華東交通大學車輛工程 第十、十一章 車輛設計

1、Vehicle Engineering（車輛工程）（車輛工程）Stone.ZhaoRailway Transportation School，ECJTUEmail：課程內(nèi)容總結與回顧課程內(nèi)容總結與回顧了解車輛結構功能與組成嗎？了解車輛結構功能與組成嗎？掌握車輛零部件的原理與設計方法嗎？掌握車輛零部件的原理與設計方法嗎？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，迫切需要應對經(jīng)濟全球化挑戰(zhàn)的國際化國際化工程技術人才。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、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質量各類型

2、工程技術人才，將推動我國從工程教育大國走向工程教育強國 。 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，學什么？大學，學什么？ 學生在大學里，實際上要學四種東西，一是學怎怎樣樣讀書(learntolearn)；二是學怎樣怎樣做事(learntodo)；三是學怎樣怎樣與人相處(learntotogether)；最后是學怎樣怎樣做人(learntobe)。 金耀基(原香港中文大學校長)專題九鐵道車輛設計概述教學要求：教學要求： 了解車輛設計制造過程 掌握車輛總體設計原則 了解車輛的

3、輕量化設計 了解車輛總體尺寸設計 了解轉向架總體設計 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。需求分析方案設計工藝設計制造與裝配銷售與售后二、軌道車輛設計概述二、軌道車輛設計概述1. .設計概念設計概念 為了滿足人類滿足人類與社會的功能要求，將預定的目標通過人們創(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)生載有相應的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的技術文件技術文件的過程。2. .設計特征設計特征 需求 創(chuàng)新 程序(規(guī)劃，技術設計) 時代特征(條件，

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

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

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

7、工藝設計階段 A. .工藝技術設計工藝技術設計B. .工藝文件設計工藝文件設計C. .工藝裝備設計工藝裝備設計 階段參與者：階段參與者： 項目經(jīng)理、總體組成員，技術設計師，工藝設計設 。二、軌道車輛設計概述二、軌道車輛設計概述5. .設計過程設計過程 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. .技術審查技術審查 階段參與者：階段參與者： 項目經(jīng)理、總體成員，技術與工藝設計師，試驗人員 。E. .運行考核運行考核C. .試驗試驗F. .修改完善修改完善三、車輛總體設計三、車輛總體設計1. .概述概述 車輛總體設計是一種帶規(guī)劃性質的設計，目的是為了使得設

8、計車輛能夠滿足設計技術任務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)設計中出現(xiàn)的各種矛盾和問題。 特點：特點： 參加人員相對較少，設計工作比較粗； 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、車輛總體設計三、車輛總體設計2. .原則原則1)保證運輸安全2)方便使用，用戶至上(運用，檢修，制造)3)合理技術經(jīng)濟指標和性能4)減少維修、保養(yǎng)的費用5)結構的工藝性要好6)標準化，適用化的零部件7)材料的來源必須充足三、車輛總體設計三、車輛總體設計3. .總體設計步驟總體設計步驟車型選擇車型選擇( (用途、特點、技術問題用途、特點、技術問題) )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)部以及相關尺寸外部、內(nèi)部以及相關尺寸) )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) )結構設計結構設計 ( (整體承載結構，內(nèi)裝結構整體承載結構，內(nèi)裝結構) )部件選型設計部件選型設計( (鉤緩，車端設備，轉向架，制動鉤緩，車端設備，轉向架，制動) )車內(nèi)設備選擇設計車內(nèi)設備選擇設計( (座椅，空調(diào)，播音，安全等座椅，空調(diào)，播音，安全等) )車下設備布置設計車下設備布置設計( (牽引、制動，污水等牽引、制動，污水等) )特殊設備設計特殊設備設計( (裝卸設備裝卸設備) )三、車輛總體設計三、車輛總體設計4. .主要經(jīng)濟

10、與技術指標確定主要經(jīng)濟與技術指標確定自重系數(shù)自重系數(shù)( (自重自重/ /標記載重標記載重, ,客車客車) )比容系數(shù)比容系數(shù)( (標記容積標記容積/ /標記載重，標記載重，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) )運輸成本運輸成本( (車種、車型，通用車種、車型，通用 or 專用，運用專用，運用) )運行速度運行速度( (提速潛力提速潛力) ) 車輛經(jīng)濟技術指標由多種因數(shù)綜合確定，需統(tǒng)籌兼顧。 三、車輛總體設計三、車輛總體設計5. .輕量化及防腐設計輕量化及防腐設計意義意義 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、新結構 防腐蝕途徑防腐蝕途徑 涂裝(材料) 三、車輛總體設計三、車輛總體設計5.輕量化及防腐設計輕量化及防腐設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、車輛總體設計三、車輛總體設計5.輕量化及防腐設計輕量化及防腐設計三、車輛總體設計三、車輛總體設計5.輕量化及防腐設計輕量化及防腐設計三、車輛總體設計三、車輛總體設計5. .輕量化及防腐設計輕量化及防腐設計新結構新結構帶筋的擠壓型材薄壁中空擠壓型材異型型材三、車輛總

12、體設計三、車輛總體設計6. .總體尺寸設計總體尺寸設計1) )長度方向長度方向 車輛外長(車型) 車輛內(nèi)長(運輸對象，強度與保溫) 車輛長與車體外長(車鉤) 車體長與轉向架中心距(曲線偏移) 車體長與限界(曲線偏移)2) )寬度方向寬度方向 盡可能寬(限界)三、車輛總體設計三、車輛總體設計6. .總體尺寸設計總體尺寸設計3) )高度方向高度方向 底板面高度(站臺、車鉤、轉向架) 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，車體與轉向架相對轉動 曲線時，車端間隙及車鉤擺角 變坡點處，兩車端部相對運動三、車輛總體設計三、車輛總體設計6. .總體尺寸設計總體尺寸設計5) )車

13、輛配重車輛配重 定義：調(diào)整位置，使重心 意義：動力學性能 方法：方法： 調(diào)整設備安裝 高度控制閥 彈簧剛度0,0iiiiPxPy三、車輛總體設計三、車輛總體設計7. .人機工程設計人機工程設計基于人機工程學的產(chǎn)品設計方法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；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、車輛結構動力學性能五、車輛結構動力學性能 對車輛轉向架的性能提出相應的要求，主要方面為： 車輛振動性能：垂向、橫向、縱向； 曲線通過性； 蛇形運動； 車輛運行品質及其評估指標。 1. .總體要求總體要求五、車輛結構動力學性能五、車輛結構動力學性能 車輪 車軸(軸型) 車體承載方式 軸箱定位 彈性懸掛 基礎制