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浅谈轻量化设计 底盘所转向室王丽永2013 9 10 目录 一 汽车发展趋势 二 汽车整车节能技术 三 汽车轻量化设计的意义 五 商用车底盘系统轻量化设计案例 四 汽车轻量化设计原则及方法 六 个人建议 一 汽车发展趋势 节能 环保 安全 法规 20世纪70年代两次石油危机促成发展节能汽车 美国国会1975年通过能源政策和保护议案 要求汽车制造商生产和销售符合燃油经济性指标的车辆 为应对全球变暖 1997年京都议定书 限制CO2排放 对汽车排放环保提出更高要求 科技以人为本 汽车安全性 可靠性一直是汽车发展永恒的主题 安全性 燃油经济性 排放 噪音 回收方面的法规要求 降低能耗 减少排放 提高安全性 二 汽车整车节能技术 为了达到节能减排的目标 需要运用多种节能技术 其中轻量化设计是在工程实际中最为容易实现的 通过轻量化技术的运用实现经济效益的最大化 三 汽车轻量化设计的意义 1 汽车轻量化设计与整车性能之间关系 注 此统计数据来源于通用小轿车统计 节能减排与整车自重息息相关 而且也影响整车其他性能 2 车重与能耗之间的关系 决定油耗的因素 空气阻力 对油耗的贡献约25 与整本质量无关 而大约油耗的75 与汽车的整备质量有关 滚动阻力对油耗的贡献约为35 加速阻力和爬坡阻力对油耗的贡献值约为45 车重与燃油消耗的关系 四 汽车轻量化设计原则及方法 1 自然界的轻量化 自然界中资源有限 必须做到材料节省 自然界中常见的胞状结果 三明治结构及管结构去除了承受载荷最小的部分 起到轻量化 节约资源的作用 木胞壁结构 除合适的结构外 轻量化结构还要求尽可能轻的基本组件 木胞壁是一种天然的纤维复合物 其密度低及力学性能值较广 易压弯 通过层级堆积 使得弯曲载荷及压力载荷下的力学性能达到提高 自然界的轻量化中 通过适当的材料添加使局部的应力能够发布均匀 调整力学性能 如树杈间的圆角 自然界轻量化体现为结构最优化 材质轻量化及力学性能最优化 2 轻量化设计的基本思想 在不降低性能的前提下 通过结构的优化 先进的工艺及轻质的材料应用 同时兼顾性能 质量及成本三大因素 达到最优轻量化目的 实现经济效益最大化 3 轻量化设计的步骤 轻量化设计四部曲 减少用户不必要的功能 去除冗余结构 结构优化 新材料及新工艺使用 轻量化目标 以整车重量为管控目标 制定分解轻量化目标 基于成本及工艺考虑 采用轻量化设计四部曲的方法 对整车材料选择 结构优化及工艺实施进行全方位的考虑实施 4 轻量化设计方法 面积和厚度减少 通过CAE分析 优化设计 减少多余的面积和厚度是取得轻量化设计的主要手段 2020 3 17 14 可编辑 功能减少或体积减少 形状和截面更改 底盘支架拓扑优化 转向节臂结构优化 座椅框架优化设计 车门结构优化 材料更换 新工艺的使用 五 商用车底盘所轻量化设计的案例 结构优化设计 通过系统结构设计优化 将转向传动杆系设计为单拉杆形式 取消中间过渡臂及支架 降重15Kg 降低成本250元 台 案例1 转向传动杆系结构优化 案例2 转向器支架结构形式设计 结构形式改变 采用管梁式结构的转向器支架 相对于采用框架式支架可降重约2Kg 成本下降约为20元 台 案例3 支架精铸件设计 将材料由QT500提升为ZGD650 在不影响可靠性前提下壁厚减薄 并去除应力很小的部位的材料 降低样件重量 一般重量减少15 40 左右 但是成本有所增加 案例4 采用新技术新结构 橡胶悬架使用 牵引车上采用橡胶悬架相对于板簧悬架可减重约300Kg 成本相对增加约3000元 台 案例5 取消功能轻量化设计 VT取消二桥减震器及支架 通过取消二桥减震器及支架 减重约20Kg 成本降低为150元 台 六 个人建议 1 设计人员必须培养起轻量化设计的理念 轻量化设计不仅仅是减少重量更重要的是设计的最优化 更合理化 也是实现设计经济效益最大化 每一个细节都需要在设计中不断的苛求 才能做到设计最合理化 最优化 细节决定成败 在整车中 一些很不起眼的细节对轻量化及成本的贡献也是不可忽视 比如线束布置 管路布置 布置中必须合理 多余的管路折弯 多余的线束长度都应该被优化 2 整车开发需确定轻量化目标 作为设计的一个输入 各个系统进行系统目标分解 轻量化设计的过程中必须建立量化目标 尽量在成本不增加的情况下实现轻量化优化 在设计中在平台战略上通过材