量化设计（精选十篇）
量化设计 篇1
在世界经济领域与人们现实生活中企业的地位毋庸置疑, 其发展的重要方向是舒适、安全、低成本、节能和智能化等, 随着不断提高的社会文明程度以及日益紧张的不可再生资源, 最大程度降低材料用量以及控制尾气污染, 这些都是汽车行业需要面对的挑战。相关资料表示, 每次减少10%的汽车质量, 可以节省6-8%的油耗。世界主要汽车生产国都在严格执行排放标准。我国北京也把汽车尾气排放强制执行欧洲三级标准。
控制节省车体质量, 也就是轻量化设计这一主要问题, 不仅可以减少材料消耗, 还可以降低排放尾气量, 这已经成为全球汽车行业的共识, 已经得到了巨大的成绩。同时加入WTO以后, 对轻量化设计的大量应用, 提高了我国汽车综合水平, 成功接轨于世界标准, 对于提升我国汽车行业国际竞争起到重要作用。
2 汽车灯具轻量化设计应用
2.1 替代材料
20世纪80年代, 由于能源危机造成的影响, 日本提出了汽车轻量化设计, 设计出对能耗与原材料有效节省的新车型。汽车灯具选择注塑材料制作, 提出了与灯具大型注塑件相适合的制造技术, 有效节省了手工操作所需的成本, 进一步提升了企业灯具轻量化设计水平。车灯具体能够划分为前照灯、后车灯、转向灯、雾灯等。PC由于具有较强的抗冲击能力要相当于250倍的无机玻璃, 相当于30倍的聚甲基丙烯酸甲酯板材, 最早代替剥离在前灯外罩中应用, 由于利用PC制作外罩, 造成灯体利用改性聚丙烯, 灯罩与灯体一般利用粘胶粘接式进行装配。此外, 车灯造型中装饰功能是主要部分, PC拥有极好的光学与着色性能, 可以制作车内装饰条对车灯进行点缀和装饰。一般利用透明有色的PC制作装饰条, 可以选择辅助喷底漆突出其颜色, 也可以同构镀铝方式对金属色积极改变和装饰;装饰圈通常利用镀铝方式改变金属色在照明灯外实施包嵌;灯具中反射镜是主要的零部件, 从前都是利用压铸件镀铝进行制作, 目前全部应用PC注塑镀铝, 降低了质量, 也对工艺进行了简化。灯具中一般是没有办法改变灯泡的发光颜色的, 而指示灯全部是发出颜色的灯光, 因此, 利用内配光镜的颜色对整灯光颜色进行调整, 通常有色透明PC的颜色包括红、黄、绿和蓝。
(1) 透明有色聚碳酸酯
由于光源颜色调整与装饰的要求, 采取聚碳酸酯可以着色的优点, 生产材料厂家按照用户的需求可以直接在生产中添加颜色以及一些添加剂等, 制作透明有色的PC料。在这些透明有色的PC料中, 最重要的是色母料的耐热性。
(2) 聚碳酸酯表面处理
PC塑件的表面较为坚脆, 尤其是透明件, 当其沾上大量灰尘, 即便是通过静电布搽拭, 轻易就划伤配光镜表明, 进一步对整个灯具的外观造成影响。通常PC作为灯具外的表面零件时, 要处理产品表面之后使用。当前具体是利用表面有机硅耐磨涂层的方法进行处理。从前灯具中的反射镜或者饰圈等零件都是采用金属件实施电镀或者镀铝, 金属件质量较重, 加工较为复杂, 成本很高。目前代替使用PC注塑件, 工艺成型便捷, 可以加工出较为复杂的形状, 通过镀铝工艺得到的拥有金属光亮的表面, 质量较轻。在工程塑料中, PC基材表面和铝层之间形成了很好的附着力。PC镀铝的主要工艺是在真空中蒸发金属纯铝, 使其在被涂覆的物体上沉积, 也可以称为真空镀铝。汽车灯具镀铝的零件基本包括灯体、反射饰圈, 在灯具中安装发挥了反射和折射功能。
2.2 工艺手段结合结构优化
在设计密封结构时应用工艺手段结合结构优化, 要对配光镜和灯壳的密封粘结方式进行确定。当前汽车配光镜和灯壳之间主要采取热熔胶粘接、冷硅胶粘接、PU胶粘接、热板焊接、摩擦焊接等方式进行。例如前组合灯和后组合灯。当前前组合灯采取的粘接方法具体包括热熔胶粘接、冷硅胶粘接、PU胶粘接。由于前组合灯一般使用的材料为配光镜PC和灯壳PP, 这两种材料不能实施热板焊接、摩擦焊接, 所以不适合通过这两种方式进行玻璃焊接。对于小面积产品适合利用超声波焊接, 例如侧转向灯等。
2.3 灯具零部件之间等寿命设计
在传统的设计过程中, 考虑灯具系统和各零部件之间的等寿命设计并不充分。按照相关的要求, 不同灯具零件出现了不一样的安全系数。通常在整车寿命的前提下, 各个灯具零件之间形成了较大寿命差异。损坏了一个零件, 另一个零件却完好无损, 进一步形成浪费。可以联系可靠性与耐久性试验得到的数据, 对灯具部件的疲劳强度有效考核, 实行寿命设计。在整车寿命要求下, 对安全系数积极调整。除了易损件之外, 其他零部件的寿命也近似于相同的数值, 防止了一些灯具零部件不必要的长寿命, 进一步降低了耗材, 减轻了重量。此外, 在目前汽车电子电气所占比例逐渐加重的情况下, 可以利用功能优化, 通过各种方式完成相同的功能, 进而达到以电子化替代机械功能的目的, 最终可以有效减少机械零件, 减轻重量。
3 汽车轻量化技术的应用前景
轻量化技术的发展始终联系材料的应用而开展, 各国为此利用了很多方法:美国PNGV计划决定选择包括高强度钢铝合金、镁合金以及复合塑料材料进一步完成汽车轻量化设计, 同时重点突出了扩大轻质材料的重要意义;国际钢铁协会考虑了很多因素, 吸收了很过国家的著名钢铁企业与汽车行业参加, 经历四年的时间, 完成了减轻目标轿车白车自身重量20%;在ULSAB-AVC计划实施中, 扩展轻量化目标到超轻刚悬架系统、发动机支架等构件, 有效改善白车燃油效率, 容易回收材料, 有效降低成本并且实现大批量生产。在安全、节能和环保等法规的影响下, 以及在性能与成本等因素的限制下, 预期汽车轻量化材料技术在未来的发展方向为:
(1) 碳纤维、钛合金以及金属基符合材料有可能被作为新型轻量化材料。
(2) 在轻量化材料技术的影响下, 设计思路将会出现重要的突破。
(3) 制造零部件技术依然是未来研究的关键。
4 结束语
当今汽车工业最为关键的研究方向是汽车轻量化的发展。尽可能降低汽车自重以及减少油耗, 一般是通过对轻质材料的积极革新, 研究快捷的先进制造工艺积极实现的。我国应当掌握内高压成型技术、半固态据合金成型技术和超高强度钢成型技术等先进的轻量化材料和成型技术, 以及努力节省轻量化工艺成本, 推动我国汽车轻量化技术发展。
摘要：企业产业发展的主要方向就是汽车轻量化, 也是一个汽车厂商是否拥有先进技术的主要标志。我国汽车制造业很早已经把轻量化作为发展课题, 如今面对逐渐提高的环保要求以及不断上涨的原材料价格, 积极发展汽车灯具轻量化已经显得至关重要。文章主要分析了汽车轻量化设计的现状和意义, 汽车灯具轻量化设计应用, 汽车轻量化技术的应用前景。
关键词：汽车轻量化,设计,发展
参考文献
[1]冯美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J].汽车工程, 2014 (3) .
如何量化用户体验交互设计 篇2
用户体验本来是一个非常虚的词,这篇文章里我们主要谈谈如何把这样一个很虚的东西进行量化.让他成为你进行分析研究的依据.
原文 www.sitepoint.com/print/quantify-user-experience
量化用户体验有四个重要因素
1. 品牌(branding)
2. 可用性(usability)
3. 功能性(functionality)
4. 内容(content)
这些因素不是独立的，如果独立来说,他们哪个也不能叫“用户体验”
他们是相关联的，一个成功能的网站，离不开这4个因素。
一个客观的衡量和分析工具，能帮助你的客户提供有实事依据的建议。而不是推测的意见和观点。我们在这篇文章中的探讨能帮助你：
1. 尽可能的去除你的主观偏好。
2. 使具有不同背景的人(设计人员、开发人员、客户)能够在理解网站上有统一的共识。
3. 创立与竞争对手网站或者以往的开发相比较的基本规则，为你的客户提供一个对他们网站的优缺点事实依据，视觉上的展示
衡量用户体验
用户体验正如上面所说的4大重要因素。但是我们如何量化和徇这些看似无形的元素呢?
我们把我们的分析分成四部分，每个用户体验元素为一个部分。对每个元素我们创建一系列的描述和参数，有针对性的考查网站。每个描述分类1-X个级别，我们在这个范围内给每个描述打分，等到你完成了第一部分的分析，你应给四个部分的描述分别打分。
文章中的示例分析，在每个元素中仅用了5个参数，因为我们设20分一个档，最大分值为100，在每个元素中如果我们加上另外五个描述/参数每个元素就是10分一个档，下面就是有关每个元素和描述/参数的概要。
一.品牌
用来衡量网站品牌的描述包括：
1.用户为访问都提供了有吸引力的难忘的体验
2.网站的视觉效果与品牌一至
3.图片，附加内容，多媒体内容提供了体验过程的价值
4.网站传达了品牌设定的程度。
5.网站充分运用了这个体能力，加强了或延伸了品牌，
二、功能性
功能性包括所有的技术上的及屏幕之后的流程及应用，它伴随着为所有最终用户提供互动服务。而且有时对公众和管理员都有意义
用来衡量功能性的描述包括。
1. 用户及时获得对其查询和提交信息的反馈。
2. 深晰的任务过程的告知(比如成功页面或邮件更新提示)
3. 网站和应用加上了一般的安全及个人隐私的标准
4. 在线功能与离线业务结合
5. 网站包含管理工具，加强管理员的效率。
三、可用性
可用性包括 一般意义上的对所有网站的内容和特点的易用性。在可能之下的二级主题还包括导航的友好性。他们包括：
1. 网站防止错误发生，并帮助使用都从错误中恢复。
2. 整体页面侧重应针对主要目标受众优化。
3. 网站帮助其访问都达成一般性目标和任务。
4. 网站保持其一到性和标准。
5. 网站能为有残疾用户提供特定内容。
四、内容
内容指网站的实际内容，文本，图片，多媒体等到，以及其结构，信息体结构。
我们考虑信息和内容是如果根据用户需要和客户业务要求而组织的。
1. 连接密度带来的清晰度和简单的网站浏览。
2. 内容组织方便了用户实现他们的目标
3. 内容及时准确
4. 内容与用户需要和商务目标相切合。
5. 多语言的综合性内容。
结果：
首先，将每个元素的价值相加，因为每个元素设定了一个最大和为100的量级，我们得到的是一个百分比的分数。最好的方式是通过一个蜘蛛图来展示。
通过分析获得创意。
文中描述的分析和方法的优点在于它们能迎合你的特定客户。可根据需要加入其它考察元素。
这个分析平台使你能在你选取的某一元素中增加权重，比如你的客户是一个生产商，它非常侧重品牌和外观及氛围。毫无疑问你可以修改衡量体系，给予品牌元素更多更好的侧重。给于可通知性少些侧重。
汽车车身轻量化设计探讨 篇3
摘 要：汽車轻量化越来越多的被人们所熟知，但是轻量化到底是什么，汽车车身轻量化设计的发展目前是一个什么情况，轻量化有什么优势，这将是本文的主要研究内容。
关键词：汽车；车身；轻量化；设计
汽车轻量化是近几年行业内一直热议的话题，各大厂商在推出换代产品时，经常会宣称相对上一代产品实现了整车质量减重XX公斤。这对消费者的传统观念是一种挑战，传统消费者对于车身的重量有很大的执念，并不能很快接受驾驶感官实际主要与底盘和转向系统的调教，以及空气动力学等因素有关，与车重并不是直接划等号的关系。
1 汽车轻量化的理论和意义
难道说轻量化就一定会使安全性下降吗？那要看减少的钢板厚度是不是减到了点子上，单从车身钢板的角度来讲，蒙皮钢板由于对车身安全起不到有效作用，所以对于这部分的“肥肉”而言，甩掉一部分反而更好，而发动机盖板上的蒙皮钢板更不宜过厚，过厚会影响到正面撞击时的溃缩吸能能力，反而会对乘员安全造成影响。汽车轻量化的概念就是在保证汽车车体的强度、刚度、模态以及碰撞性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性和安全性，减少燃料消耗，降低排气污染。世界各国均在推行强制汽车制造商降低汽车油耗的政策。有研究数据显示，汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整车重量，每减少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6升，CO2排放量可减少约5g/km。由此可见，汽车轻量化可以提高燃油效率和降低油耗，进而环保节能。所以，汽车轻量化已成为汽车企业的共识。如果不能保证行驶安全，汽车再轻再省油，没有谁敢开。如果追求绝对的安全和耐撞，那就只能开重达数十吨的坦克，忍受每小时数百升的耗油量。因此轻量化是汽车制造的趋势，目前轻量化主要是减少汽车自重，但是，车身作为汽车的主要承载件，需要保证足够的刚度、强度和疲劳耐久性能，从而使整车具有良好的安全、振动噪音和耐久性能，而轻量化无疑对上述要素提出了更高的要求，这对倒逼汽车制造技术升级换代无疑是一大刺激。
2 汽车轻量化的设计和实现
在目前车身设计中高度智能化、仿真精度高的三维设计软件的辅助下，车身设计目前实现轻量化的最主要的两种方法：一种是用密度相近，但是强度更高的钢材去替换低强度的厚钢板；一种是用密度更小，强度更高的复合材料去替换低强度的厚钢板。
2.1 优化车声结构，提高材料利用率
比如车身下部由非连续性改为连续性，使得汽车在碰撞时有效分散撞击能量；增加加强筋；加强防滚架平衡杆；有限元法设计；采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。
2.2 优化制造工艺
比如激光焊接、搅拌摩擦焊、挤压成型、热处理、锁锚连接等。
2.3 新材料的研发与应用
比如使用高强度钢材（热成型钢材）、轻合金（铝合金、碳纤维、镁合金）、记忆金属（微晶钢）、工程塑料、陶瓷、玻璃纤维等。刚度指的是材料抵抗外力变形的能力，通常在车身开发中特指材料在屈服前的弹性特性，良好的刚度是整车NVH性能、车辆动力性能和疲劳耐久性能的基础，常见的评判指标有车身扭转刚度等。刚度与材料的弹性模量相关，基本上材料种类确定，弹性模量也就确定了，比如采用高强钢并不会提升车身的刚性，因为钢的弹性模量都一样。
2.3.1 碳纤维
越来越多的新车上市，其中标榜的一项特点便是车身轻量化，而我们听到最多的一个词就是"碳纤维"。碳纤维又称碳化纤维，泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。碳纤维在汽车领域的应用率先从赛车开始，近年来在民用汽车中得到了广泛的引用。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa也高于钢。但碳纤维材料也只是沿纤维轴方向表现出很高的强度，其耐冲击性却较差，容易损伤，所以在制造成为结构组件时，往往利用其耐拉质轻的优势而避免去做承受侧面冲击的部分。
2.3.2 结构胶
再比如结构胶，过去烘烤硬化结构胶只在车身上有少量应用，但是现在的趋势是可以通过采用更多的结构胶提升车身刚度性能，从而降低结构件的重量，奥迪、沃尔沃的一些车身上采用了超过100米的结构胶；再比如填充在车身接头的发泡硬化材料，可以有效替代传统加强板形式的加强件，即提升性能，又降低重量。2.3.3 镁合金
镁合金是工程应用中最轻的结构材料，也是汽车轻量化材料中的一员。纯镁的密度仅为铝的2/3，钢的1/4，接近工程塑料的密度。而且镁合金的比强度也比铝合金、钢铁高。因此在不降低零部件强度条件下，镁合金铸件比铝铸件的重量减轻大约25%。此外，镁合金还有良好的焊接和铸造性能、对振动与冲击的吸收性能好，抗凹陷性能好，易于机械加工。但是由于价格较高和高温抗蠕变问题尚未得到有效解决，镁合金目前主要应用于仪表盘基座、风扇架、方向盘轴、灯托架等汽车零部件中。工程塑料具有质轻、防锈、吸震、可设计自由大等特点，工程塑料在汽车零部件，特别是内饰部件的应用越来越大。工程塑料在汽车上的用量，甚至超过了铸铁的用量。很多塑料零件应用于车身上，比如大众系的车子都采用了塑料的前端水箱框架，有些车子有塑料的后地板等等。
可见目前几乎所有的优化设计的思路都是在保持车身性能不下降的前提下降低车身重量，通过给定的工况下求出载荷的最佳传递路径，从而设计出最优的车身结构。与此同时，大量的新材料新工艺也在帮助车身降低重量。
3 结束语
综上所述，能源消耗过快和环保形势日趋严峻的今天，轻量化设计是汽车设计发展不可避免的趋势，所带来的效果也是非常直观而有效。在汽车车身轻量化设计的过程中，我们要转变理念，不断的创新和研究新型材料，实现车身轻量化的要求和安全性的保障，为汽车的现代化发展奠定基础。
参考文献：
[1]范子杰，桂良进，苏瑞意.汽车轻量化技术的研究与进展[J].汽车安全与节能学报，2014，01：1-16.
[2]马鸣图，易红亮，路洪洲，万鑫铭.论汽车轻量化[J].中国工程科学，2009，09：20-27.
客车车身结构轻量化设计 篇4
节能、环保和安全是汽车工业发展中所面临着的三大主要问题, 油耗和排放是影响这些的重要因素。大量数据研究表明, 整车质量的大小与油耗密切相关, 因此在满足整车各项性能指标的基础上对其进行轻量化是十分有必要的。就客车来说, 车身质量占整个客车质量的比重很大, 通常为了满足其强度的要求车身骨架强度会出现局部富余的情况, 这将进一步导致车身质量的偏大。而我们国家的客车车身往往存在质量偏大的情况, 甚至于存在有些结构刚度强度富余的情况。
大量研究表明, 汽车质量每降低10%, 油耗降低6-8%, 排放降低4-10%。而车身是客车三大总成之一, 占整个客车总质量的40%-60%, 由此可见影响整车轻量化的主要因素是对车身的轻量化。目前, 汽车轻量化的主要途径有以下两种, 一是采用轻量化材料, 例如采用高强度钢, 铝镁合金等新材料, 在满足刚度强度的情况下, 使得质量更轻;二是利用CAE技术进行客车结构的优化, 使得材料分布和各零部件布局更加合理, 在满足要求的情况下, 最大限度的减重。文章就是基于拓扑优化的某客车车身结构设计, 从而到达优化减重的目的。
1 拓扑理论简介与拓扑模型的建立
1.1 拓扑理论简介
拓扑优化 (Topology) 作为一种概念性的数学方法, 是将一定设计空间内的连续体离散成有限单元网格, 为每个离散单元附上合适的材料属性, 给定合适的约束条件, 利用Opti Struct自身的近似优化算法-根据结构自身的传力路径对材料分布进行重新布置, 来完成设计人员给定的设计目标。
对于以往传统的设计, 设计人员往往是凭借自身的设计经验对整个设计过程进行把控的, 而现在完全可以以拓扑优化的方法为基础, 参考拓扑结果对整个产品的设计进行全新的把控, 从而更加有效的设计出工艺与技术条件均达标的最佳产品。
借助于Hyper Works软件分析平台, 利用Opti Struct对该客车的顶盖和侧围进行必要的拓扑优化分析。以拓扑结果为基础, 充分考虑到实际的工程规范要求, 设计人员对车身结构进行二次的优化设计并进行有限元分析计算, 最终在满足整车性能的基础上得到最优的设计, 从而达到车身结构性能优化与轻量化的目的。
1.2 拓扑模型的建立
工程领域的优化一般都涉及三个重要因素-设计变量、目标函数和约束条件, 拓扑优化数学模型的建立就是以这三个因素为基础的, 具体可以将其数学模型表述为:
设计变量:
目标函数:
约束函数:
式中, gj (X) 表示不等式约束函数;m为不等式约束的数目;hi (X) 表示等式约束函数;l为等式约束的数目。
以拓扑优化设计理论为基础, 参考实际工程规范要求建立合适的拓扑优化设计空间。设计人员在拓扑优化设计空间内布置材料的时候还必须考虑到客车的基本功能、性能和装配等实际情况的要求, 车门及车窗的位置不发生变化, 对一些关键部位着重考虑 (对整车弯曲刚度影响较大的车身侧围, 在侧翻过程中保证车身结构不会过大变形而导致车内生存空间变小的车身顶盖) 。本次拓扑优化的设计空间确定为车身的侧围部分区域以及盖顶, 以原始车型的数模为基础构建出的车身局部拓扑优化模型如下图1所示。
2 分析工况说明
2.1 强度分析
作为车身设计的一般性的载荷工况, 强度分析的结果可以用于评估客车的结构强度性能。在进行强度分析的时候, 必须充分考虑客车车身结构的布局以及悬架系统的几何外形, 再结合提取的载荷计算表格, 进行分析。对于多种工况的强度分析通常会根据工程设计人员的实际经验以及对整车性能参数的把控给出适当的加权因子, 再结合基础车型的应力水平, 来对客车的总体强度进行评估。此次应力分析采用静力学的方法, 以G作为标准载荷的方式来考核客车的车身强度。具体工况如下:
0.85G前向制动工况:客车在水平路面急停的时候要承受一定的惯性载荷, 此处以0.85G向前惯性载荷模拟客车满载状况下在水平路面上的紧急停车情况, 考察车身的应力分布情况。考虑到车身悬架的实际情况来进行有限元模型的加载, 通过RBE2模拟出前后悬架的支撑点 (即RBE2的主节点) , 并且对左侧前后悬架处的RBE2主节点约束其1、2、3自由度, 对右侧前后悬架处的RBE2主节点约束其2、3自由度, 再对客车的整体施加X方向的0.85G惯性力。在这种载荷作用下, 客车主承载结构上的最大应力值应低于材料的屈服极限。
0.5G左转向工况:在实际客车转弯的时候客车要承受一定的侧向惯性载荷, 此处以0.5G的侧向惯性力来模拟客车左转弯情况, 考察车身的应力分布情况。考虑到整车的实际运行情况来进行有限元模型的加载, 通过RBE2模拟出前后悬架的支撑点 (即RBE2的主节点) , 并且对左右后悬架处的RBE2主节点约束其1、2、3自由度, 对左右前悬架处的RBE2主节点约束其2、3自由度, 再对客车的整体施加Y方向的0.5G惯性力。在这种载荷作用下, 客车主承载结构上的最大应力值应低于材料的屈服极限。
2.2 刚度分析
弯曲工况:良好路面上正常匀速行驶的客车其车身主要承受弯曲载荷, 在此工况下分析车身骨架结构相应的变形用以评价其弯曲刚度。具体的约束及加载方式如下:对左前轮支撑点约束其3自由度, 右前轮约束其2、3自由度, 左后轮约束其1、3自由度, 右后轮约束其1、2、3自由度。此处主要考虑的是客车的动力总成重量以及座椅、乘客的重量。这些重量以集中载荷的方式施加到相应的节点上。对于测量点的选取直接关乎到计算分析结果的可信度, 此处的测量点严格按照工程实际规范进行选取, 通常在客车底盘纵梁底面选取若干均匀分布点, 用测量点的最大位移来评价其刚度特性。弯曲刚度EIZ可通过测量点的最大位移计算得出:
式中, δi是测点的Z向变形量 (单位:m) ;Xi是前悬支撑点到测点的距离 (单位:m) ;L是前后悬支撑点距离 (单位:m) ;P是施加的载荷 (单位:N) ;a是前悬支撑点至加载点的距离 (单位:m) , b=L-a。
扭转工况:客车在低速通过不平路面的时候会出现车轮悬空的危险状况, 扭转工况就是模拟这一情况的, 具体表现为三个车轮着地一个车轮悬空。在这种状况下, 车速较低, 惯性较小, 车身的受力特性完全可以当作是静态的。车身模型的具体约束及加载条件如下:约束左右两侧后悬架安装点1、2、3自由度, 左右两侧前悬架安装点通过MPC的方式约束, 同时任选一侧前悬在其安装点处施加一定的竖直方向的力 (即沿Z方向的力) 以此获得30000Nm的转矩。测量点的选取依旧严格按照工程规范选取, 通常在客车底盘纵梁底面选取加载面对应点以及沿纵梁均匀分布若干测量点。扭转刚度GJ是通过加载面所对应的纵梁底面Z向的变形量来计算的。
式中, δL是左纵梁上的测点Z向变形量 (单位:mm) ;δR是右纵梁上的测点Z向变形量 (单位:mm) ;T是施加的载荷 (单位:Nm) ;Xi是后悬支撑点到测点的距离 (单位:m) ;Bi是左右对称测点的间距 (单位:m) 。
3 拓扑优化计算和结果分析
3.1 拓扑优化计算
以已经构建好的拓扑优化设计结构模型为基础, 结合客车的各种性能要求所需要满足的工况, 施加相应的载荷, 此处主要涉及到两个强度工况, 两个刚度工况。以客车顶盖及其侧围为设计变量, 以确定好的局部拓扑优化设计空间的质量比 (mass fraction) 0.2~0.3为约束条件, 同时施加对称约束, 以加权应变能最小min (wcomp) 为目标函数完成拓扑优化计算的前处理工作。在模型测试没有问题的基础上通过Opti Struct提交计算, 为保证拓扑结果的完整性, 将相应的迭代次数增加为200次, 经过若干次迭代之后可以得到在以上四种工况之下的拓扑优化结果, 如图2, 3所示。
3.2 优化结果分析
拓扑优化作为概念性的优化设计方法, 可以在设计空间里面寻找到材料的最优布置, 为设计人员提供全新的设计方案和最优的材料分布方案。经过拓扑优化之后, 车身材料的布置会更加清晰的呈现在我们面前, 以拓扑的结果指导我们进行梁的结构特征的选择以及其位置的布置。轻量化并非只是质量越小越好, 它同时还得保证车辆的其他性能, 比如模态, 碰撞, 强度, 疲劳, 刚度以及相关的法律法规。而且对于整个车身结构的设计, 还应该充分的考虑到其制造的可行性以及生产成本的可控性问题, 尤其是对于新的车身结构所带来的这些相应问题尤为突出。结合拓扑优化的结果对车身结构进行可行性的调整, 确定新的设计方案, 如图4所示。
4 有限元仿真分析结果验证
参考市面上钢材的规格以及性能参数, 更新模型中的相应的材料和属性, 再计算出新的车身结构的强度、刚度指标, 对比优化前后的各指标变化情况, 如表1所示。
对比表1中客车车身优化前后各种性能指标参数, 可以看出, 客车车身的减重效果特别明显, 具体表现为质量减少了348kg, 占原有车身结构质量的8.98%。在优化过程中对材料进行重新调整与布置使得刚度富余的情况大大减小, 从而在一定程度上导致车身整体刚度的减小, 但仍在满足性能要求的范围之类。至于两个强度工况, 0.5G右转向工况其最大应力值降低, 而0.85G前制动工况其最大应力值稍有所增加, 不过都小于材料的许用应力, 满足强度要求。
5 结束语
结合实际工程规范要求以及客车车身本身所具有的整体性能要求, 参考拓扑结果, 优化设计出新的车身结构。对新车身的结构进行分析, 对比优化前后所涉及到的各性能指标参数, 结果表明, 在满足性能要求的情况下, 客车车身减重效果明显, 从而进一步印证了拓扑优化设计方法的可行性和有效性。
参考文献
[1]徐梓雯.基于局部拓扑优化的客车车身轻量化研究[D].吉林:吉林大学, 2013:1-53.
[2]范文杰, 范子杰, 桂良进, 等.多工况客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究[J].汽车工程, 2008, 30 (6) :531-533.
[3]张焱, 姚成.客车车身骨架结构优化设计与先进技术应用[J].客车技术与研究, 2007 (2) .
[4]郭立群;商用车车架拓扑优化轻量化设计方法研究[D].吉林大学, 2011.
[5]周云郊.基于刚度与模态分析的客车结构轻量化研究[J].机械设计与制造, 2010, 7:117-119.
宿舍班级量化个人量化整改方案 篇5
为了进一步的加强宿舍管理，规范住宿生的言行，强化培养学生的良好生活习惯，使宿舍管理水平上档次，更好的为教育教学工作做好服务。特制定班级宿舍量化实施细则。一 扣分项：
1对于吸烟、喝酒、打架、上网，故意破坏公物、未履行正当请假手续夜不归宿等严重违纪行为，每人次扣班级量化分5分。
2对于宿舍打闹、说脏话、串宿舍、乱泼乱倒、乱扔垃圾、嗑瓜子、不按时午休、晚休（说话、听歌、看小说、随意走动等）、厕所内喧哗，宿舍内晾晒衣物、打扑克、下棋、钻窗户等每人次扣班级量化分1分。3对学生个人量化（内务、卫生、纪律）低于80分（不及格）或因严重违纪被勒令停宿的，每人次扣班级量化分5分。
4值日组对公共区（楼道、楼梯）、水池、洗漱台未打扫扣班级量化分5分，打扫不彻底扣2分
5严禁乱接电线和使用各种电器，一经发现一律没收并扣班级量化5分。6违纪扣班级量化分的个人，次日能找到宿管教师，参加宿管教师组织的宿舍公益劳动。待宿管教师检查合格后，可取消对班级量化的扣分。根据违纪的严重程度，可增加劳动的天数和任务量。非常严重的可停课，屡教不改者可退宿或退学。
二 加分项：1对被评为优秀宿舍的个人，每人次为所在班级加0.2分，涉及人数多、次数多累加。
2值周班对公共区（楼道、楼梯、水池、洗漱台、厕所）的打扫，视其干净程度，为所在班级加1-5分。
十一中学住宿学生个人量化评分标准
本学期对我校住宿学生个人进行量化考评，每个学生基础分为100，从个人内务、卫生、违纪情况三方面进行考核。A内务方面：
1、床铺：军被叠成方形，要求有棱有角，放置于床头外侧，要求统一方向。枕头统一放置在军被右侧。床单铺平、抻平且将床垫、褥子外侧包紧。其余物品一律不许置于床铺之上。床单、被罩及枕巾要求干净，并原则上要求统一样式及颜色（学校配发）。书籍罗列整齐放在空铺上。不符合要求者扣个人量化分2分。物品摆放：
2、脸盆置于铺底远端，洗漱用品置于脸盆内、毛巾折叠整齐置于脸盆内。鞋子每人不超过两双，鞋后根朝外，紧挨脸盆整齐摆放。
暖水瓶统一整齐摆放于储物柜旁平台上。不符合要求者扣个人量化分2分。B卫生方面：
1、地面要求无垃圾、无污迹、污物，无脏水、整洁干净。墙面要求无乱楔钉、乱拉绳线、乱贴乱画乱挂、墙壁、屋顶无蜘蛛网等现象。
门窗要求门窗框上无尘土、污迹，玻璃明亮洁净，无裂损。注意保洁
（学生在生活时间在宿舍无乱泼乱倒脏水，乱扔乱放垃圾现象，保持室内洁净如初。）不符合要求者扣值日生个人量化分2分。
2、值日组对公共区（楼道、楼梯）、水池、洗漱台未打扫扣个人量化分5分，打扫不彻底扣2分 C纪律方面：
1对于吸烟、喝酒、打架、上网，故意破坏公物等严重违纪行为，每人次扣个人量化分10分。
2对于宿舍带手机、打闹、说脏话、串宿舍、乱泼乱倒、乱扔垃圾、嗑瓜子、不按时午休、晚休（说话、听歌、看小说、随意走动等）、宿舍内晾晒衣物、打扑克、下棋、未履行正当请假手续夜不归宿、钻窗户等每人次扣个人量化分2分。二 加分项：
1对被评为“优秀宿舍”的个人，每人加1分。
2值日组对公共区（楼道、楼梯、水池、洗漱台）打扫的干净彻底，每人加1分。3主动参加宿舍的公益劳动，给个人加1分。4有好人好事，拾金不昧行为的给个人量化加1—2分
三
对学生个人量化总分（内务、卫生、纪律）低于80分（不及格）
停课参加宿管科组织的公益劳动。
小球矩阵机械结构轻量化分析与设计 篇6
关键词：电机；制动系统；小球；驱动器；模组件；轻量化
中图分类号：TH123 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）07-
上海世博会上，某科技馆有一种小球展示的表演叫小球矩阵演示项目，空旷的展会大厅上空悬挂着数百个矩阵小球，每个小球与一个电机通过线相连。当计算机通过运动控制器对各个电机发送不同的速度、加速度、位置和运动时间，小球做上、下运动，随着时间变化就能表现出壮观的动态造型和图案，整体效果如同一副流光溢彩的立体画，给观众带来不一样的立体动态视觉冲击，效果十分抢眼，如图1所示。矩阵展示是科技与艺术的完美结合，是当今新媒体现代艺术演示的最新成果。同时这是一个非常完美的文化产品，能更好地为企业文化服务，是文化强企战略的重要组成部分。
这个庞大而复杂的项目包括了多个系统，而其中重达数吨的机械系统全是安装在楼层或楼顶上，特别当小球在运动时，对安装横梁要有更高的要求，桁架要承受更多的载荷和在小球工作中承受交变应力。这时，机械结构设计对安装梁的安全性和运行中小球的平稳性都很重要，因此要设计一种机械结构巧、重量轻、运行稳定的机械系统，即设备的轻量化设计显得尤为重要。
1 轻量化的设计过程
在结构设计中，先来了解其工作原理。一个小球由线悬挂在一个连接有电机的线轮上，电机带有制动系统。由微机发出命令通过控制器精确控制电机的正转、反转带动小球上、下运动。假如小球矩阵有1000个球，那么就有1000个相配套的电机。这些电机还要配备1000个运动控制器和刹车装置。每一个电机，控制器、小球、制动系统和机械安装零件组成一个模组件，再把这些模组件按照行列式安装，就形成小球矩阵。
1.1 设计思路
小球的演示，看到的只是小球的上、下在运动。小球的上、下运动仅由电机直接驱动完成。那么要减轻整个设备的重量，所有安装在楼层上的机械零件如电机、支架、制动系统和驱动元件都要尽可能做到小而轻，总体重量才会轻。如一个零件增重1kg，那么1000个就要增加1000kg。所以对小球、电机、线轮、控制器和刹车系统、机加工零件，在设计时要仔细分析，综合考虑和核算。
1.2 设计方案
1.2.1 小球密度。首先，我们来分析下过程。一般演示和参观者有一个合适距离，这个合适距离与小球的大小和小球稀密程度有关。小球稀密程度，好比照相机的像素，像素大，越清晰，表现的效果越好。那么小球间的间距要多少合适呢？现用小球密度来表示小球的稀密程度，小球密度为小球直径除以小球间距。根据经验，小球密度为40%较合适。
1.2.2 机械参数的确定。在机械结构中，关键要确定小球的大小和电机的功率。那么扭矩
T（Nm）、绕线轮半径r（m）和小球质量m（kg）的关系为：T=9.8m×r。
从公式来看，小球越轻，扭矩越小，需要的电机功率就小，重量越轻。对小球，一般选择密度小的材质或空心的金属材料做，只要满足场地视角效果就行，但球外表要经过处理，达到显眼发亮光的目的。对电机，可选小功率的伺服电机或同步电机，市场上可找到。
绕线半径与小球上下速度之间的关系：电机转速n，卷筒绕线圆周长L=2×π×卷筒绕线半径r，则小球上下线速度V小球=2×π×r×n。例如：绕线半径选择50mm，0.4kg的小球，那么电机的额定扭矩是0.2Nm。当电机以200r/min运行时，小球上下运动的速度为1m/s。
根据以上各项参数的计算，初步选择以下这些参数。
电机：额定转速为500r/min，额定转矩0.2Nm，功率10W，电流0.6A。
1.3 模组件设计
参数关系确定后，就可以对零件进行选型、设计和计算。现模组件设计如图2所示。
模组中的机械主体件2巧妙利用钣金结构知识，经过多次折弯，功能增多，强度得到加强，同时重量也很轻，机加工费相对也要省很多。现整个以模组支架为主，把多个零件安装在模组支架上。由于小球轻，制动系统采用电磁铁，可省重量。通过电磁铁的直线运动，拉动刹车板来控制电机在静止时的转动，同样能达到制动效果。同时，电磁铁的单个重量要比制动器轻很多。选择电机时，要根据球的重量和速度来决定，电机功率不能偏大，适合就行。驱动控制板装放模组支架反面，充分利用空间，与电机近，响应快。线轮采用尼龙等轻质材料加工。这样组成的模组，结构轻巧，整体紧凑，布局新颖，安装方便，整个模组的重量也很轻。
考虑整体重量，现模组件中的零件都进行了轻量化设计，从而整个模组进行了轻量化，生产也很方便。从已设计制造出结果来看，一套模组重量不超过1.2kg，依这个重量算，小球矩阵如有1000套模组，模组总重量为1200kg，从而实现整个系统进行轻量化的目标。把整个机械系统装在天花板或楼层上，对上面的横梁影响就较小。
1.模组件 2.安装支架板 3.螺钉
2 模组安装设计
模组安装时，如图3模组件安装图所示。件2安装支架板也是经过折弯的零件，经折弯后也能保证足够的强度，相对用型材又要轻很多。整个模组件安装放在事先安装固定好的安装支架板上，并用螺钉固定支架板上，模组与模组间通过安装支架板连接，非常结实牢固。模组与模组间也互不影响，模组与模组间的通讯可用可拆装的串行线连接，可实行并行通讯。这样设计，在运行时，如哪个模组出现问题，拆装方便，并不影响其他模组件工作，因为在控制上电脑发出的信号传给电机驱动器为一对一的。所以这样设计连接还是比较经济的，性能也稳定，运行也可靠，重量也是很轻的。
3 结语
本文巧妙运用钣金知识，设计一个主体机械钣金安装结构零件，再利用模组件的方式，使繁琐的机械系统变得简单。通过对各零件进行轻量化思考和设计，从而使整台机械系统设备轻量化。并让系统的每个零件安装和维护都方便，达到安全可靠的目的。同时，模组化设计思想在今后大型设备设计中将会得到广泛的应用。
参考文献
[1] 吴宗泽.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2] 孙桓，陈作模.机械原理（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2001.
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[4] 邓宁，刘子健.面向并行设计的装配顺序规划研究[J].计算机仿真，2005，（9）：58-62.
汽车转向器总成轻量化设计 篇7
能源短缺和环境污染是世界经济发展面临的两大问题, 如何发挥汽车的动力性, 减少燃料消耗, 降低排气污染, 这时, 汽车轻量化就自然成为一个重点研究课题。随着哥本哈根世界气候峰会的举办, 现在不论国际用户还是国内需求, 都一致向下游供应链提出要求:实行汽车轻量化设计, 汽车零部件必须减重。
问题提出
湖北三环汽车方向机有限公司 (以下简称三环方向机公司) 是国内屈指可数的汽车转向器总成出口企业, 也是国内大中型汽车制造厂如东风、J A C、福田、金龙、宇通的重要供应商, 是国内最大的商用车转向器生产厂家之一。考虑到自身的发展, 并结合市场的需要, 公司在2007年果断提出:挖潜增效, 节能降耗, 并明确提出了“在确保产品可靠性的前提下, 对零件进行瘦身, 对总成进行减重”的技术任务。
无独有偶, 三环方向机公司从2006年开始进行汽车转向器总成的出口, 最大的客户是世界500强企业——印度塔塔集团旗下的塔塔汽车 (TATA Motor) 。三环方向机公司供货的循环球整体式动力转向器总成样机送样验证合格后, 在2007年大批量供货的前提下, 塔塔汽车也相应提出:严格控制单台转向器总成的重量, 将单台重量由42kg降至38kg以下。如何对产品进行减重, 又如何确保产品的可靠性, 这对技术人员是个崭新的挑战。
零件分析
汽车转向器是整车上非常关键和非常重要的一个分总成, 同时, 它还是一个高要求的安全件。因此, 对转向器总成进行减重, 首要考虑的指标应该是可靠性, 不应是单纯的减重。因此, 技术人员首先对转向器总成的零件进行分析 (结构如图1所示) 。
1.转向阀体2.齿条活塞3.螺杆轴4.转向器壳体5.侧盖6.转向摇臂轴
大体上, 汽车转向器总成主要分本体类零件和内部核心零部件:
(1) 本体类零件本体类零件分为转向器壳体、阀体、侧盖等。该类零件行业内通常选用的材料为Q T450-15球墨铸铁。这三个零件的重量占转向器总成总重量的1/3, 对这些零件进行减重就会有立竿见影的效果。
(2) 内部核心零件内部零件包括齿条活塞、螺杆轴、转向摇臂轴等, 该类零件的材料是20CrMnTi, 属于优质合金钢。这三种零件的重量占转向器总成总重量的1/2。可见, 对该类零件进行减重最直接的效果就是节约了材料费, 大大降低了单台转向器总成的生产成本。
轻量化设计
前期的优化设计是零件减重最直接、效果最明显的捷径。笔者和技术组的工程师们一起经过调查、协商、和讨论, 决定初期从以下几方面着手。
1. 结构设计轻量化
(1) 转向器本体类零件该类零件是Q T450-15球墨铸铁, 公司全部外购铸件毛坯, 月采购量高达1200t。笔者经调查有两个重大发现, 一是由于月采购量大、产品种类杂, 公司采用整体称重的方式来进行采购结算。因此, 供应商普遍私自增肥铸件轮廓、增加铸件壁厚以寻求产量、利润最大化。笔者进一步解剖发现, 图样要求壁厚5.5m m的实物实测有的高达8m m, 图样要求壁厚10m m的实物实测有的高达18m m;二是部分设计人员直接借用原来的铸件技术图样, 对于安装支架的过渡部位、腔体内壁结构的分布等因素没有优化设计, 很多部位的连接壁厚过渡不均匀, 不但重量增加, 而且极易形成铸造缺陷。
对于供应商私自增加壁厚达到增重增收的行为, 技术部通过监控质量状态, 责令供应商严格按照图样供货, 发放检验技术规范, 明确外检人员对壁厚、单件重量进行把关, 并制定了外购件采购制度, 在原来的称重确定数量的办法前提下控制单件重量, 超过标准重量作废的控制手段, 使供应商无空可钻, 自觉响应减重的号召, 将铸件的单体重量减小了20%～25%。
结构减重也取得了好的效果。技术组查阅大量的零件结构设计书籍, 借鉴相类似零件的合理结构, 通过强度校核、实体试验验证的严谨措施, 最终对铸件的结构进行了减重和优化, 如图2、图3是公司对转向器壳体结构减重的一个典型案例。结果证明, 仅优化设计一项就将单件零件减重3%～5%。
(2) 齿条活塞零件齿条活塞的最终尺寸是φ102m m×162m m, 毛坯料采用20C r M n T i圆棒料, 下料尺寸为φ110m m×167m m, 单件毛坯料重12.6k g。为了对该零件减重, 经讨论, 决定将毛坯件的圆棒料改用锻件。技术组利用SolidWorks等三维绘图软件对零件结构进行布局, 分别拿出几种方案进行讨论, 最后定出了如图4所示的锻件图。利用Solid Works三维绘图软件的“质量特征”功能得出减重后的锻件毛坯重量是9.9kg, 单件毛坯料减重了21.4%。
(3) 转向摇臂轴转向摇臂轴是转向器内部的主要受力件, 摇臂轴轴径的大小直接决定了承受抗扭强度和轴向冲击破坏的能力。但技术部经过转向器受力特点分析发现, 摇臂轴的短头部位承载点比较近, 并且短头没有圆周限制, 几乎不承受扭矩载荷。经过科学分析和验证, 技术组一致决定同意采用适用原则, 即轴径采用一端粗一端小的结构来实现减重 (见图5) 。这种改进是结构创新的一种尝试, 不但有减重的作用, 而且还可以减小空间结构, 更有利于整车布局。
2. 材料设计轻量化
在科学技术高速发展的今天, 针对用户的特殊化要求和个性化要求, 许多新材料在这种背景下应运而生。
能不能将转向器总成中的盖类零件 (转向阀体、侧盖等) 的球铁材料更换成轻型材料呢?在偶然的一次技术交流会上, 技术组看到国外某品牌的转向器盖类零件全部使用铝合金材料。这一有力证明完全冰释了技术组的疑问。技术组经查阅资料和调查后发现, 虽然同等质量的铸铝材料比铸铁材料价格贵一倍, 但重量只有铸铁材料件的37.5%左右 (QT450-15球铁的密度是7.2g/cm3左右, Z L106铸铝的密度是2.7g/c m3左右) 。因此, 用铸铝材料代替铸铁材料, 重量不但得到降低, 总成本也得到降低, 可谓一举两得。看来, 此种方案应该是可行的。技术组根据铸铝件的金属加工特点, 通过调整加工工艺, 对加工设备、刀具等因素进行全方位摸索和修改, 通过半年多的生产验证和成本核算, 生产车间和财务核算对材料更改的成绩表示了充分的肯定。
3. 加工工艺轻量化
突破旧的加工方案, 寻求高效的加工工艺也是决定零件减重的一个有效途径。
(1) 加工余量减重对于铸造毛坯, 考虑到铸造工艺水平的突飞猛进, 铸件制模、浇注水平也日益提高, 加之高性能新设备和高精度新装备的使用率越来越多, 昔日的加工余量完全可以有质的变化。比如转向器壳体缸体孔和端面, 初期的加工余量单边高达10m m, 但由于制芯工艺不够, 导致经常出现缸体孔歪斜、偏移现象, 从而形成一侧加工余量太多、一侧加工余量不够等情况, 经铸造环节和加工环节系统的整合, 如今将余量最小可控制到1.5m m。这对减重和成本控制起到积极的影响。
(2) 精密锻造减重对于锻件毛坯, 有效控制锻件飞边实现精磨锻造, 不仅对单件重量进行了控制, 还在很大程度上提高了锻件外观质量。通过吸收同行的先进锻造技术, 改卧式整体锻打为立式局部锻打, 仅对成形部位进行加热和锻压, 大大降低了生产成本, 提高了锻压质量。
(3) 改变装夹方式减重原来公司采用自制的组机进行转向器壳体零件的粗加工, 自制组机的机动性差, 在加工90°两个加工面时必须两次装夹, 这就必须对两个加工区域预留两次加工余量。现在, 我们采用了卧式加工中心等多功能C N C设备, 利用其可旋转工作台的特性, 只需一次装夹, 一次加工到位, 在一定程度上再次减小加工余量, 对毛坯的减重又有一定的促进作用。
4. 小结
技术组通过以上三种途径对零件进行了减重设计, 随即绘制出了各零件的二维和三维图样, 经过数模分析, 转向器总成由原先的单台42kg减至34.5kg, 单台转向器总成减重量达到了17.9%。技术组超标准完成了公司交给的任务。在公司评审团严谨的校核后并一致讨论通过:理论可行, 可以进入试验验证阶段。
试验验证
技术组全过程对样件的生产进行跟踪和指导, 经过短短60天努力, 顺利完成了50台减重后的转向器总成样机。根据转向器相关国家标准, 技术组制定出一套完整的试验计划。根据相关标准, 技术组进行试验计划中规定的全部试验, 经历三个月试验时间, 试验结果表明:24台转向器试验结果全部符合国家标准、用户标准。
对于可靠性试验、静态强度试验和落锤冲击试验等八个项目, 技术组决定抽取八台减重后的转向器总成再进行一次高于国家标准的特殊试验, 试验结果证明, 八台减重后的转向器总成依然符合相关的国家标准、用户标准。
经过对32台样机的苛刻试验, 将10台减重后的样机供货给相关用户装车, 用户对减重后的转向器进行分解和分析后, 对我们所进行的工作表示充分的肯定和赞扬。三个月后, 10台样机全部通过用户的试验室验证和装车验证。
结语
经过对零件优化分析、结构改进、建立数据模型、理论校核、试制样件和样机试验验证, 半年多的时间内, 转向器总成成功得到减重。初步尝到甜头后, 公司决定推而广之, 对全公司整个转向器总成进行“瘦身”。“瘦身”后的轻型和重型载货汽车转向器总成普遍减重约11%～18%, 折合每台转向器节约成本31～47元, 按全年公司生产55万台动力转向器的指标, 年节约成本可达到2000万元。
汽车轮毂轻量化设计改进与探讨 篇8
但是, 自2008年的全球金融危机以来, 国际市场疲软, 各国为确保本国的国计民生问题, 相继提出了采购本土化的方针。同时各大汽车公司的竞争也日趋激烈, 不得不纷纷打出了“整车减重”的王牌。也就是说, 车身的各个零部件均需在不降低质量的前提下, 减小自身重量, 从而提高其下游产品在整个行业中的竞争力, 以确保在行业重新洗牌的过程中不被淘汰出局。
在整车行业竞争日趋激烈的同时, 汽车零部件的上游原材料价格不稳定, 也使得汽车零部件的生产厂家不得不马上着眼于研发新一代的轻型产品, 以提高自身产品的市场竞争力。
以北美10吨车轴的轮毂为例, 在过去的很多年里, 轮毂平均重量始终保持在19Kg左右, 现在的主流市场期望值仅为15Kg。据调查, 美国一些较大的轮毂生产商已开始着手进行新一代轻型轮毂的设计工作, 以应付市场的新需求。
笔者所在公司是商务部和国家发改委联合指定的“国家汽车零部件出口基地企业”单位之一。年产汽车配件26万吨, 拥有自己的研发中心与理化中心。为适应市场大环境, 经与客户协商, 拟对北美市场上最流行的一个型号10XX进行轻量化设计。
首先轻量化的轮毂, 产品尺寸设计方面必须完全符合美国汽车工程师协会SAE标准, 也就是说, 原装配尺寸必须保证不变, 以方便与配套产品的组装;材料设计方面依据美国材料与实验协会ASTM标准, 尽可能仍沿用原标准以降低生产成本及难度, 最后样品需以美国通用的SAEJ1095作为产品疲劳强度与性能的验收依据。
为进行轻量化设计, 我们做了大量的准备工作, 对公司的生产数据进行了全面评审。如为期一年的砂型检测结果, 包括透气性, 含水量, 紧实率等相关指标, 作控制曲线。这一过程是为了使新的设计适应现有过程, 以避免因新产品造成型砂大幅度的调整工作;评审了为期一年的废品报告情况, 包括因砂眼、气孔, 冷隔、偏芯、黑皮等铸造缺陷造成的产品不合格情况, 作分析图。以确认公司内铸造生产过程中的主要问题, 力求在结构设计上予以避免;评审了现场混砂 (检测) 、熔炼、孕育、冷却过程, 记录各相关参数等等。同时确认了原模具及工艺状况、混砂机能力与造型线速度匹配情况。在现场以B型硬度计检测砂型硬度符合工艺卡要求。
于是我们破坏了部分砂型, 开始采集相关数据, 作t-T曲线。这一步骤很关键, 由此过程可以详细了解每秒钟内型砂的温度情况, 以及型腔内各部分的温度差别情况, 以利于更好地进行产品设计及铸造工艺的设计, 达到均衡凝固, 消失内部缺陷的效果。试验过程中我们测试了两组数据, 第一组是在树脂芯底部 (空腔) 钻孔, 距离冒口14mm, 靠近直浇口, 为TC1;在树脂芯底部 (填实) 钻孔, 距离冒口14mm, 在直浇口对侧, 为TC2;在TC2对应的型上, 设置TC3与TC4, 分别距型10mm, TC3靠近内浇口, TC4在内浇口对侧。浇注温度1417℃。分析T-t曲线可以发现, 初始芯砂温度在25℃左右, 型砂温度在30℃左右, 约33分钟之后, 空心芯子温度TC1达到最高值906℃, 之后缓慢下降。约37分钟之后, 实心芯子温度TC2达到最高值868℃, 之后缓慢下降。型砂温度TC3则在74分钟后达到最高值436℃, TC4在81分钟后达到最高值338℃。测温时间持续94分钟, 温度分别下降为743℃/738℃与433℃/337℃。第二组是在一箱的两个轮毂树脂芯中均设置热电偶, 从下芯头的钻入深度各为55mm, 为TC1与TC2;在下型浇口旁设置TC3, 距砂型15mm。浇注温度1373℃。通过T-t曲线可见, 初始的芯砂温度在12℃左右, 型砂温度在23℃左右, 约62分钟之后, 芯砂温度达到最高值612℃, 之后缓慢下降。而型砂温度则在52分钟后达到最高值350℃。测温时间持续126分钟, 温度下降为539℃/547℃与303℃。TC1/TC2在100℃附近停了几分钟, 表明芯砂中水分在蒸发, 或是型腔中水蒸汽进入芯子造成。
有了这些基本数据, 我们利用PRO/ENGINEER软件建立模型, 利用PRO/ENGINEER与PRO/CAST中提供的任意方向的实时动态截面移动功能, 及高质量的模型及网格显示、分析功能, 进行快速地几何模型和网格检查, 精确地测量距离、体积和控制实体的图形属性, 从而分析出铁液在型腔中的流动与凝固过程。同时在计算充型过程中我们选择了标准模型, 以便对张力的影响进行分析, 从而实现了跟踪宏观夹渣现象的效果。经过几次循环输入各相关参数, 我们将轮毂的桶身壁厚减薄, 将外形由圆形改为花瓣型, 同时将法兰两侧的大圆弧结构改为波浪形, 两侧互补, 形成均匀壁厚的结构。这时, 该10XX轮毂的净重降低到了14.7Kg, 完全符合市场与客户的需求。
轻量化设计以后的轮毂, 由于其壁厚变薄, 表面轮廓弧度增大, 所以给生产增加了一定难度, 鉴于本公司的实际生产条件, 我们选用静压多触头自动造型机进行生产, 配合以全自动浇注机, 随流孕育, 全程参数及反馈输入信息由计算机监控, 从而实现高要求下的产品质量控制。
这种造型方式最大的优点就是采用吹气预紧实与多触头压实相结合的方式使得砂型表面硬度均匀, 且造型效率较之普通的微震造型方式可以提高约 (40~50) %。同时我们利用自动浇注机更好地控制了产品的浇注速度。这就使得我们新设计的轻型轮毂在造型及浇注过程中不易掉砂、冲砂。避免出现产品重量下降了, 生产成本却增加了的现象。另外利用红外金属探测器控制的随流孕育技术的使用, 也使得产品的内部质量水平更加均衡。
班级量化管理系统设计与研究 篇9
随着计算机信息技术与网络技术的飞速发展,以计算机为辅助手段的无纸化办公正在社会众多领域得到应用与推广。在教育领域,很多大专院校和条件好的中学已完成了校园网建设,各个职能部门也基本上实现了网络化、 信息化管理[1]。
东莞市经济贸易学校1997年开始进行校园网建设, 目前教务管理[2]已有相应的软件支持,但是班级管理仍然以机械手工作业方式居多,特别是随着学校近几年学生人数与各年级班级数量的不断增长,学生管理部门的任务日益繁重。由于机械手工作业方式涉及较多人为因素,很容易出现工作失误,难以使班级管理规范化,因此迫切需要一套可靠的软件平台来提高班级管理效率[3]。结合学校班级管理工作 的性质及 特点进行 班级量化 管理系统 开发[4],使班级管理和信息技术[5]有机结合起来,以实现班级管理的规范化、科学化、系统化。基于B/S模式的班级量化管理系统[6]的开发,将对校园信息化建设起到积极的推动作用。
1关键技术分析
1.1系统开发平台
系统在开发平台选择上,使用了两种操作系统,一是界面友好的Windows 2000或Windows XP,二是服务 器性能良好且安全可靠的Linux,二者都是当前流行的应用软件支撑平台。
班级量化管理系统能够在客户端和服务器端同时使用多种操作系统[7],从而充分利用并发挥两种操作系统的不同特点,如图1所示。这是班级量化管理系统的特色, 具有Windows的界面友好 和Linux系统安全、稳定的双 重优势。
1.2Apache服务器
Apache服务器是一 种Web服务器[8]软件,它支持HTTP协议,可以在大多数计算机操作系统中运行,因其多平台和安全性而被广泛使用。
系统选用Apache作为Web服务器,主要考虑了如下几个因素:1Apache是源代码 开放的自 由软件,使用免费,可以降低系统的开发成本和运行成本;2软件扩展性好、稳定性高;3支持动态共享对象,运行速度快。
1.3MySQL数据库
MySQL数据库[9]是众多关 系型数据 库产品中 的一个,同时它也是一种 网络数据 库。与其它数 据库相比, MySQL数据库可用于各种流行的操作系统平台,可以称得上是目前运行速度最快的SQL(Structured Query Language,结构化查询语言)语言数据库。MySQL完全适用于网络,用其建造 的数据库 可在Internet的任何地 方访问。
系统选用MySQL作为数据 库服务器,是因为MySQL数据库具有以下特点:1使用免费;2MySQL与Apache和PHP是黄金组合,配合使用非常方便,能够很好地与这些工具软件集成到一起;3易于使用、性能好;4支持查询语言;5具有健全的安全机制;6具有可移植性。
1.4PHP程序设计语言
PHP是一种在计算机运行的基于服务器端创建动态网站[10]的脚本语言,其主要用途是处理动态网页、支持数据库、处理会话跟 踪。PHP支持很多 流行的数 据库,如Oracle、Sybase、Postgres、MYSQL、Informix、Dbase、Solid、 Access等,完全支持ODBC接口。用户更换平台时,无需变换PHP。当要更换使用的数据库时,还可以自己编写外围函数间接存取数据库。PHPLIB即是常用的可以提供一般事务需要的基库。
系统选用PHP作为开发工具,主要由于PHP程序设计语言具有以下特点:1PHP是自由、免费的;2PHP脚本解析器具有较好 的性能,以及很高 的运行速 度和稳定 性;3PHP脚本解析器占用的资源少;4PHP具有较强的可移植性;5PHP与MySQL是绝佳的群组合。
2系统总体设计与实现
系统按功能划分为3个主要的功能模块,主要的功能模块又分别对应了各自的子功能模块,如图2所示。
(1)管理部门。班级量化管理系统将学校的职能部门划分为一个功能模块即管理部门功能模块,管理部门功能模块按照执行权限不同分为学生科、教务科、总务科、宿管组、学生会、体育组和班主任7个子功能模块,各部门使用教师编号和密码登录系统,完成对所负责的考核项目分数或情况的录入及查询。
(2)汇总。汇总功能模块用来汇总所有可以查询的信息,包括汇总情况(宿舍)、分类查询、教务科考 勤纪律登 记、教务科纪律登记按日查询、各月份文明班评比结果、各月份评比平均分等。
教务科考勤纪律登记可根据类别进行查询,显示的查询结果是一个学期的总查询结果,如果想要了解某一天的考勤纪律情况则要 使用教务 科纪律登 记按日查 询功能。 使用汇总功能不需要验证教师编号和登录密码,可极大地方便用户使用、查询。
(3)系统管理。系统管理功能模块在验证教师编号和登录密码无误后登录到班级量化管理系统。成功登录后, 可以使用退出系统和修改密码功能。
2.1系统登录功能模块
为保证数据库的安全性和信息一致性,本系统设置了系统登录功能,成功登录后可使用退出系统、修改密码两个功能。本系统将用户分为了3类:超级管理员、管理部门工作人员和一般用户,并授予不同用户不同的数据库访问权限。超级管理员具有最高权限等级,可以进行教师的帐户管理与系统维护。
登录系统负责对本系统各类使用人员进行身份确认, 用户需要在登录窗口输入用户的教师编号和登录密码,在后台进行用户身份 识别,如果合法 则允许进 入系统主 界面,并显示“XXX,你好,你已经登录系统”;否则无法登陆, 并显示“用户或密码错误,请重新输入”。
2.2管理部门功能模块
管理部门工作人员使用管理部门子功能模块的操作流程如图3所示。
学生科是学校管理学生的职能机构,其职能包括:负责学生的日常生活和纪律卫生管理;教育学生遵守国家法纪、《学生守则》和《中学生日常行为规范》;认真做好各项评优的审核工作等。因此系统中学生科负责的考核项目包括:一般违纪处理、严重违纪处理、仪容仪表检查、待处理、加分项目、写通知、班主任信息。
教务科是学校进行各种日常教学管理的职能机构,在班级量化管理系统中教务科的功能是对学生上课情况进行登记处理。因此,系统中教务科负责的考核项目包括课堂情况登记、考勤登记、学习纪律检查、写通知等。
总务科是学校基本建设、物资供应保管、生活服务等工作的后勤办事机构,在班级量化管理系统中总务科的功能是对各班卫生设施检查情况进行登记处理。因此,系统中总务科负责的考核项目包括写通知和卫生设施检查。
学生会在学生科团委的指导下工作,协助学校各职能部门的工作。因此,系统中的部分考核项目由学生会和各职能部门协同完成:学生会每周例行检查,各职能部门临时抽查。学生会负责的考核项目包括卫生设施检查、广播操评分、黑板报评分、仪容仪表评分、升旗集会检查。
体育组教师负责一年广播操的评分及录入,录入信息包括周次、班别和评分项。
班主任是班级管理的核心,对整个班级管理工作负全责。班主任要建立班级学生通讯录以加强对学生的了解、 方便与学生家长的沟 通,还要对学 生宿舍及 床位进行 安排,以方便宿舍管理。因此,班主任模块应包括班级管理、 宿舍管理、个人信息、留言以及返回主目录。
2.3汇总功能模块
汇总模块包括情况汇总(宿舍)、分类查询、教务科考勤纪律登记、教务科纪律登记按日查询、各月份文明班评比结果、各月份评比平均分共6个部分。
(1)情况汇总(宿舍):以表格的形式显示学生宿舍汇总表,表格中包括排名、班别、分数(男、女)、总评、优秀宿舍等信息。
(2)分类查询:可根据考勤、课堂、卫生、集会、早操、宿舍、墙报、仪表、加分、处分等不同类别按年级、班别进行查询。
(3)教务科考勤纪律登记:可根据按班查看、迟到或早退、旷课、上课睡觉、不交作业、不做笔记、中途离开教室、 不带课本、笔记、玩手机或听mp3、扰纪等类别进行查询。
(4)教务科纪律登记按日查询:用户可根据需要选择周次和星期,当天各班的登记情况将以表格的形式显示出来,还可以看到具体的人员姓名和节次。
(5)文明班评比结果:文明班评比结果是按月份逐一显示的,例如:3月份文明班评比结果、4月份文明班评比结果等。
(6)各月份评比平均分:以表格的形式显示一个学期结束时的文明班评比汇总结果。
3结语
基于B/S模式[11]下的班级量化管理系统,实现了学校对班级各项考核分数的量化管理,减少了人为因素的影响,保证了各班级量化分数的公平、公正,与以往工作方式相比,减少了工作环节,提高了工作效率,并节省了大量的人力、物力以及财力资源。
班级量化管理系统投入使用至今,基本上达到了预期效果。由于在分析、设计、实现过程中难免出现失误,这些问题和错误有待在今后的使用过程中加以改进,同时还要不断地补充和使用新技术来进一步完善系统。
摘要：随着电子信息技术的迅速发展以及网络技术的普及,计算机在社会生活各个领域的应用越来越广泛。在教育领域,数字化校园的普及对教育管理工作提出了更高要求。如何利用现有的网络资源进行科学管理,以提高工作效率、完善管理模式,已成为一个亟待解决的问题。介绍了基于浏览器/服务器三层网络结构开发模式的班级量化管理系统设计与实现过程。
起重机轻量化设计技术研究 篇10
关键词：起重机,轻量化技术,研究进展
引言
起重机是一种集物料起重、运输和装卸为一体的输送设备和工业安装设备, 在现代化生产中起着不可或缺的作用。长期以来, 我国对起重机的设计质量和设计水平的衡量通常侧重于技术角度, 而对经济性、环保性等方面的要求考虑较少, 致使起重机能耗高、自重及体积较大且安全系数裕量也较大, 造成资源的浪费。随着现代工业设计和制造能力的提高, 以及国际钢铁及能源价格不断攀升, 提高起重机械的轻量化和节能化水平, 将极大的促进企业的市场竞争力。文章首先分析了我国起重机轻量化设计存在的问题, 在此基础上从设计理念、设计方法等几个方面对起重机轻量化设计技术进行了研究。
1 起重机轻量化设计现状
自重是起重机性能的一项重要指标, 为满足实际需求, 现代起重机械正向着大起重量的方向发展, 很多大型起重机械自重达数千吨, 这其中有60%到70%为金属结构。因此, 需要耗费大量的金属材料。此外, 起重机自重过大还会导致引起轮压过大, 从而对施工场地建筑物的承载力提出了更高的要求。因此, 在保证起重重量同时, 需采用轻量化技术减少起重机的自重。
1.1 国外起重机轻量化设计现状
国外起重机轻量化设计的研究始于20世纪70年代。目前国外已有多家起重机制造企业研发了起重机轻量化产品, 如德国的Demag Cranes AG、STAHL Crane、ABUS Crane, 芬兰的Kone Crane, 美国的Gorbel Cranes、法国Euro cranes, 西班牙的Linden-Comansas, 日本的Hitachi Sumitomo Heavy Industries Construction Crane、Kobelco Cranes等。这些企业大部分针对起重机的结构、电气设备等方面进行了相关改进, 不仅降低了起重机的重量和工作能耗, 也提高了产品的美观性, 此外还节省了大量的社会资源, 极大地催进了世界经济的迅速发展。
1.2 国内起重机轻量化设计现状
我国的起重机自重普遍比国外先进的起重机重20%~50%以上, 以表1中所示的起重机的10吨起重小车质量为例, 欧式起重机 (如SWF公司的NOVA) 的小车质量仅为QD型小车质量的四分之一, 据此可看出我国起重机自重与欧式起重机之间的巨大差距, 在起重机的轻量化设计方面, 我国还有很大的提升空间。
表1 QD型桥吊与欧式桥吊的自重比较
1.3 我国起重机轻量化设计中存在的不足
1.3.1 设计计算
目前我国起重机的设计方法通常为许用应力法, 该方法较为简便, 但由于金属结构的安全系数单一, 因而不能有效反映起重机的实际用途和受力情况, 为保证起重机产品使用的安全性, 在实际设计中通常采用较大的安全系数, 从而导致起重机产品自重增加、尺寸偏大, 造成资源的浪费。
1.3.2 工艺
我国目前的起重机中的受力构件多为钢板焊接的箱形结构, 生产过程为半机械化手工制造, 结构较为笨重, 施工周期长, 产品美观性不足。
1.3.3 材料
国内起重机材料多为Q235和Q345, 而较少采用高分子材料、高强钢等材料。与此同时, 我国钢材行业普遍存在钢材性能参数不全的现象, 为了保证设计出的产品足够安全, 设计者往往增加钢板厚度, 并额外设计加强结构, 从而提高了起重机的自重。
1.3.4 结构
传统的起重机可分为桁架式和箱形结构, 通常以型钢和钢板作为主要组成构件, 通过焊接或螺纹连接的方法实现不同构件的连接, 这些结构偏重于稳定性和安全性, 而对经济性考虑较少。
1.3.5 机构和电气
起重机起升机构零部件的加工质量是决定起重机性能的重要因素。此外, 起重机传动系统的效率以及电气控制系统的性能也会对起重机的总体性能产生重要影响, 这些方面的落后是造成我国目前起重机轻量化水平较低的关键因素之一。
2 起重机轻量化设计方法
2.1 改进计算和设计方法
广泛使用极限状态的设计法, 提高计算精度, 使计算结果更逼近金属结构在实际工作中的状态;应用有限元法、模糊优化设计等现代设计方法, 深入剖析并动态模拟钢材结构的力学和材料性能, 在保证起重机总体性能的情况下, 通过结构优化最大程度的降低起重机的自重。
2.2 工艺改进
对于起重机中的非主要受力构件, 可采用工字钢、槽钢等;可多采用焊接结构代替铸件, 运用机器人焊接等先进焊接技术, 与人工焊接相比, 在保证焊接质量的同时可减少对焊料的使用;运用热处理等工艺提高起重机齿轮等构件的表面强度, 确保结构优化的情况下起重机具有足够的安全性。
2.3 使用轻质材料
国外的相关起重机企业采用铝合金材料制造起重机的主要构件, 与钢制起重机相比, 铝合金材料起重机可减重30%以上;针对不同类型的构件了采用不同的材料, 尽可能用H型钢材代替板材, 节约结构钢材, 并提高结构的抗弯强度。
2.4 结构改进
使用型钢代替焊接横梁;采用柔性小车架, 将“井字型”4梁结构改为“工字型”梁结构;降低小车的总体高度, 并采用“多合一”小车运行机构
2.5 机构和电气系统改进
采用紧凑型起升机构;选用高速电机并配用制动力矩小的制动器;采用变频调速技术, 提高起重机的节能效果;起升机构可采用电动葫芦;根据起升高度和起升速度的不同选择合适的倍率。
3 结束语
随着国际能源价格的不断增长, 起重机市场的竞争也越趋激烈, 起重机产品的利润空间进一步被压缩, 轻量化设计已成为很多起重机企业提高市场竞争力、减少生产成本的重要举措。目前已有相关研究机构借鉴欧美发达国家的起重机轻量化设计技术生产了多种产品, 取得了较好的社会效益和经济效益, 然而在结构、材料、电气系统和设计方法等方面还存在着较大的改进空间。因此, 需要国家和企业持续投入资金和精力, 并完善起重机能效测试和节能监管法律法规, 以从技术和政策上为起重机的轻量化设计营造一个良好的发展环境。
参考文献
[1]何仕永, 吴晓, 宋伟, 等.起重机的轻量化技术与节能环保[J].起重运输机械, 2012 (2) :1-3.
[2]王松雷.我国起重机轻量化设计存在的困难及建议[J].起重运输机械, 2012 (8) :5-9.
[3]程文明, 李亚民, 张则强.桥式起重机与门式起重机轻量化设计的关键要素[J].中国工程机械学报, 2012, 10 (1) :41-49.
