新型机械设计理论在汽车工程方向的研究与应用

李宪才

摘 要：近年来，我国制造业开始逐渐向国际化水准靠拢，随之而来的市场竞争也日趋激烈，使得新形势下市场环境将迎接新的机遇和严峻挑战。市场对机械产品的原材料、质量、性能、价格、外观设计等方方面面都提出了更丰富的高标准需求，因此提升生产水平，提高产品质量，不断满足全球需求、变化需求和环保需求，这也是我国作为制造业需要完成的一大壮举。不断提升制造业的生产水平，加快社会经济发展的脚步，机械是必不可少的条件，那么深入研究现代机械设计理论方法和应用比以往任何时候都迫在眉睫。该文针对新型机械设计理论和基本原理在汽车工程方面进行一系列的研究，还探讨了该理论在汽车工程方向上的应用。

关键词：机械设计 新型理论 汽车工程 研究应用

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（a）-0122-02

1 新型机械设计现状

机械是我国制造产业不可或缺的部分，特别是应用在人类生产生活中的一些十分关键的机械化生产。随着经济的发展和科学的进步，机械设备也在不断丰富和发展，把人类从繁重或危险的劳作中解救出来。目前，虽然我国在机械设计和理论上都有很大的进步，可是对于少数问题的解决还存在着很大的不足，这就要求机械设计研究者进行大量实验并对实际问题展开深度研究。

七年前，我国制造业的工业增加值已经跻身世界第二的位置，进一步证明我国俨然可称作制造大国，但这并不意味着我国就是制造业强国，两者之间是量和本质的根本差异。我国的机械设备和产品即没有真正形成自主知识产权，产品的制造和设计水平也远远落后于发达国家，而且在产品的功能等方面更是严重缺乏创新性。

1949年后我国的机械设计水平开始有了长足的发展，但依然无法与发达的德、美、日等工业强国媲美，依然处于落后地位。这种长时间的落后现状也正说明了我国在机械产品方面的设计理论、方法以及技术领域极度缺乏创新性，另一方面也预示发展我国机械产品现代设计理论方法研究的重要性和紧迫性。所以，一定要加强深化现代设计理论方法的探索研究，把现代设计理念全面应用于到我国的制造业当中去。

2 新型机械设计发展意义

2.1 个人利益需求。

从生产者的个人利益而言，机械的设计与制造应为其带来可观的收益，这是机械设计与制造的动力之一。

2.2 社会的需求。

机械设计需要体现对生产力的提高作用，体现在新的经济条件下新的生产形式或表现。

因此，新型机械的设计需要社会的需求和个人利益两方面的动力。但并非每一项新型机械的设计都能满足社会的发展需求和个人的利益要求。因此，如何设计出既符合时代要求，体现时代特征，又能促进经济发展的机械是每一个机械设计者都要思考和着重解决的问题，也是实现个人利益的决定因素。

3 机械设计理论的发展方向

随着市场需求的多元化与产品质量标准的不断提高，我国现代机械设计理论方法的发展也在不断的发生变化。总而言之，我国现代机械设计理论理念和方法未来需要在这些方向上贯彻执行：第一，在功能上要实现高精度、高效率、智能化；在外观操控上要实现轻量型、多便捷性；在层次上重点发展集成化。

具体来说，我国现代机械设计理论方法的发展对象由单机走向了系统，设计的根本诉求由一个个小目标的实现不断走向众多大目标的达成，进而减少产品设计的时间；设计应用的领域也由单一化延伸到更多领域；产品设计由自由发展走向了有条不紊地发展；设计工作的人员从一个人走向了团队化。

4 机械设计理论在汽车工程上的研究

4.1 汽车工程概述

随着工业革命的发展，人类历史上出现了第一辆汽车，近年来，伴随汽车工业的异军突起，汽车作成为当今社会生活必不可少的一部分，已经被广泛普及。汽车带来的出行或运输便捷性提高了人们的生活质量，加快了生活节奏，更为人类文明的发展和进步产生了巨大影响。但是，在之前的几十年中即便我国的汽车产业发展已经发生了巨大的进步，可当下的科学技术水平依然还存在局限性，对于汽车的研究在各方面还需要更进一步的提高。新型机械设计理论以及一些基本原理在汽车工程方面有着很大的研究方向，并且对其有着一定的推动作用。

4.2 机械设计理论应用于汽车工程上的意义

汽车工业的发展也是一个国家制造业前进的有力代表，并直接影响该国家制造业的发展进程。在一定意义上讲，汽車工业不仅是最广泛的一种工业，还是最新技术的最大载体。举个例子，有些航空、航天领域的高新技术只有通过汽车工程工业才能够更好的转化形成规模型的产业，这就说明新型机械设计理论及基本原理在汽车工程、工业上有着很大的促进作用。随着社会发展，对于汽车工程技术的研究有着越来越高的标准，这也迫切需要研究工作将机械设计理论揉入汽车工业，推动汽车工业的发展。

在实际生活当中，对于汽车工程的研究归根结底是技术方面上的研究，技术研究又离不开实际操作方向上的研究，这些实际操作上的研究与机械设计的基本理论有着密不可分的关系，甚至有些实际操作有着很强的密切性。比如汽车的噪声、振动等研究，同时这些实际操作对于这些问题的解决有着很好的作用效果。

5 新型机械设计理论在汽车工程上的应用

5.1 在汽车工程噪声和振动上的应用

汽车是企业生产、人们生活和商业运行各方各面必不可少的交通工具。汽车各个零部件是否能高效、安全运转，是否能够促进运输的高效安全进行，关乎人门的衣食住行和交通安全。如果汽车零部件或者其他重要设备一旦出现问题，那么就势必会对汽车的安全造成影响从而给人们出行带来威胁。汽车无法正常行驶，甚至会产生故障，故障性振动就是其中一大问题。

车辆工作条件下乘客感受到的噪声、振动和声振粗糙度，是判断汽车质量的一个综合性指标。这项指标分析是评价汽车舒适性的又一项十分重要的指标，直接关系到了汽车产品的市场形象。减少以上现象的最简单的办法就是避免输入载荷频率和结构模态频率接近，可以利用频率分布表完成这一工作，不仅有助于对振动频率进行匹配，用于消除振动过程中出现的耦合现象，还有利于改善产品的振动特性，从而可以大大降低汽车的噪声及振动。利用NVH分析可以预先得到新开发车型性能指标，还能对设计以及制造等各个环节进行更好的优化和完善。该分析不管从设计成本上，还是从开发周期上，都为设计新型车型提供了很好的保障。

5.2 在汽车结构强度与模态分析及结构优化上的应用

在世界经济和社会全面发展的趋势下，节能、舒适、降低排放和提高安全性已经成为现代汽车结构、性能和技术的一个关键研发方向。车身轻量化发展主要优化汽车框架和结构、车身制造上采用高强度低密度材料，如高强度和汽车高强度板料两个方向。车身是车的主要组成，车身必须有很好的强度从而保证车的寿命，以足够的刚度来保证车的装备与使用要求。在机械创新设计与检测技术中，机械有限元分析的方法能够有效地满足上述车身的设计，其主要应用体现在两方面：一方面是在汽车设计中对结构件、主要机械零件的强度、刚度和稳定性进行分析：另一方面是在汽车结构分析中通常采用有限元法来进行各构件的模态分析，同时在计算机上可以清晰地观看各构件的振动模态，这就为结构的动态设计提供了方便。因此说有限元分析的方法在汽车结构上的应用提高了车身设计水平。

6 结语

机械设计的基本原理以及设计理论在制造等产业有着很好的应用前景，特别是在汽车工程方面，绝对发挥着良好的效果，不仅对汽车工程技术和实际操作上的研究有贡献，还对汽车工程、设计上的具体应用起到推动作用，对于汽车工程的发展有着积极效果，对社会发展也有着深刻的促进意义。

参考文献

[1] 温文源，韩祖行.客车车身结构的有限元分析及优化设计研究[J].东南大学学报，1989（3）：32-40.

[2] 钟毅芳.机械设计原理与方法[M].华中科技大学出版社，2002.