華東交通大學(xué)車輛工程 第十、十一章 車輛設(shè)計

1、Vehicle Engineering（車輛工程）（車輛工程）Stone.ZhaoRailway Transportation School，ECJTUEmail：課程內(nèi)容總結(jié)與回顧課程內(nèi)容總結(jié)與回顧了解車輛結(jié)構(gòu)功能與組成嗎？了解車輛結(jié)構(gòu)功能與組成嗎？掌握車輛零部件的原理與設(shè)計方法嗎？掌握車輛零部件的原理與設(shè)計方法嗎？車輛工程專業(yè)？車輛工程專業(yè)？ 走中國特色新型工業(yè)化道路，迫切需要多種類型的工程技術(shù)人才，迫切需要提升工程科技隊伍的創(chuàng)新能力創(chuàng)新能力，迫切需要應(yīng)對經(jīng)濟(jì)全球化挑戰(zhàn)的國際化國際化工程技術(shù)人才。實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，將培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型

2、工程技術(shù)人才，將推動我國從工程教育大國走向工程教育強(qiáng)國 。 中國教育報2011年3月5日高教司原司長張大良談高教司原司長張大良談“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃卓越工程師教育培養(yǎng)計劃” 交融思想交融思想, ,啟迪智慧啟迪智慧大學(xué)，學(xué)什么？大學(xué)，學(xué)什么？ 學(xué)生在大學(xué)里，實際上要學(xué)四種東西，一是學(xué)怎怎樣樣讀書(learntolearn)；二是學(xué)怎樣怎樣做事(learntodo)；三是學(xué)怎樣怎樣與人相處(learntotogether)；最后是學(xué)怎樣怎樣做人(learntobe)。 金耀基(原香港中文大學(xué)校長)專題九鐵道車輛設(shè)計概述教學(xué)要求：教學(xué)要求： 了解車輛設(shè)計制造過程 掌握車輛總體設(shè)計原則 了解車輛的

3、輕量化設(shè)計 了解車輛總體尺寸設(shè)計 了解轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計 車輛工程車輛工程一、軌道車輛生產(chǎn)概述一、軌道車輛生產(chǎn)概述1. .定義定義 產(chǎn)品生產(chǎn)：從無到有的過程。一、軌道車輛生產(chǎn)概述一、軌道車輛生產(chǎn)概述2. .生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程 產(chǎn)品生產(chǎn)：從無到有的過程。需求分析方案設(shè)計工藝設(shè)計制造與裝配銷售與售后二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述1. .設(shè)計概念設(shè)計概念 為了滿足人類滿足人類與社會的功能要求，將預(yù)定的目標(biāo)通過人們創(chuàng)造性創(chuàng)造性思維，經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生載有相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的技術(shù)文件技術(shù)文件的過程。2. .設(shè)計特征設(shè)計特征 需求 創(chuàng)新 程序(規(guī)劃，技術(shù)設(shè)計) 時代特征(條件，

4、水平)二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述3. .設(shè)計類型設(shè)計類型 開發(fā)性設(shè)計(創(chuàng)新) 適應(yīng)性設(shè)計（更新） 變型設(shè)計（遷移）二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述4. .設(shè)計方法設(shè)計方法 傳統(tǒng)設(shè)計方法傳統(tǒng)設(shè)計方法 以經(jīng)驗總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)的經(jīng)驗公式、圖表+設(shè)計手冊為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式、近似系數(shù)或類比方法進(jìn)行車輛設(shè)計。 偏重于經(jīng)驗和近似，結(jié)果近似或不確切，甚至失誤； 信息處理方式為手工； 技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及美工方面統(tǒng)一度較差； 二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述4. .設(shè)計方法設(shè)計方法 現(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法 在傳統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上，以動態(tài)分析、精確計算和CAE為特征的設(shè)計方法。 二

5、、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述5. .設(shè)計過程設(shè)計過程 階段1：概念設(shè)計 階段2：詳細(xì)方案設(shè)計 階段3：技術(shù)與施工設(shè)計階段 階段4：產(chǎn)品試制、測試、試驗和改進(jìn)完善階段需求分析方案設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝設(shè)計加工制造二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述5. .設(shè)計過程設(shè)計過程 1)、概念設(shè)計概念設(shè)計 A. .了解項目詳細(xì)信息了解項目詳細(xì)信息B. .技術(shù)查新技術(shù)查新C. .基本方案構(gòu)建基本方案構(gòu)建 階段參與者：階段參與者： 外委設(shè)計咨詢公司、項目經(jīng)理或總體組承擔(dān)，貫穿項目的全過程。 設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述5. .設(shè)計過程設(shè)計過程 2)、方案設(shè)計方案設(shè)計 A

6、. .主要結(jié)構(gòu)的選擇和確定主要結(jié)構(gòu)的選擇和確定B. .主要尺寸和參數(shù)確定主要尺寸和參數(shù)確定C. .完善方案設(shè)計完善方案設(shè)計 階段參與者：階段參與者： 項目經(jīng)理或總體組成員，主要技術(shù)設(shè)計師等。D. .大部件結(jié)構(gòu)設(shè)計大部件結(jié)構(gòu)設(shè)計E. .方案審查與完善方案審查與完善二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述5. .設(shè)計過程設(shè)計過程 3)、技術(shù)設(shè)計階段技術(shù)設(shè)計階段 A. .性能預(yù)測和評估性能預(yù)測和評估B. .細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計C. .圖紙設(shè)計圖紙設(shè)計 階段參與者：階段參與者： 項目經(jīng)理、總體組成員，技術(shù)設(shè)計師 。二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述5. .設(shè)計過程設(shè)計過程 4)、工藝設(shè)計階段

7、工藝設(shè)計階段 A. .工藝技術(shù)設(shè)計工藝技術(shù)設(shè)計B. .工藝文件設(shè)計工藝文件設(shè)計C. .工藝裝備設(shè)計工藝裝備設(shè)計 階段參與者：階段參與者： 項目經(jīng)理、總體組成員，技術(shù)設(shè)計師，工藝設(shè)計設(shè) 。二、軌道車輛設(shè)計概述二、軌道車輛設(shè)計概述5. .設(shè)計過程設(shè)計過程 5)、試制與完善試制與完善 A. .試制試制B. .尺寸與參數(shù)測試尺寸與參數(shù)測試D. .技術(shù)審查技術(shù)審查 階段參與者：階段參與者： 項目經(jīng)理、總體成員，技術(shù)與工藝設(shè)計師，試驗人員 。E. .運(yùn)行考核運(yùn)行考核C. .試驗試驗F. .修改完善修改完善三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計1. .概述概述 車輛總體設(shè)計是一種帶規(guī)劃性質(zhì)的設(shè)計，目的是為了使得設(shè)

8、計車輛能夠滿足設(shè)計技術(shù)任務(wù)書中提出的各項功能要求，以及通過什么措施或方法來協(xié)調(diào)設(shè)計中出現(xiàn)的各種矛盾和問題。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 參加人員相對較少，設(shè)計工作比較粗； 有多個方案； 為了便于說明，提供車輛總圖，并加以必要的說明。三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計2. .原則原則1)保證運(yùn)輸安全2)方便使用，用戶至上(運(yùn)用，檢修，制造)3)合理技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和性能4)減少維修、保養(yǎng)的費(fèi)用5)結(jié)構(gòu)的工藝性要好6)標(biāo)準(zhǔn)化，適用化的零部件7)材料的來源必須充足三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計3. .總體設(shè)計步驟總體設(shè)計步驟車型選擇車型選擇( (用途、特點(diǎn)、技術(shù)問題用途、特點(diǎn)、技術(shù)問題) )基本尺寸和參數(shù)確定基本尺寸

9、和參數(shù)確定( (外部、內(nèi)部以及相關(guān)尺寸外部、內(nèi)部以及相關(guān)尺寸) )車體平面、斷面布置車體平面、斷面布置( (車門、通過臺、室內(nèi)布置等車門、通過臺、室內(nèi)布置等) )結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 ( (整體承載結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝結(jié)構(gòu)整體承載結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝結(jié)構(gòu)) )部件選型設(shè)計部件選型設(shè)計( (鉤緩，車端設(shè)備，轉(zhuǎn)向架，制動鉤緩，車端設(shè)備，轉(zhuǎn)向架，制動) )車內(nèi)設(shè)備選擇設(shè)計車內(nèi)設(shè)備選擇設(shè)計( (座椅，空調(diào)，播音，安全等座椅，空調(diào)，播音，安全等) )車下設(shè)備布置設(shè)計車下設(shè)備布置設(shè)計( (牽引、制動，污水等牽引、制動，污水等) )特殊設(shè)備設(shè)計特殊設(shè)備設(shè)計( (裝卸設(shè)備裝卸設(shè)備) )三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計4. .主要經(jīng)濟(jì)

10、與技術(shù)指標(biāo)確定主要經(jīng)濟(jì)與技術(shù)指標(biāo)確定自重系數(shù)自重系數(shù)( (自重自重/ /標(biāo)記載重標(biāo)記載重, ,客車客車) )比容系數(shù)比容系數(shù)( (標(biāo)記容積標(biāo)記容積/ /標(biāo)記載重，標(biāo)記載重，2m3/t,2.3m3/t) )每延米軌道載重每延米軌道載重( (橋梁橋梁) )軸重、軸數(shù)軸重、軸數(shù)( (載重與曲線載重與曲線) )運(yùn)輸成本運(yùn)輸成本( (車種、車型，通用車種、車型，通用 or 專用，運(yùn)用專用，運(yùn)用) )運(yùn)行速度運(yùn)行速度( (提速潛力提速潛力) ) 車輛經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)由多種因數(shù)綜合確定，需統(tǒng)籌兼顧。 三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計5. .輕量化及防腐設(shè)計輕量化及防腐設(shè)計意義意義 減低自重，提高效益； 延長車輛

11、壽命輕量化途徑輕量化途徑 新材料、新結(jié)構(gòu) 防腐蝕途徑防腐蝕途徑 涂裝(材料) 三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計5.輕量化及防腐設(shè)計輕量化及防腐設(shè)計新材料新材料木材生鐵普通碳鋼耐候鋼不銹鋼鋁合金復(fù)活材料耐候鋼耐候鋼VS普通碳素鋼：普通碳素鋼：廠修3次，段修12，2.16萬/輛；廠、段修投資1.07萬/輛壽命8年，利潤18.19萬/輛三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計5.輕量化及防腐設(shè)計輕量化及防腐設(shè)計三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計5.輕量化及防腐設(shè)計輕量化及防腐設(shè)計三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計5. .輕量化及防腐設(shè)計輕量化及防腐設(shè)計新結(jié)構(gòu)新結(jié)構(gòu)帶筋的擠壓型材薄壁中空擠壓型材異型型材三、車輛總

12、體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計6. .總體尺寸設(shè)計總體尺寸設(shè)計1) )長度方向長度方向 車輛外長(車型) 車輛內(nèi)長(運(yùn)輸對象，強(qiáng)度與保溫) 車輛長與車體外長(車鉤) 車體長與轉(zhuǎn)向架中心距(曲線偏移) 車體長與限界(曲線偏移)2) )寬度方向?qū)挾确较?盡可能寬(限界)三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計6. .總體尺寸設(shè)計總體尺寸設(shè)計3) )高度方向高度方向 底板面高度(站臺、車鉤、轉(zhuǎn)向架) 車輛上部高度(凈空、限界、阻力等)4) )部件間隙部件間隙 曲線時，車體與轉(zhuǎn)向架相對轉(zhuǎn)動 曲線時，車端間隙及車鉤擺角 變坡點(diǎn)處，兩車端部相對運(yùn)動三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計6. .總體尺寸設(shè)計總體尺寸設(shè)計5) )車

13、輛配重車輛配重 定義：調(diào)整位置，使重心 意義：動力學(xué)性能 方法：方法： 調(diào)整設(shè)備安裝 高度控制閥 彈簧剛度0,0iiiiPxPy三、車輛總體設(shè)計三、車輛總體設(shè)計7. .人機(jī)工程設(shè)計人機(jī)工程設(shè)計基于人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計方法1)產(chǎn)品與人體的尺寸、形狀及用力是否配合；2)產(chǎn)品是否順手和方便使用； 3)是否能防止操作時意外的傷害和錯用時的危險；4)各操作單元是否實用；5)各元件在安置上能否使其意義毫無疑問的被辨認(rèn)；6)產(chǎn)品是否便于清洗、保養(yǎng)及修理。四、車輛牽引方式四、車輛牽引方式1. .粘著系數(shù)與速度粘著系數(shù)與速度關(guān)系解決措施2. .牽引方式牽引方式動力集中動力分散五、車輛結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能五、車輛結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能 對車輛轉(zhuǎn)向架的性能提出相應(yīng)的要求，主要方面為： 車輛振動性能：垂向、橫向、縱向； 曲線通過性； 蛇形運(yùn)動； 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評估指標(biāo)。 1. .總體要求總體要求五、車輛結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能五、車輛結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能 車輪 車軸(軸型) 車體承載方式 軸箱定位 彈性懸掛 基礎(chǔ)制