新型機械設(shè)計理論在汽車工程方向的研究與應(yīng)用

秦勇

（浙江陸虎汽車有限公司，浙江 臺州 317015）

0 引言

隨著不斷進步及發(fā)展的科學(xué)技術(shù)水平及經(jīng)濟發(fā)展速度，人們的日常生活工作及生產(chǎn)方式也發(fā)生了巨大的改變[1]。逐漸增加投入的機械設(shè)備顯著提高了社會生產(chǎn)力水平，同時也對機械設(shè)計的相關(guān)理論應(yīng)用研究產(chǎn)生了一定的促進作用。與此同時，人們增加的僅僅為生活質(zhì)量及生活水平，在對物質(zhì)生活方面的需求也明顯升高。人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鬟^程當(dāng)中的一種主要出行工具就是汽車，具有十分高的市場前景。因此，本次研究針對在汽車工程方向當(dāng)中使用新型機械設(shè)計理論的相關(guān)內(nèi)容，旨在為汽車工程及機械設(shè)計相關(guān)從業(yè)人員提供更多的參考資料[2]。

1 發(fā)展新型機械設(shè)計的實施意義

1.1 個人利益方面的實施意義

機械的全新設(shè)計及制造能夠為生產(chǎn)者個人提供更加可觀的利益收入，這同時也是機械制造及機械設(shè)計的一項重要及基本動力。

1.2 社會方面的實施意義

機械設(shè)計既可以體現(xiàn)提高生產(chǎn)力的作用，同時還能夠體現(xiàn)生產(chǎn)力在全新經(jīng)濟環(huán)境條件之下的表現(xiàn)。所以，新型機械設(shè)計同時需要個人及社會兩方面的利益驅(qū)動。但是并不是所有的新型機械設(shè)計都可以同時滿足個人利益及社會發(fā)展兩方面的需求。所以，怎樣有效的設(shè)計既能夠與時代要求相符合，有效體現(xiàn)當(dāng)下的時代特征，同時還可以對社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生有效的促進作用，是所有機械設(shè)計者終身需要研究及思考一個重要問題。

2 新型機械設(shè)計理論內(nèi)容和要點

新型機械設(shè)計理論主要在機械功能及性能的研究方面使用，屬于一種機械工程的內(nèi)容；通過定量分析的方式來對機械的運行機制及構(gòu)建組成進行更進一步的分析及了解。在理論方面的研究重點及要點主要包括：節(jié)能、環(huán)保、輕工機械傳動原理、研究及開發(fā)機器人、控制技術(shù)驅(qū)動及機械仿生原理等[3]。通過新型機械設(shè)計理論的應(yīng)用，可以使得相關(guān)人員針對機械的運行基礎(chǔ)條件更進一步的加深了解，細致劃分機械工程的設(shè)計工作及定位，并對工作原來進行簡單歸納總結(jié)。新型機械設(shè)計理論較多的應(yīng)用在服務(wù)業(yè)、科學(xué)、農(nóng)業(yè)及工業(yè)當(dāng)中，其研究內(nèi)容則主要包括：不同零部件及機械器件的傳動、控制及組裝等；同時涉及很多的相關(guān)學(xué)科，如信息學(xué)、電子學(xué)、人機學(xué)、仿生學(xué)及生物學(xué)等。新型機械設(shè)計理論擁有十分復(fù)雜的知識體系，但其擁有較廣的應(yīng)用范圍，存在著十分獨特的學(xué)術(shù)研究特色及學(xué)科優(yōu)勢[4]。在進行機械設(shè)計及機械制作過程當(dāng)中通常都需要使用復(fù)合型材料，而其主要的理論研究方向主要包括計算機輔助工程及輕工自動機械工程等，在進行產(chǎn)品設(shè)計及產(chǎn)品生產(chǎn)的過程當(dāng)中，需要通過各種現(xiàn)代化的技術(shù)來完成數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計及分析。

近幾年以來，隨著我國不斷提高研究新型機械設(shè)計理論的水平，在工程設(shè)計及管理方面的素質(zhì)質(zhì)量也隨之持續(xù)升高，為工程制造及科學(xué)研究均提供較大的便利性。而不斷發(fā)展的現(xiàn)代科技水平，則更加突出了新型機械設(shè)計理論所產(chǎn)生的輔助作用；在優(yōu)化傳動系統(tǒng)、優(yōu)化系統(tǒng)仿真及創(chuàng)新機械設(shè)計過程當(dāng)中都需要機械設(shè)計理論的輔助。與此同時，在機械設(shè)計理論當(dāng)中的數(shù)學(xué)機械化及機器人控制技術(shù)開始逐漸增加應(yīng)用，對現(xiàn)代制造業(yè)及工程設(shè)計的進步產(chǎn)生了巨大的推動作用。而在新型機械設(shè)計理論當(dāng)中的有關(guān)內(nèi)容，如圖像處理、自動輕工機械設(shè)計、機械振動分析及噪聲測試等，將來都需要持續(xù)在實踐過程當(dāng)中對其理論進行豐富，對其實際應(yīng)用經(jīng)驗進行補充。

3 在汽車工程方向中新型機械設(shè)計理論的具體應(yīng)用研究

將新型機械設(shè)計理論應(yīng)用在汽車工程當(dāng)中，主要通過相應(yīng)的幾個汽車方面如零部件、振動及噪音控制、結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化等，對其不同的應(yīng)用情況進行分析。

3.1 新型機械設(shè)計理論應(yīng)用在汽車工程方向當(dāng)中的振動及噪音控制

隨著人們不斷提高及改善的生活質(zhì)量水平，對汽車的使用要求也開始逐漸提升，針對舒適性方面的需求正顯著增加[5]。而在汽車的整個使用及行駛過程當(dāng)中，其市場反饋及實際感受會因為汽車的振動及噪音控制情況而影響。而在汽車制造行業(yè)當(dāng)中，對振動及噪音舒適性進行客觀評估時的一種主要指標(biāo)就是NVH測試結(jié)果。NVH主要包括三個不同的方面：噪聲（Noise，N），振動（Vibration，V），聲振粗糙度（Harshness，H）；上述三個不同的方面均跟汽車振動及噪音之間存在著十分密切的關(guān)系。對NVH測試結(jié)果進行分析，可以直觀反應(yīng)出市場對某款汽車的真實使用體驗。汽車發(fā)動機的機架震動所產(chǎn)生的相關(guān)噪音及因為空氣傳播而 導(dǎo)致產(chǎn)生的相關(guān)噪音相結(jié)合就是NVH測試所測量的主要數(shù)據(jù)及方式來源。通過NVH這一全新的機械設(shè)計理論，可以對發(fā)動機現(xiàn)有結(jié)構(gòu)件在匹配振動頻率方面的情況進行有效改善，同時還可以將在震動過程當(dāng)中所出現(xiàn)的藕合現(xiàn)象進行大部分消除。同時，分析NVH測試結(jié)果還可以使得汽車的抗震動特性得到最大程度的提高及改善；進而使得汽車在運轉(zhuǎn)發(fā)動機的過程當(dāng)中可以盡量的減少振動及噪音，從而為消費者提供更加優(yōu)質(zhì)的使用及駕駛體驗。通過應(yīng)用新型NVH機械理論，可以為靜音車型的設(shè)計及研發(fā)提供最直觀的性能參考指標(biāo)。技術(shù)人員跟新型NVH機械理論進行充分的結(jié)合，精細化管理各個不同零部件的組裝及生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時進一步優(yōu)化各個不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)組裝及銜接工藝。從各個不同的方面如實施周期及開發(fā)成本等方面進行全面分析、考慮，通過分析NVH測試結(jié)果可以為設(shè)計靜音車型及搭建測試模型提供有效的保障。

例如將某款汽車的后橋進行40km/h的定速時，在直線工況下會出現(xiàn)較大的振動及造影，此時就可以代入包括車速在內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，實施NVH測試。假如NVH測試結(jié)果最終提示導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲的原因主要為后橋本身的結(jié)構(gòu)特征，就進一步的分析在后橋當(dāng)中存在的相關(guān)噪聲激勵源。而最為常見的一種振動成因就是后橋主減速器的齒輪在進行嚙合傳動的過程當(dāng)中，出現(xiàn)了振動沖擊；而橋殼則會將這一振動沖擊傳輸?shù)杰嚿?，使得汽車出現(xiàn)較大噪聲。NVH測試結(jié)果還可以提供一個機械模型，對機械模型進行分析，汽車主減速器的圓周力約為1N時，就能夠?qū)髽蜉S承的荷載進行準(zhǔn)確計算，從而為技術(shù)人工合理控制噪聲提供更多數(shù)據(jù)方面的參考及支持。即便在未知實際噪聲輻射值的前提下，依舊可以通過這一間接優(yōu)化方式來設(shè)計改進優(yōu)化方案；既能夠避免分析軟件而造成的實際及成本消耗，還可以有效的避免因為在計算模型過程當(dāng)中所產(chǎn)生的誤差而對設(shè)計產(chǎn)生影響。

3.2 新型機械設(shè)計理論應(yīng)用在汽車工程方向當(dāng)中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、模態(tài)及結(jié)構(gòu)強度分析

部分汽車的車身結(jié)構(gòu)強度會對汽車的整體安全性產(chǎn)生著直接性的影響。車身屬于核心大型構(gòu)成組件，其在焊接、制造、加工工藝方面的要求極高，同時針對機械設(shè)計的合理性方面也具有較高的要求。為了能夠充分的滿足相關(guān)行業(yè)當(dāng)中針對質(zhì)量安全的檢測標(biāo)準(zhǔn)需求及要求，一定要針對汽車車身的相關(guān)指標(biāo)設(shè)計，如靜剛度等方面加強投入，通過對性能測試及機械設(shè)計方式來進行持續(xù)不斷的創(chuàng)新，從而更加客觀的評價車身整體性能方面的表現(xiàn)。而持續(xù)不斷的創(chuàng)新檢測技術(shù)及機械設(shè)計理論，可以使得模態(tài)分析效果得到有效提升。通過相關(guān)方式，如分析機械有限元等，預(yù)先設(shè)定在設(shè)計車身時的相關(guān)基本要求及相關(guān)指標(biāo)的限值要求，同時在依據(jù)實際的使用場景及產(chǎn)品定位來進行針對性的改進及優(yōu)化。這樣一來既能夠有效的滿足基礎(chǔ)汽車車身的性能需求，通過使還可以差異化布局功能定位。

從實際的應(yīng)用效果來說，機械設(shè)計測定評估當(dāng)中的模態(tài)分析能夠?qū)ｍ棞y試主要機械零件及核心結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性、耐久度、剛度及強度。同時在相關(guān)測試結(jié)果的基礎(chǔ)上相應(yīng)的調(diào)整設(shè)計思路及方案，從而使得機械設(shè)計的適應(yīng)程度得到有效提升。除此之外，常規(guī)設(shè)計汽車工程機械的流程當(dāng)中，測試方案在內(nèi)容的覆蓋全面性方面及測試方案的合理性都會對整體運行調(diào)試及測試相關(guān)零部件性能檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，使得測試結(jié)果的準(zhǔn)確性受到一定程度的限制。但是通過測定檢驗?zāi)K化這一思路，能夠依據(jù)不同的汽車結(jié)構(gòu)組成模塊來分別對檢測內(nèi)容及流程進行設(shè)置，同時與一般分析方式（有限元分析法）進行充分的結(jié)合，展開對各個汽車構(gòu)件的模態(tài)分析。

通過計算機當(dāng)中的振動模擬軟件，能夠使得汽車在某一特定工況下所產(chǎn)生的噪聲大小、振動頻率及幅度等信息進行有效的還原。這一方式可以使得機械設(shè)計師更加直觀、清晰的了解汽車性能，并對機械設(shè)計方案當(dāng)中的相關(guān)內(nèi)容，如連接方式、安裝位置、構(gòu)件尺寸大小等進行動態(tài)性調(diào)整，同時使得汽車設(shè)計在實用性、適用性及合理性等方面的性能得到持續(xù)性的提升。

4 結(jié)語

綜上所述，在制造業(yè)當(dāng)中應(yīng)用新型機械設(shè)計的相關(guān)基本原理及理論，應(yīng)用前景十分廣闊，尤其是在汽車工程方向當(dāng)中的應(yīng)用，可以起到十分良好的輔助作用及效果?？梢栽谄嚬こ痰膶嶋H操作及設(shè)計方面提供較大的推動及幫助，針對汽車工程的持續(xù)積極發(fā)展發(fā)揮著十分重要的積極作用，同時還可以進一步促進社會的可持續(xù)發(fā)展。