新型机械设计理论在汽车工程中的运用探讨

2023-12-21郭亚娟伦佳琪

中国设备工程 2023年22期

郭亚娟，伦佳琪

（郑州工商学院，河南郑州 451450）

回顾人类的发展历程，我们可以看到，是经济和科技的发展促进了社会的持续发展。科技作为生产力，不仅极大地改变了人们的生存状态，也极大地改变了人们的出行习惯。随着汽车工程的发展，机械设备也在不断发展，推动着社会生产力的发展。随着人类生活质量的不断提高，对机械的要求越来越高，机械产品在现实中的运用也越来越广泛。

1 新型机械设计理论

新型机械设计理论，主要涉及机械性能和功能，这些都是机械工程学的范畴，用定量方法来综合分析和理解结构。从机械设计角度来看，主要有驱动控制、仿生、环保和节能、机器人的开发和研究、轻工业机械传动原理等。因而，运用新型机械设计理论，不但可以使人们更好地认识机器运转的基本情况，而且还可以对其进行更细致的定位和设计工作，从而归纳出一些基本工作原则。当前，新型机械设计理论主要应用于工业、科技、农业、服务业等领域，主要以控制、装配和传动为主，涉及信息学、电子学、生物学、人机学、仿生学等领域。

总体而言，新型机械设计理论在总体上应用广泛，知识结构也比较复杂，因而具有一定的学术特色和学科优势。在机械制造和设计中，复合材料的使用是最常见的；理论研究方向倾向于CAD 和自动化机械工程；在产品设计和生产过程中，都需要使用现代测试技术来进行数据统计和分析。尤其是近年来，由于新型机械设计理论的发展，使得汽车工程管理和设计质量得到了极大的提升，为今后汽车工程制造发展打下了坚实的基础。

2 汽车工程概述

在工业革命期间，人类历史上第一次有了车。在漫长发展过程中，汽车行业得到了飞速发展，逐渐地融入人们的日常生活和生产中。同时，汽车给人们交通出行提供了极大便利，使人们的生活节奏速度更快，并进一步促进人类社会的进步和发展。近10 年来，汽车工程发展迅速，但由于科技发展的制约，还有待于加强对汽车综合性能的研究。而新型机械设计理论在汽车工程中的应用，将会对汽车工程技术发展起到积极的促进作用。

3 新型机械设计理论研究意义及方向

纵观汽车工程发展历程，机械设备是汽车工程的主要组成部分。在整个社会发展过程中，机械化也是不可或缺的一部分。当今人类社会经济发展呈稳定增长态势，而在此背景下，对机械设备的需求也逐渐增加。而机械设计的不断发展，使人们摆脱了原来的工作和交通负担。21 世纪，机械设计理论也随之产生了巨大变化。

3.1 新型机械设计理论研究意义

从个体观点出发，合理地将新型机械设计理论运用于汽车设计制造，可以产生与之对应的经济利益，从而吸引越来越多的厂商投入资金、时间、精力，研发出更加科学、更加先进的机械设备，既能满足人们的日常生活和出行需求，又能取得较大的经济效益。现阶段，社会发展的内在动力来自科学技术，所以，在一定意义上，汽车工程的机械产品也能带动社会和经济发展。这是一种互惠互利的关系。要使机械设计在未来经济发展中起到正面推动作用，必须确保其能适应当前时期和人们的需要。所以，在此背景下，必须将新型机械设计理论与经济发展相融合，从而使其达到经济性和实用性的双重需求。

3.2 新型机械设计理论发展趋势

现在市场，已经有了多元化趋势，包括制造业，随着社会的发展，对机械设备的需求也在不断增加，这就导致新型机械设计理论要适应市场需求，发生一系列变化。总之，我们国家新型机械设计理论是要符合现实要求，符合社会需要，要符合智能化、多元化、高效率要求。可以说，目前国内所从事的机械设计工作，已不再是单纯的制造零件，而是要从多方面去考量，以最大限度地满足民众需求，来推动经济发展。此外，对设计外观、设计时间和使用寿命提出了更高要求。

4 新型机械设计理论的研究

4.1 发动机变速器的研究

发动机是整个汽车结构的关键，变速器是整个发动机的关键部件。因为在发动机正常工作时，变速器的转速是非常高的，所要达到最大扭矩和最大功率。在制造时，我们必须通过精确计算，来分析各零件的相互关系，以及在操作中所扮演的角色，从而使变速器发挥其最大作用。在汽车结构中，变速器在运转时的工作原理是利用零件表面的齿轮运动来改变汽车行驶时的档位。即使只有一个变速器齿轮出现了问题，也会对变速器的工作造成很大影响，因此必须确保变速器齿轮的质量，确保变速器的寿命。

4.2 零件磨损度的研究

目前，我国公路运输体系日趋完善，各种交通线路遍布全国各地。在这种情况下，对汽车的需求量越来越大。从工业革命开始，就可以看出，工业是一个新纪元，而机器也在不断发展。随着汽车工程的发展，零部件生产企业逐渐增多，为解决汽车零部件在使用中出现的磨损问题，国内汽车制造业和零部件制造业都必须对零部件进行深入研究，以提高零部件的耐磨性。

4.3 噪声和振动的研究

在汽车正式投入使用后，更多的是在公路上行驶时，要控制车辆所发出的噪声。所以，机械生产商必须采用更加科学的方式来减少汽车运行时的噪声和振动。在进行汽车设计时，可以通过不同的方法促使汽车噪声和振动减少。另外，还要考虑到大众对汽车的需求，以及相应的市场定位，并符合国家可持续发展理念。

5 新型机械设计理论在汽车工程中的具体运用

5.1 新型机械设计理论在汽车工程噪声和振动上的应用

汽车作为企业生产、商业运行和人们出行的主要载体，汽车的安全、高效运行，关系到人们的人身安全。所以，汽车在行驶时，如果一个零件或其他装置发生了问题，将会对汽车行驶造成很大伤害。在此情况下，噪声和失效振动最为常见。要想克服这个问题，首先要把汽车常见的噪音和振动问题放在首位。在汽车行驶时，根据汽车噪声、振动的粗糙程度，可以对汽车的整体性能做出全面评价。而这个指数又是衡量汽车舒适度的重要因素，其直接关系汽车品牌知名度。因此，要降低系统的噪声和振动，必须避免输入加载与结构固有频率过于相近。通过使振动频率与降低的耦合作用相结合，使汽车振动特性得到进一步改善，从而使汽车在行驶中的振动和噪声得到极大地降低。此外，技术工作者还可以利用NVH 客观、准确地获得新产品的各项性能参数，并对其进行改进。从设计费用和研发周期两个方面来看，新型机械设计理论都能为汽车新产品设计奠定基础。

5.2 新型机械设计理论在汽车结构强度及模态分析、结构优化上的应用

当今全球经济整体发展势头良好，对现代汽车结构、性能和行驶技术提出了更高的要求，需要满足汽车节能、舒适、安全、减少排放等方面的要求。因此，车身轻量化是汽车发展的主攻方向，对车体的设计和构造进行改进，在车体生产中运用高强度低密度材料。而车身是一辆车的主要部件，其坚固程度足以保障汽车的使用年限，同时，车身也要具备一定的刚性，才能满足汽车装备及使用符合要求。在机械结构革新和测试技术的运用中，机械的FEM 能够很好地适应汽车的实际使用需求，主要包括两个部分：第一部分是对结构件的强度、稳定性和刚度的分析。第二部分是将有限单元方法应用于汽车车身结构，进行车身结构模态计算。同时，通过计算机可以清楚地看到各部件的振动模态，从而使结构动态设计工作更加容易。所以，在汽车结构设计中利用有限元分析法可以极大地改善汽车设计质量。

5.3 新型机械设计理论在变速器设计中的应用

汽车在使用过程中，可以对机械变速器进行优化。由于变速器的高输出、变速特性，需要在某一转速下实现最大输出和扭矩，为了使其更好地发挥其功能，需要在实际应用中增设变速装置，以适应实际应用需要。在此基础上，可以将新型机械设计理论与计算机相结合，通过计算机对变速器进行数字化设计，使各部件功能更加清晰，从而达到最大限度地减轻车身重量的目标。机械式变速器通常是变速器中最常用的一种，在设计上要兼顾整体重量和稳定性，齿轮的体积总和必须达到汽车轻量化要求，同时还要保证汽车螺旋角与倒车齿轮模数保持一致，所以在设计好后要注意余档参数设计。此外，还可以与变速器配合，改变车辆的驱动模式，用多个挡位实现换挡。如果某一传动设备发生故障，将直接影响减速器的总体性能，所以在优化变速器时，要视具体情况而定，增加或减少齿轮个数和大小。

5.4 新型机械设计理论在汽车零部件抗磨损中的应用

随着社会的迅速发展，运输体系日趋成熟，对汽车的要求也越来越高，因此，汽车已成为主要的运输方式。自工业革命以来，由于工业的迅速发展，机械行业获得了巨大发展机会，汽车的到来让人们的生活和交通形式都发生了巨大变化，随着汽车工程的发展，对汽车的研发也越来越多，越来越多的高精度零件被用于汽车设计和制造中，所以在汽车研发和制造过程中，必须重视起汽车零件的抗磨性能。在实际使用中，零件表面会有较大磨损，不同零件在接触时，接触部位的温度会迅速升高，从而造成润滑层破损，从而引起零件内部结构破坏，造成零件磨损或零件锈蚀。在此条件下，可以在零件表层喷涂一层防磨剂，并对零件进行工艺设计，确保零件的基本物理特性。在实际应用中，可以采用激光淬火、碳氧共渗、挤压表面等技术手段来提高零件的耐磨性能，此外，采用网格磨具对零件的初期磨损也是有益的，因此要选用适当技术，才能得到高质量制品。

5.5 新型机械设计理论在汽车外观设计中的应用

由于车辆越来越多，在车辆的运用中，不仅要注意车辆的舒适度，还要注意外形的美观性和艺术性。另外，在车身结构设计中，应注重车身结构的合理设计与外观的优化。随着汽车生产规模的扩大，各种型号和功能的汽车数量也在逐年增长，各种零件都要在生产过程中进行系列化和品牌化，方便日后维修和保养。在具体设计中，每一个部件都要经过莫泰分析，每一部件的稳定性和强度都要有清晰定义，再利用电脑软件进行动态设计，以确保汽车的整体质量。比如，在汽车涂装方面，根据环保理念，必须采用绿色、无害涂料，同时还要兼顾空气动力学等方面的因素，确保汽车整体的压合件和配合件必须符合汽车设计规范，同时还必须满足整体造型，同时还要兼顾美观、审美和加速要求。另外，工作椅背设计，无论是材料还是椅背角度，都要根据力学原理来进行精确计算，既要符合设计的合理性，又要兼顾驾驶者的舒适度，确保汽车整体设计符合科学要求。