机械工程论文庞子彦201309067001.doc

机械工程论文汽车工程的分析机械工程是一门涉及利用物理定律为机械系统作分析、设计、生产及维修的工程学科。机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。在大一下学期，我有幸选择了机械工程这一门选修课，老师对机械工程进行了宏观上的介绍与一些细节的分析讲解，虽然只是概论，但对我来说却收获匪浅。通过这一门课程，让我对机械工程产生了极高的兴趣，并对三院的专业做了一定程度的了解。而其中让我印象最深的便是老师对于汽车工程的讲解。对汽车的构造，内部零件以及其运行的方式，发动机，悬架系统的设计等等都让我对汽车产生了浓厚的兴趣。通过课下查阅一些资料，使我对机械工程的发展以及其分支下的汽车工程有了一定的了解。机械工程的历史人类成为“现代人”的标志是制造工具。石器时代的各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具是后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。几千年前，人类所用材料从天然的石、木、土、皮革，发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶车，已是具有动力、传动和工作三个部分的完整机械。动力是发展生产的重要因素。17世纪后期，随着各种机械的改进和发展，随着煤和金属矿石的需要量的逐年增加，人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一个新的阶段。在英国，纺织、磨粉等产业越来越多地将工场设在河边，利用水轮来驱动工作机械。但当时已有一定规模的煤矿、锡矿、铜矿矿井中的地下水，仍只能用大量畜力来提升和排除。1765年英国人瓦特发明了有分开的凝汽器的蒸汽机，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又创制出提供回转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范围。发电站初期应用蒸汽机为原动机。20世纪初期，出现了高效率、高转速、大功率的汽轮机，也出现了适应各种水力资源的大、小功率的水轮机，促进了电力供应系统的蓬勃发展。19世纪后期发明的内燃机经过逐年改进，成为轻而小、效率高、易于操纵、并可随时启动的原动机。它先被 fuq u用以驱动没有电力供应的陆上工作机械，以后又用于汽车、移动机械（如拖拉机、挖掘机械等）和轮船，到20世纪中期开始用于铁路机车。机械加工技术的发展工业革命以前，机械大都是木结构的，由木工用手工制成。社会经济的发展，对机械产品的需求猛增。生产批量的增大和精密加工技术的进展，促进了大量生产方法（零件互换性生产、专业分工和协作、流水加工线和流水装配线等）的形成。到1819世纪，在新兴的资本主义经济的促进下，掌握科学知识的人士开始注意生产，而直接进行生产的匠师则开始学习科学文化知识。他们之间的交流和互相启发取得很大的成果。在这个过程中，逐渐形成一整套围绕机械工程的基础理论。动力机械最先与当时的先进科学相结合。蒸汽机的发明人T.萨弗里、瓦特应用了物理学家D.帕潘和J.布莱克的理论。在蒸汽机实践的基础上，物理学家S.卡诺、W.J.M.兰金和开尔文建立起一门新的科学热力学。内燃机的最重要的理论基础是法国的罗沙在1862年创立的。其他如汽轮机、燃气轮机、水轮机等都在理论指导下得到发展，而理论也在实践中得到改进和提高。2在工业革命以前，大多数的工程项目都限于军事及城市发展。从事军事方面的工程师负责研制战争工具和系统；从事城市发展的工程师则负责建筑和地面设施。在十九世纪早期的英国，机械工程师成为新兴的行业，负责提供工业用机械和推动机械所需要的动力。在1818年，首个专业土木工程师组织成立，而机械工程师亦相继于1847年成立组织。20世纪初期，福特，H.在汽车制造上又创造了流水装配线。大量生产技术加上泰勒，F.W.在19世纪末创立的科学管理方法，使汽车和其他大批量生产的机械产品的生产效率很快达到了过去无法想像的高度。汽车工程悬架的分析在最后一节选修课上，我们参观了机械工程的实验室，帕萨特的汽车模型引起了我的注意，在简化之后，原来汽车也并不是想象中的那么难。而其中汽车的底盘，也就是悬架处的设计引起了我的思考。人们都说有的汽车底盘低，有的底盘高，那么底盘到底有什么用处呢？悬架的设计对于不同类型的车型为什么不一样呢？这些问题是我感到困惑。于是课下我进行了网上搜索，对悬架这一基本概念有了一定的了解，同时也使我对机械工程有了更深层次的理解。下面是我对悬架的一些理解。随着时代的发展，以及我国汽车行业的发展，人们对货车的舒适性和稳定性提出了新的要求。悬架作为提高汽车操纵稳定性和乘坐舒适性的关键部分必须进行更好的改进，由此悬架得到了人们广泛重视和深入研究。运用优化的设计方法在保证减小悬架整体质量的同时又不缺少应有的刚度、强度与纫度，从而提高了车速，降低了能耗是目前国内汽车悬架系统发展的主方向。汽车车架（或车身）若直接安装于车桥（或车轮）上，由于道路不平，由于地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。汽车悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间全部传力联接装置的总称。它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），把路面作用于车轮上的各种力及其产生的力矩传递到车架(或承载式车身)上，吸收和缓和行驶中因路面不平引起的车轮跳动而传给车架的冲击和振动，保证货物完好和人员舒适。使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着缓和作用到车架（或车身）上垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所造成的力矩，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。 悬架由弹性元件、减振装置和导向机构等三部分组成。同时悬架形式又分为独立悬架和非独立悬架两种。悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。 现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度。现代汽车对平顺性和操纵稳定性和舒适性的要求越来越高，已成为衡量汽车性能好坏的标准。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。 汽车的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量（簧载质量）所决定。人体所习惯的垂直振动频率约为11.6Hz。车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才能满足舒适性要求。在悬架垂直载荷一定时，悬架刚度越小，固有频率就越低，但悬架刚度越小，载荷一定时悬架垂直变形就越大。这样若无有足够大的限位行程，就会使撞击限位块的概率增加。若固有频率选取过低，很可能会出现制动点头角，转弯侧货角，空载和满载车身高度变化过大。一般货车固有频率是1.52Hz，旅行客车1.21.8Hz，高级轿车11.3Hz。另外，当悬架刚度一定时，簧载质量越大，悬架垂直变形也愈大，而固有频率越低。空车时的固有频率要比满载时的高。簧载质量变化范围大，固有频率变化范围也大。为了使空载和满载固有频率保持一定或很小变化，需要把悬架刚度做成可变或可调的。影响汽车平顺性的另一个悬架指标是簧载质量。簧载质量分为簧上质量与簧下质量两部分，由弹性元件承载的部分质量，如车身、车架及其它所有弹簧以上的部件和载荷属于簧上质量。车轮、非独立悬架的车轴等属于簧下质量，也叫非簧载质量M。如果减小非簧载质量可使车身振动频率降低，而车轮振动频率升高，这对减少共振，改善汽车的平顺性是有利的。非簧载质量对平顺性的影响，常用非簧载质量和簧载质量之比m/M进行评价。悬架的侧倾角刚度及前后匹配是影响汽车操纵稳定性的重要参数。当汽车受侧向力作用发生车身侧倾，若侧倾角过大，乘客会感到不安全，不舒适，如侧倾角过小，车身受到横向冲击较大，乘客也会感到不适，司机路感不好。所以，整车侧倾角刚度应满足：当车身受到0.4g侧向加速度时，其侧倾角在2.54范围内，汽车有一定不足转向特性，前悬架侧倾角刚度应大于后悬架侧倾角刚度。一般前悬架侧倾角刚度与后悬架侧倾角刚度比应在1.42.6范围内，如前后悬架本身不能满足上述要求，可在前后悬架中加装横向稳定杆，提高汽车操纵稳定性。以上使我对机械工程的一些简单的理解和分析。或许比较肤浅，也会有许多的错误。但是通过这一系列的过程，使我对机械工程的历史、概念、分析方法、以及汽车工程一些概论、悬架的设计有了一定的了解。也使我对机械工程有了更深层次探索的信心。大学的日子里希望我有机会参加三院的机械创新设计大赛。同时也感谢老师在每周二晚的激情演讲。