，在整車中，一些很不起眼的細(xì)節(jié)對(duì)輕量一些很不起眼的細(xì)節(jié)對(duì)輕量化及成本的貢獻(xiàn)也是不可忽化及成本的貢獻(xiàn)也是不可忽視，比如線束布置，管路布視，比如線束布置，管路布置，布置中必須合理，多余置，布置中必須合理，多余的管路折彎，多余的線束長(zhǎng)的管路折彎，多余的線束長(zhǎng)度都應(yīng)該被優(yōu)化。度都應(yīng)該被優(yōu)化。2 2、整車開(kāi)發(fā)需確定輕量化目標(biāo)，作為設(shè)計(jì)的一個(gè)輸入。各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)目、整車開(kāi)發(fā)需確定輕量化目標(biāo)，作為設(shè)計(jì)的一個(gè)輸入。各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)目標(biāo)分解。輕量化設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須建立量化目標(biāo)，盡量在成本不增加的情況標(biāo)分解。輕量化設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須建立量化目標(biāo)，盡量在成本不增加的情況下實(shí)現(xiàn)輕量化優(yōu)化。在