新型機械設計理論在汽車工程中的運用探討

郭亞娟，倫佳琪

（鄭州工商學院，河南 鄭州 451450）

回顧人類的發展歷程，我們可以看到，是經濟和科技的發展促進了社會的持續發展。科技作為生產力，不僅極大地改變了人們的生存狀態，也極大地改變了人們的出行習慣。隨著汽車工程的發展，機械設備也在不斷發展，推動著社會生產力的發展。隨著人類生活質量的不斷提高，對機械的要求越來越高，機械產品在現實中的運用也越來越廣泛。

1 新型機械設計理論

新型機械設計理論，主要涉及機械性能和功能，這些都是機械工程學的范疇，用定量方法來綜合分析和理解結構。從機械設計角度來看，主要有驅動控制、仿生、環保和節能、機器人的開發和研究、輕工業機械傳動原理等。因而，運用新型機械設計理論，不但可以使人們更好地認識機器運轉的基本情況，而且還可以對其進行更細致的定位和設計工作，從而歸納出一些基本工作原則。當前，新型機械設計理論主要應用于工業、科技、農業、服務業等領域，主要以控制、裝配和傳動為主，涉及信息學、電子學、生物學、人機學、仿生學等領域。

總體而言，新型機械設計理論在總體上應用廣泛，知識結構也比較復雜，因而具有一定的學術特色和學科優勢。在機械制造和設計中，復合材料的使用是最常見的；理論研究方向傾向于CAD 和自動化機械工程；在產品設計和生產過程中，都需要使用現代測試技術來進行數據統計和分析。尤其是近年來，由于新型機械設計理論的發展，使得汽車工程管理和設計質量得到了極大的提升，為今后汽車工程制造發展打下了堅實的基礎。

2 汽車工程概述

在工業革命期間，人類歷史上第一次有了車。在漫長發展過程中，汽車行業得到了飛速發展，逐漸地融入人們的日常生活和生產中。同時，汽車給人們交通出行提供了極大便利，使人們的生活節奏速度更快，并進一步促進人類社會的進步和發展。近10 年來，汽車工程發展迅速，但由于科技發展的制約，還有待于加強對汽車綜合性能的研究。而新型機械設計理論在汽車工程中的應用，將會對汽車工程技術發展起到積極的促進作用。

3 新型機械設計理論研究意義及方向

縱觀汽車工程發展歷程，機械設備是汽車工程的主要組成部分。在整個社會發展過程中，機械化也是不可或缺的一部分。當今人類社會經濟發展呈穩定增長態勢，而在此背景下，對機械設備的需求也逐漸增加。而機械設計的不斷發展，使人們擺脫了原來的工作和交通負擔。21 世紀，機械設計理論也隨之產生了巨大變化。

3.1 新型機械設計理論研究意義

從個體觀點出發，合理地將新型機械設計理論運用于汽車設計制造，可以產生與之對應的經濟利益，從而吸引越來越多的廠商投入資金、時間、精力，研發出更加科學、更加先進的機械設備，既能滿足人們的日常生活和出行需求，又能取得較大的經濟效益。現階段，社會發展的內在動力來自科學技術，所以，在一定意義上，汽車工程的機械產品也能帶動社會和經濟發展。這是一種互惠互利的關系。要使機械設計在未來經濟發展中起到正面推動作用，必須確保其能適應當前時期和人們的需要。所以，在此背景下，必須將新型機械設計理論與經濟發展相融合，從而使其達到經濟性和實用性的雙重需求。

3.2 新型機械設計理論發展趨勢

現在市場，已經有了多元化趨勢，包括制造業，隨著社會的發展，對機械設備的需求也在不斷增加，這就導致新型機械設計理論要適應市場需求，發生一系列變化。總之，我們國家新型機械設計理論是要符合現實要求，符合社會需要，要符合智能化、多元化、高效率要求。可以說，目前國內所從事的機械設計工作，已不再是單純的制造零件，而是要從多方面去考量，以最大限度地滿足民眾需求，來推動經濟發展。此外，對設計外觀、設計時間和使用壽命提出了更高要求。

4 新型機械設計理論的研究

4.1 發動機變速器的研究

發動機是整個汽車結構的關鍵，變速器是整個發動機的關鍵部件。因為在發動機正常工作時，變速器的轉速是非常高的，所要達到最大扭矩和最大功率。在制造時，我們必須通過精確計算，來分析各零件的相互關系，以及在操作中所扮演的角色，從而使變速器發揮其最大作用。在汽車結構中，變速器在運轉時的工作原理是利用零件表面的齒輪運動來改變汽車行駛時的檔位。即使只有一個變速器齒輪出現了問題，也會對變速器的工作造成很大影響，因此必須確保變速器齒輪的質量，確保變速器的壽命。

4.2 零件磨損度的研究

目前，我國公路運輸體系日趨完善，各種交通線路遍布全國各地。在這種情況下，對汽車的需求量越來越大。從工業革命開始，就可以看出，工業是一個新紀元，而機器也在不斷發展。隨著汽車工程的發展，零部件生產企業逐漸增多，為解決汽車零部件在使用中出現的磨損問題，國內汽車制造業和零部件制造業都必須對零部件進行深入研究，以提高零部件的耐磨性。

4.3 噪聲和振動的研究

在汽車正式投入使用后，更多的是在公路上行駛時，要控制車輛所發出的噪聲。所以，機械生產商必須采用更加科學的方式來減少汽車運行時的噪聲和振動。在進行汽車設計時，可以通過不同的方法促使汽車噪聲和振動減少。另外，還要考慮到大眾對汽車的需求，以及相應的市場定位，并符合國家可持續發展理念。

5 新型機械設計理論在汽車工程中的具體運用

5.1 新型機械設計理論在汽車工程噪聲和振動上的應用

汽車作為企業生產、商業運行和人們出行的主要載體，汽車的安全、高效運行，關系到人們的人身安全。所以，汽車在行駛時，如果一個零件或其他裝置發生了問題，將會對汽車行駛造成很大傷害。在此情況下，噪聲和失效振動最為常見。要想克服這個問題，首先要把汽車常見的噪音和振動問題放在首位。在汽車行駛時，根據汽車噪聲、振動的粗糙程度，可以對汽車的整體性能做出全面評價。而這個指數又是衡量汽車舒適度的重要因素，其直接關系汽車品牌知名度。因此，要降低系統的噪聲和振動，必須避免輸入加載與結構固有頻率過于相近。通過使振動頻率與降低的耦合作用相結合，使汽車振動特性得到進一步改善，從而使汽車在行駛中的振動和噪聲得到極大地降低。此外，技術工作者還可以利用NVH 客觀、準確地獲得新產品的各項性能參數，并對其進行改進。從設計費用和研發周期兩個方面來看，新型機械設計理論都能為汽車新產品設計奠定基礎。

5.2 新型機械設計理論在汽車結構強度及模態分析、結構優化上的應用

當今全球經濟整體發展勢頭良好，對現代汽車結構、性能和行駛技術提出了更高的要求，需要滿足汽車節能、舒適、安全、減少排放等方面的要求。因此，車身輕量化是汽車發展的主攻方向，對車體的設計和構造進行改進，在車體生產中運用高強度低密度材料。而車身是一輛車的主要部件，其堅固程度足以保障汽車的使用年限，同時，車身也要具備一定的剛性，才能滿足汽車裝備及使用符合要求。在機械結構革新和測試技術的運用中，機械的FEM 能夠很好地適應汽車的實際使用需求，主要包括兩個部分：第一部分是對結構件的強度、穩定性和剛度的分析。第二部分是將有限單元方法應用于汽車車身結構，進行車身結構模態計算。同時，通過計算機可以清楚地看到各部件的振動模態，從而使結構動態設計工作更加容易。所以，在汽車結構設計中利用有限元分析法可以極大地改善汽車設計質量。

5.3 新型機械設計理論在變速器設計中的應用

汽車在使用過程中，可以對機械變速器進行優化。由于變速器的高輸出、變速特性，需要在某一轉速下實現最大輸出和扭矩，為了使其更好地發揮其功能，需要在實際應用中增設變速裝置，以適應實際應用需要。在此基礎上，可以將新型機械設計理論與計算機相結合，通過計算機對變速器進行數字化設計，使各部件功能更加清晰，從而達到最大限度地減輕車身重量的目標。機械式變速器通常是變速器中最常用的一種，在設計上要兼顧整體重量和穩定性，齒輪的體積總和必須達到汽車輕量化要求，同時還要保證汽車螺旋角與倒車齒輪模數保持一致，所以在設計好后要注意余檔參數設計。此外，還可以與變速器配合，改變車輛的驅動模式，用多個擋位實現換擋。如果某一傳動設備發生故障，將直接影響減速器的總體性能，所以在優化變速器時，要視具體情況而定，增加或減少齒輪個數和大小。

5.4 新型機械設計理論在汽車零部件抗磨損中的應用

隨著社會的迅速發展，運輸體系日趨成熟，對汽車的要求也越來越高，因此，汽車已成為主要的運輸方式。自工業革命以來，由于工業的迅速發展，機械行業獲得了巨大發展機會，汽車的到來讓人們的生活和交通形式都發生了巨大變化，隨著汽車工程的發展，對汽車的研發也越來越多，越來越多的高精度零件被用于汽車設計和制造中，所以在汽車研發和制造過程中，必須重視起汽車零件的抗磨性能。在實際使用中，零件表面會有較大磨損，不同零件在接觸時，接觸部位的溫度會迅速升高，從而造成潤滑層破損，從而引起零件內部結構破壞，造成零件磨損或零件銹蝕。在此條件下，可以在零件表層噴涂一層防磨劑，并對零件進行工藝設計，確保零件的基本物理特性。在實際應用中，可以采用激光淬火、碳氧共滲、擠壓表面等技術手段來提高零件的耐磨性能，此外，采用網格磨具對零件的初期磨損也是有益的，因此要選用適當技術，才能得到高質量制品。

5.5 新型機械設計理論在汽車外觀設計中的應用

由于車輛越來越多，在車輛的運用中，不僅要注意車輛的舒適度，還要注意外形的美觀性和藝術性。另外，在車身結構設計中，應注重車身結構的合理設計與外觀的優化。隨著汽車生產規模的擴大，各種型號和功能的汽車數量也在逐年增長，各種零件都要在生產過程中進行系列化和品牌化，方便日后維修和保養。在具體設計中，每一個部件都要經過莫泰分析，每一部件的穩定性和強度都要有清晰定義，再利用電腦軟件進行動態設計，以確保汽車的整體質量。比如，在汽車涂裝方面，根據環保理念，必須采用綠色、無害涂料，同時還要兼顧空氣動力學等方面的因素，確保汽車整體的壓合件和配合件必須符合汽車設計規范，同時還必須滿足整體造型，同時還要兼顧美觀、審美和加速要求。另外，工作椅背設計，無論是材料還是椅背角度，都要根據力學原理來進行精確計算，既要符合設計的合理性，又要兼顧駕駛者的舒適度，確保汽車整體設計符合科學要求。

6 結語

綜上所述，在國民經濟飛速發展的今天，汽車在人們工作和生活中所起的作用越來越大，給汽車廠商工作和生活帶來了巨大挑戰，所以汽車廠商必須把新型機械設計理論應用在汽車外觀、變速器、零部件以及噪音、振動等設計中，并考慮各種因素，才能使汽車工程在高速發展的大環境中得到快速發展。