浅谈轻量化设计

1、浅谈轻量化设计浅谈轻量化设计底盘所转向室底盘所转向室王丽永王丽永2013.9.102013.9.10目目 录录一、汽车发展趋势一、汽车发展趋势 二、汽车整车节能技术二、汽车整车节能技术 三、汽车轻量化设计的意义三、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四、汽车轻量化设计原则及方法六、个人建议六、个人建议一、汽车发展趋势一、汽车发展趋势 2020世纪世纪7070年代两年代两次石油危机促成发次石油危机促成发展节能汽车。美国展节能汽车。美国国会国会19751975年通过能年通过能源政策和保护议案，源政策和保护议案，要求汽车

2、制造商生要求汽车制造商生产和销售符合燃油产和销售符合燃油经济性指标的车辆。经济性指标的车辆。 为应对全球变暖，为应对全球变暖，1997年京都议定年京都议定书，限制书，限制CO2 排放，排放，对汽车排放环保提对汽车排放环保提出更高要求。出更高要求。 科技以人为本，科技以人为本，汽车安全性，可靠汽车安全性，可靠性一直是汽车发展性一直是汽车发展永恒的主题。永恒的主题。 安全性、燃油经安全性、燃油经济性、排放、噪音、济性、排放、噪音、回收方面的法规要回收方面的法规要求。求。降低能耗，减少排放、提高安全性降低能耗，减少排放、提高安全性二、汽车整车节能技术二、汽车整车节能技术为了达到节能减排的目标，需要运

3、用多种节能技术，其中轻量化设计是在工程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。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三、汽车轻量化设计的意义 1 1、汽车轻量化设计与整车性能之间关系、汽车轻量化设计与整车性能之间关系注注：此统计数据来源于通用此统计数据来源于通用小轿车统计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。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 2、车重与能耗之间的关系、车重与能耗之间的关系决定油耗的因素：决

4、定油耗的因素：空气阻力（对油耗的贡献约空气阻力（对油耗的贡献约25%25%）与整本质量无关。而大约油耗的）与整本质量无关。而大约油耗的75%75%与汽车的整备质量有关（滚动与汽车的整备质量有关（滚动阻力对油耗的贡献约为阻力对油耗的贡献约为35%35%，加速阻力和爬坡阻力对油耗的贡献值约为，加速阻力和爬坡阻力对油耗的贡献值约为45%45%）车重与燃油消耗车重与燃油消耗的关系的关系 四、汽车轻量化设计原则及方法四、汽车轻量化设计原则及方法1 1、自然界的轻量化、自然界的轻量化自然界中资源有限，必须做到材料节省，自自然界中资源有限，必须做到材料节省，自然界中常见的胞状结果，三明治结构及管结然界中常见

5、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、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。节约资源的作用。 木胞壁结构木胞壁结构除合适的结构外，轻除合适的结构外，轻量化结构还要求尽可量化结构还要求尽可能轻的基本组件。能轻的基本组件。木胞壁是一种天然的木胞壁是一种天然的纤维复合物，其密度纤维复合物，其密度低及力学性能值较广，低及力学性能值较广，易压弯。易压弯。通过层级堆积，使得通过层级堆积，使得弯曲载荷及压力载荷弯曲载荷及压力载荷下的力学性能达到提下的力学性能达到提高高自然界的轻量化中，通过适当的材料添自然界的轻量化中，通过适当的材料添加使局部的应力能够发布均匀

6、，调整力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。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质轻量化及力学性能最优化2 2、轻量化设计的基本思想、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，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化。3 3、轻量化设计的步骤、轻量化设计的步骤轻量化设计四部曲轻量化设计

7、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以整车重量为管控目标，制定以整车重量为管控目标，制定分解轻量化目标，基于成本及分解轻量化目标，基于成本及工艺考虑，采用轻量化设计四工艺考虑，采用轻量化设计四部曲的方法，对整车材料选择，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结构优化及工艺实施进行全方位的考虑实施。位的考虑实施。4 4、轻量化设计方法、轻量化设计方法面积和厚度减少面积和厚度减少通过通过CAE分析，优化设计，减少多余的分析，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面积和厚度是取得轻量化设计的主要手段。段。功能减少或体积减少功能减少或体积减少

8、形状和截面更改形状和截面更改底盘支架拓底盘支架拓扑优化扑优化转向节臂结转向节臂结构优化构优化座椅框架优座椅框架优化设计化设计车门结构优车门结构优化化材料更换材料更换新工艺的使用新工艺的使用 五、商用车底盘所轻量化设计的案例五、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，降重渡臂及支架，降重15Kg,降低成本降低成本250元元/台台案例案例1 1：转向传动杆系结构优化：转向传动杆系结构优化案例案例2 2：转向器支架结构形式设计：转向器支架结构形式设计结构形式改变

9、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,成本成本下降约为下降约为20元元/台。台。案例案例3 3：支架精铸件设计：支架精铸件设计将材料由将材料由QT500提升为提升为ZGD650,在不影响可靠性在不影响可靠性前提下壁厚减薄，并去除前提下壁厚减薄，并去除应力很小的部位的材料，应力很小的部位的材料，降低样件重量，一般重量降低样件重量，一般重量减少减少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：采用新技术新结构（橡胶悬架使用）：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

10、簧悬架可减重约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，成本相对增加约增加约3000元元/台台案例案例5 5：取消功能轻量化设计（：取消功能轻量化设计（VTVT取消二桥减震器及支架）取消二桥减震器及支架）通过取消二桥减震器及支架，减重约通过取消二桥减震器及支架，减重约20Kg，成本降低为，成本降低为150元元/台台六、个人建议六、个人建议1 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、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。每更重要的是设计的最优化，更合理化，也是实

11、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。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，细节决定成败，在整车中，一些很不起眼的细节对轻量一些很不起眼的细节对轻量化及成本的贡献也是不可忽化及成本的贡献也是不可忽视，比如线束布置，管路布视，比如线束布置，管路布置，布置中必须合理，多余置，布置中必须合理，多余的管路折弯，多余的线束长的管路折弯，多余的线束长度都应该被优化。度都应该被优化。2 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、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