华东交通大学车辆工程 第十、十一章 车辆设计

1、Vehicle Engineering（车辆工程）（车辆工程）Stone.ZhaoRailway Transportation School，ECJTUEmail：课程内容总结与回顾课程内容总结与回顾了解车辆结构功能与组成吗？了解车辆结构功能与组成吗？掌握车辆零部件的原理与设计方法吗？掌握车辆零部件的原理与设计方法吗？车辆工程专业？车辆工程专业？ 走中国特色新型工业化道路，迫切需要多种类型的工程技术人才，迫切需要提升工程科技队伍的创新能力创新能力，迫切需要应对经济全球化挑战的国际化国际化工程技术人才。实施“卓越工程师教育培养计划”，将培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型

2、工程技术人才，将推动我国从工程教育大国走向工程教育强国 。 中国教育报2011年3月5日高教司原司长张大良谈高教司原司长张大良谈“卓越工程师教育培养计划卓越工程师教育培养计划” 交融思想交融思想, ,启迪智慧启迪智慧大学，学什么？大学，学什么？ 学生在大学里，实际上要学四种东西，一是学怎怎样样读书(learntolearn)；二是学怎样怎样做事(learntodo)；三是学怎样怎样与人相处(learntotogether)；最后是学怎样怎样做人(learntobe)。 金耀基(原香港中文大学校长)专题九铁道车辆设计概述教学要求：教学要求： 了解车辆设计制造过程 掌握车辆总体设计原则 了解车辆的

3、轻量化设计 了解车辆总体尺寸设计 了解转向架总体设计 车辆工程车辆工程一、轨道车辆生产概述一、轨道车辆生产概述1. .定义定义 产品生产：从无到有的过程。一、轨道车辆生产概述一、轨道车辆生产概述2. .生产过程生产过程 产品生产：从无到有的过程。需求分析方案设计工艺设计制造与装配销售与售后二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述1. .设计概念设计概念 为了满足人类满足人类与社会的功能要求，将预定的目标通过人们创造性创造性思维，经过一系列规划、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件技术文件的过程。2. .设计特征设计特征 需求 创新 程序(规划，技术设计) 时代特征(条件，

4、水平)二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述3. .设计类型设计类型 开发性设计(创新) 适应性设计（更新） 变型设计（迁移）二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述4. .设计方法设计方法 传统设计方法传统设计方法 以经验总结为基础，运用力学和数学的经验公式、图表+设计手册为依据，通过经验公式、近似系数或类比方法进行车辆设计。 偏重于经验和近似，结果近似或不确切，甚至失误； 信息处理方式为手工； 技术、经济以及美工方面统一度较差； 二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述4. .设计方法设计方法 现代设计方法现代设计方法 在传统设计基础上，以动态分析、精确计算和CAE为特征的设计方法。 二

5、、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述5. .设计过程设计过程 阶段1：概念设计 阶段2：详细方案设计 阶段3：技术与施工设计阶段 阶段4：产品试制、测试、试验和改进完善阶段需求分析方案设计结构设计工艺设计加工制造二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述5. .设计过程设计过程 1)、概念设计概念设计 A. .了解项目详细信息了解项目详细信息B. .技术查新技术查新C. .基本方案构建基本方案构建 阶段参与者：阶段参与者： 外委设计咨询公司、项目经理或总体组承担，贯穿项目的全过程。 设计任务书设计任务书二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述5. .设计过程设计过程 2)、方案设计方案设计 A

6、. .主要结构的选择和确定主要结构的选择和确定B. .主要尺寸和参数确定主要尺寸和参数确定C. .完善方案设计完善方案设计 阶段参与者：阶段参与者： 项目经理或总体组成员，主要技术设计师等。D. .大部件结构设计大部件结构设计E. .方案审查与完善方案审查与完善二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述5. .设计过程设计过程 3)、技术设计阶段技术设计阶段 A. .性能预测和评估性能预测和评估B. .细部结构设计细部结构设计C. .图纸设计图纸设计 阶段参与者：阶段参与者： 项目经理、总体组成员，技术设计师 。二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述5. .设计过程设计过程 4)、工艺设计阶段

7、工艺设计阶段 A. .工艺技术设计工艺技术设计B. .工艺文件设计工艺文件设计C. .工艺装备设计工艺装备设计 阶段参与者：阶段参与者： 项目经理、总体组成员，技术设计师，工艺设计设 。二、轨道车辆设计概述二、轨道车辆设计概述5. .设计过程设计过程 5)、试制与完善试制与完善 A. .试制试制B. .尺寸与参数测试尺寸与参数测试D. .技术审查技术审查 阶段参与者：阶段参与者： 项目经理、总体成员，技术与工艺设计师，试验人员 。E. .运行考核运行考核C. .试验试验F. .修改完善修改完善三、车辆总体设计三、车辆总体设计1. .概述概述 车辆总体设计是一种带规划性质的设计，目的是为了使得设

8、计车辆能够满足设计技术任务书中提出的各项功能要求，以及通过什么措施或方法来协调设计中出现的各种矛盾和问题。 特点：特点： 参加人员相对较少，设计工作比较粗； 有多个方案； 为了便于说明，提供车辆总图，并加以必要的说明。三、车辆总体设计三、车辆总体设计2. .原则原则1)保证运输安全2)方便使用，用户至上(运用，检修，制造)3)合理技术经济指标和性能4)减少维修、保养的费用5)结构的工艺性要好6)标准化，适用化的零部件7)材料的来源必须充足三、车辆总体设计三、车辆总体设计3. .总体设计步骤总体设计步骤车型选择车型选择( (用途、特点、技术问题用途、特点、技术问题) )基本尺寸和参数确定基本尺寸

9、和参数确定( (外部、内部以及相关尺寸外部、内部以及相关尺寸) )车体平面、断面布置车体平面、断面布置( (车门、通过台、室内布置等车门、通过台、室内布置等) )结构设计结构设计 ( (整体承载结构，内装结构整体承载结构，内装结构) )部件选型设计部件选型设计( (钩缓，车端设备，转向架，制动钩缓，车端设备，转向架，制动) )车内设备选择设计车内设备选择设计( (座椅，空调，播音，安全等座椅，空调，播音，安全等) )车下设备布置设计车下设备布置设计( (牵引、制动，污水等牵引、制动，污水等) )特殊设备设计特殊设备设计( (装卸设备装卸设备) )三、车辆总体设计三、车辆总体设计4. .主要经济

10、与技术指标确定主要经济与技术指标确定自重系数自重系数( (自重自重/ /标记载重标记载重, ,客车客车) )比容系数比容系数( (标记容积标记容积/ /标记载重，标记载重，2m3/t,2.3m3/t) )每延米轨道载重每延米轨道载重( (桥梁桥梁) )轴重、轴数轴重、轴数( (载重与曲线载重与曲线) )运输成本运输成本( (车种、车型，通用车种、车型，通用 or 专用，运用专用，运用) )运行速度运行速度( (提速潜力提速潜力) ) 车辆经济技术指标由多种因数综合确定，需统筹兼顾。 三、车辆总体设计三、车辆总体设计5. .轻量化及防腐设计轻量化及防腐设计意义意义 减低自重，提高效益； 延长车辆

11、寿命轻量化途径轻量化途径 新材料、新结构 防腐蚀途径防腐蚀途径 涂装(材料) 三、车辆总体设计三、车辆总体设计5.轻量化及防腐设计轻量化及防腐设计新材料新材料木材生铁普通碳钢耐候钢不锈钢铝合金复活材料耐候钢耐候钢VS普通碳素钢：普通碳素钢：厂修3次，段修12，2.16万/辆；厂、段修投资1.07万/辆寿命8年，利润18.19万/辆三、车辆总体设计三、车辆总体设计5.轻量化及防腐设计轻量化及防腐设计三、车辆总体设计三、车辆总体设计5.轻量化及防腐设计轻量化及防腐设计三、车辆总体设计三、车辆总体设计5. .轻量化及防腐设计轻量化及防腐设计新结构新结构带筋的挤压型材薄壁中空挤压型材异型型材三、车辆总

12、体设计三、车辆总体设计6. .总体尺寸设计总体尺寸设计1) )长度方向长度方向 车辆外长(车型) 车辆内长(运输对象，强度与保温) 车辆长与车体外长(车钩) 车体长与转向架中心距(曲线偏移) 车体长与限界(曲线偏移)2) )宽度方向宽度方向 尽可能宽(限界)三、车辆总体设计三、车辆总体设计6. .总体尺寸设计总体尺寸设计3) )高度方向高度方向 底板面高度(站台、车钩、转向架) 车辆上部高度(净空、限界、阻力等)4) )部件间隙部件间隙 曲线时，车体与转向架相对转动 曲线时，车端间隙及车钩摆角 变坡点处，两车端部相对运动三、车辆总体设计三、车辆总体设计6. .总体尺寸设计总体尺寸设计5) )车

13、辆配重车辆配重 定义：调整位置，使重心 意义：动力学性能 方法：方法： 调整设备安装 高度控制阀 弹簧刚度0,0iiiiPxPy三、车辆总体设计三、车辆总体设计7. .人机工程设计人机工程设计基于人机工程学的产品设计方法1)产品与人体的尺寸、形状及用力是否配合；2)产品是否顺手和方便使用； 3)是否能防止操作时意外的伤害和错用时的危险；4)各操作单元是否实用；5)各元件在安置上能否使其意义毫无疑问的被辨认；6)产品是否便于清洗、保养及修理。四、车辆牵引方式四、车辆牵引方式1. .粘着系数与速度粘着系数与速度关系解决措施2. .牵引方式牵引方式动力集中动力分散五、车辆结构动力学性能五、车辆结构动力学性能 对车辆转向架的性能提出相应的要求，主要方面为： 车辆振动性能：垂向、横向、纵向； 曲线通过性； 蛇形运动； 车辆运行品质及其评估指标。 1. .总体要求总体要求五、车辆结构动力学性能五、车辆结构动力学性能 车轮 车轴(轴型) 车体承载方式 轴箱定位 弹性悬挂 基础制