新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程方向的研究與應(yīng)用

李憲才

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)制造業(yè)開始逐漸向國(guó)際化水準(zhǔn)靠攏，隨之而來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，使得新形勢(shì)下市場(chǎng)環(huán)境將迎接新的機(jī)遇和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的原材料、質(zhì)量、性能、價(jià)格、外觀設(shè)計(jì)等方方面面都提出了更豐富的高標(biāo)準(zhǔn)需求，因此提升生產(chǎn)水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，不斷滿足全球需求、變化需求和環(huán)保需求，這也是我國(guó)作為制造業(yè)需要完成的一大壯舉。不斷提升制造業(yè)的生產(chǎn)水平，加快社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步，機(jī)械是必不可少的條件，那么深入研究現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法和應(yīng)用比以往任何時(shí)候都迫在眉睫。該文針對(duì)新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論和基本原理在汽車工程方面進(jìn)行一系列的研究，還探討了該理論在汽車工程方向上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì) 新型理論 汽車工程 研究應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（a）-0122-02

1 新型機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

機(jī)械是我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)不可或缺的部分，特別是應(yīng)用在人類生產(chǎn)生活中的一些十分關(guān)鍵的機(jī)械化生產(chǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備也在不斷豐富和發(fā)展，把人類從繁重或危險(xiǎn)的勞作中解救出來(lái)。目前，雖然我國(guó)在機(jī)械設(shè)計(jì)和理論上都有很大的進(jìn)步，可是對(duì)于少數(shù)問(wèn)題的解決還存在著很大的不足，這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)研究者進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)際問(wèn)題展開深度研究。

七年前，我國(guó)制造業(yè)的工業(yè)增加值已經(jīng)躋身世界第二的位置，進(jìn)一步證明我國(guó)儼然可稱作制造大國(guó)，但這并不意味著我國(guó)就是制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，兩者之間是量和本質(zhì)的根本差異。我國(guó)的機(jī)械設(shè)備和產(chǎn)品即沒(méi)有真正形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品的制造和設(shè)計(jì)水平也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，而且在產(chǎn)品的功能等方面更是嚴(yán)重缺乏創(chuàng)新性。

1949年后我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平開始有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但依然無(wú)法與發(fā)達(dá)的德、美、日等工業(yè)強(qiáng)國(guó)媲美，依然處于落后地位。這種長(zhǎng)時(shí)間的落后現(xiàn)狀也正說(shuō)明了我國(guó)在機(jī)械產(chǎn)品方面的設(shè)計(jì)理論、方法以及技術(shù)領(lǐng)域極度缺乏創(chuàng)新性，另一方面也預(yù)示發(fā)展我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法研究的重要性和緊迫性。所以，一定要加強(qiáng)深化現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法的探索研究，把現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念全面應(yīng)用于到我國(guó)的制造業(yè)當(dāng)中去。

2 新型機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展意義

2.1 個(gè)人利益需求。

從生產(chǎn)者的個(gè)人利益而言，機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造應(yīng)為其帶來(lái)可觀的收益，這是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的動(dòng)力之一。

2.2 社會(huì)的需求。

機(jī)械設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)力的提高作用，體現(xiàn)在新的經(jīng)濟(jì)條件下新的生產(chǎn)形式或表現(xiàn)。

因此，新型機(jī)械的設(shè)計(jì)需要社會(huì)的需求和個(gè)人利益兩方面的動(dòng)力。但并非每一項(xiàng)新型機(jī)械的設(shè)計(jì)都能滿足社會(huì)的發(fā)展需求和個(gè)人的利益要求。因此，如何設(shè)計(jì)出既符合時(shí)代要求，體現(xiàn)時(shí)代特征，又能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)械是每一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)者都要思考和著重解決的問(wèn)題，也是實(shí)現(xiàn)個(gè)人利益的決定因素。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)理論的發(fā)展方向

隨著市場(chǎng)需求的多元化與產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法的發(fā)展也在不斷的發(fā)生變化?？偠灾?，我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論理念和方法未來(lái)需要在這些方向上貫徹執(zhí)行：第一，在功能上要實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、智能化；在外觀操控上要實(shí)現(xiàn)輕量型、多便捷性；在層次上重點(diǎn)發(fā)展集成化。

具體來(lái)說(shuō)，我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法的發(fā)展對(duì)象由單機(jī)走向了系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的根本訴求由一個(gè)個(gè)小目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)不斷走向眾多大目標(biāo)的達(dá)成，進(jìn)而減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間；設(shè)計(jì)應(yīng)用的領(lǐng)域也由單一化延伸到更多領(lǐng)域；產(chǎn)品設(shè)計(jì)由自由發(fā)展走向了有條不紊地發(fā)展；設(shè)計(jì)工作的人員從一個(gè)人走向了團(tuán)隊(duì)化。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程上的研究

4.1 汽車工程概述

隨著工業(yè)革命的發(fā)展，人類歷史上出現(xiàn)了第一輛汽車，近年來(lái)，伴隨汽車工業(yè)的異軍突起，汽車作成為當(dāng)今社會(huì)生活必不可少的一部分，已經(jīng)被廣泛普及。汽車帶來(lái)的出行或運(yùn)輸便捷性提高了人們的生活質(zhì)量，加快了生活節(jié)奏，更為人類文明的發(fā)展和進(jìn)步產(chǎn)生了巨大影響。但是，在之前的幾十年中即便我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)發(fā)生了巨大的進(jìn)步，可當(dāng)下的科學(xué)技術(shù)水平依然還存在局限性，對(duì)于汽車的研究在各方面還需要更進(jìn)一步的提高。新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論以及一些基本原理在汽車工程方面有著很大的研究方向，并且對(duì)其有著一定的推動(dòng)作用。

4.2 機(jī)械設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于汽車工程上的意義

汽車工業(yè)的發(fā)展也是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)前進(jìn)的有力代表，并直接影響該國(guó)家制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。在一定意義上講，汽車工業(yè)不僅是最廣泛的一種工業(yè)，還是最新技術(shù)的最大載體。舉個(gè)例子，有些航空、航天領(lǐng)域的高新技術(shù)只有通過(guò)汽車工程工業(yè)才能夠更好的轉(zhuǎn)化形成規(guī)模型的產(chǎn)業(yè)，這就說(shuō)明新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論及基本原理在汽車工程、工業(yè)上有著很大的促進(jìn)作用。隨著社會(huì)發(fā)展，對(duì)于汽車工程技術(shù)的研究有著越來(lái)越高的標(biāo)準(zhǔn)，這也迫切需要研究工作將機(jī)械設(shè)計(jì)理論揉入汽車工業(yè)，推動(dòng)汽車工業(yè)的發(fā)展。

在實(shí)際生活當(dāng)中，對(duì)于汽車工程的研究歸根結(jié)底是技術(shù)方面上的研究，技術(shù)研究又離不開實(shí)際操作方向上的研究，這些實(shí)際操作上的研究與機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論有著密不可分的關(guān)系，甚至有些實(shí)際操作有著很強(qiáng)的密切性。比如汽車的噪聲、振動(dòng)等研究，同時(shí)這些實(shí)際操作對(duì)于這些問(wèn)題的解決有著很好的作用效果。

5 新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程上的應(yīng)用

5.1 在汽車工程噪聲和振動(dòng)上的應(yīng)用

汽車是企業(yè)生產(chǎn)、人們生活和商業(yè)運(yùn)行各方各面必不可少的交通工具。汽車各個(gè)零部件是否能高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，是否能夠促進(jìn)運(yùn)輸?shù)母咝О踩M(jìn)行，關(guān)乎人門的衣食住行和交通安全。如果汽車零部件或者其他重要設(shè)備一旦出現(xiàn)問(wèn)題，那么就勢(shì)必會(huì)對(duì)汽車的安全造成影響從而給人們出行帶來(lái)威脅。汽車無(wú)法正常行駛，甚至?xí)a(chǎn)生故障，故障性振動(dòng)就是其中一大問(wèn)題。

車輛工作條件下乘客感受到的噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度，是判斷汽車質(zhì)量的一個(gè)綜合性指標(biāo)。這項(xiàng)指標(biāo)分析是評(píng)價(jià)汽車舒適性的又一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)，直接關(guān)系到了汽車產(chǎn)品的市場(chǎng)形象。減少以上現(xiàn)象的最簡(jiǎn)單的辦法就是避免輸入載荷頻率和結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率接近，可以利用頻率分布表完成這一工作，不僅有助于對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行匹配，用于消除振動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的耦合現(xiàn)象，還有利于改善產(chǎn)品的振動(dòng)特性，從而可以大大降低汽車的噪聲及振動(dòng)。利用NVH分析可以預(yù)先得到新開發(fā)車型性能指標(biāo)，還能對(duì)設(shè)計(jì)以及制造等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行更好的優(yōu)化和完善。該分析不管從設(shè)計(jì)成本上，還是從開發(fā)周期上，都為設(shè)計(jì)新型車型提供了很好的保障。

5.2 在汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化上的應(yīng)用

在世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)全面發(fā)展的趨勢(shì)下，節(jié)能、舒適、降低排放和提高安全性已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵研發(fā)方向。車身輕量化發(fā)展主要優(yōu)化汽車框架和結(jié)構(gòu)、車身制造上采用高強(qiáng)度低密度材料，如高強(qiáng)度和汽車高強(qiáng)度板料兩個(gè)方向。車身是車的主要組成，車身必須有很好的強(qiáng)度從而保證車的壽命，以足夠的剛度來(lái)保證車的裝備與使用要求。在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù)中，機(jī)械有限元分析的方法能夠有效地滿足上述車身的設(shè)計(jì)，其主要應(yīng)用體現(xiàn)在兩方面：一方面是在汽車設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)件、主要機(jī)械零件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析：另一方面是在汽車結(jié)構(gòu)分析中通常采用有限元法來(lái)進(jìn)行各構(gòu)件的模態(tài)分析，同時(shí)在計(jì)算機(jī)上可以清晰地觀看各構(gòu)件的振動(dòng)模態(tài)，這就為結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供了方便。因此說(shuō)有限元分析的方法在汽車結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用提高了車身設(shè)計(jì)水平。

6 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理以及設(shè)計(jì)理論在制造等產(chǎn)業(yè)有著很好的應(yīng)用前景，特別是在汽車工程方面，絕對(duì)發(fā)揮著良好的效果，不僅對(duì)汽車工程技術(shù)和實(shí)際操作上的研究有貢獻(xiàn)，還對(duì)汽車工程、設(shè)計(jì)上的具體應(yīng)用起到推動(dòng)作用，對(duì)于汽車工程的發(fā)展有著積極效果，對(duì)社會(huì)發(fā)展也有著深刻的促進(jìn)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 溫文源，韓祖行.客車車身結(jié)構(gòu)的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1989（3）：32-40.

[2] 鐘毅芳.機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法[M].華中科技大學(xué)出版社，2002.