浅谈轻量化设计PPT课件
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汽车轻量化ppt课件
汽车轻量化
汽车铝合金典型件
1、发动机
大众最先进的6.0L W12发动机
北极星V8发动机
汽车轻量化
汽车铝合金典型件
2、轮毂
马自达跑车轮毂
福特Focus铝合金轮毂
汽车轻量化
汽车铝合金典型件 3、车身覆盖件
日本本田公司生产的 Insight hybrid轿车车身用铝合 金达162kg，比钢车身减重约 40%。
Insight hybrid轿车车架
捷豹XJ的基础车身就是铝合金材 料，在保证了强度的同时，提高了空 间体积，还使整车的灵活性得到了最 大限度的保留。
捷豹XJ铝合金车身
汽车轻量化
（2）轻金属材料汽车应用中的优势
易加工
镁及其合金
比强度、 比刚度高
资源丰富 开采技术成熟
BMW E60车门防撞杆
汽车轻量化
各种高强钢在车身上典型应用
汽车轻量化
1.轻金属在汽车上的应用 新材料在汽车上的应用 2.高强度钢在汽车上的应用
3.其他材料的应用
汽车轻量化
3 其他材料的应用
汽车中主要的非金属部件
汽车轻量化
非 金属 材料
蜂窝夹层 材料
工程 塑料
橡胶 材料
其它
纤维增强 材料
陶瓷 材料
ULSAB-AVC白车身（BIW）的用材比例
1.优良的成形性能 2. 回收利用性好 3.可利用传统生产装备
优点
4.修理和保险 5.延迟的时效性和非时效性 7.良好的连接性能和保形性能 8.保证塑性延展性的同时，强度高，冲压件质量轻
汽车轻量化
高强度钢板的应用和作用
注：Ps 为压溃强度，AE为压溃吸能，Pt为压痕抗力，P为微量变形抗力，σw为疲劳强度， σb为抗拉强度，t为板厚，σp为成形构件应变下的流变应力，ED为动负荷设计弹性模量，n为常数。
汽车轻量化ppt课件
其它合金
钛的密度为4.5g/cm3，具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优 点。但价格昂贵，在赛车和个别豪华车上少量应用。
马自达钛合金护板
10
2011汽车车身内外饰产品及新材料应用国际研讨会暨展览会
2011 International Conference & Exhibition On interior and exterior products for auto bodies and new material application
SMC 是Sheet molding compound的缩写，称为片状模塑料，是把低粘度 的树脂化合物浸到玻璃纤维中而形成的连续片状预成型模塑复合材料，采用模 压成型，能够制造带有筋、凸起的大型覆盖件。
SMC生产效率相对较高，产品性能稳定，强度高，质地均匀，强度较高， 能得到良好表面，适合车身外装饰件，如保险杠、翼子板等。
固 性
玻璃钢
玻 纤 增
玻璃钢就是由环氧树脂与固化剂、促进剂按一定 比例混合后将如玻璃布粘结起来的一种复合材料。一 般采用手糊、喷射或缠绕成型工艺，可以用模具制作 成各种形状，但树脂不流动。
强
工装设备简单，投资低，生产效率低，生产技术
材 容易掌握，产品不受尺寸形状的限制，用于小批量大
料 型不规则零件生产。如特种专业车的高顶、小型机动
奥迪A8采用ASF全铝合金车身，创纪录的使用了546kg的铝合金 材料，重量要比同等车型的钢制车身轻50%。 1990年9月开始销售的日本本田NSX车采用了全铝承载式车身， 比用冷轧钢板制造的同样车身轻200kg。
奥迪ASF全铝车身框架
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2011汽车车身内外饰产品及新材料应用国际研讨会暨展览会
2011 International Conference & Exhibition On interior and exterior products for auto bodies and new material application
钛的密度为4.5g/cm3，具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优 点。但价格昂贵，在赛车和个别豪华车上少量应用。
马自达钛合金护板
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2011汽车车身内外饰产品及新材料应用国际研讨会暨展览会
2011 International Conference & Exhibition On interior and exterior products for auto bodies and new material application
SMC 是Sheet molding compound的缩写，称为片状模塑料，是把低粘度 的树脂化合物浸到玻璃纤维中而形成的连续片状预成型模塑复合材料，采用模 压成型，能够制造带有筋、凸起的大型覆盖件。
SMC生产效率相对较高，产品性能稳定，强度高，质地均匀，强度较高， 能得到良好表面，适合车身外装饰件，如保险杠、翼子板等。
固 性
玻璃钢
玻 纤 增
玻璃钢就是由环氧树脂与固化剂、促进剂按一定 比例混合后将如玻璃布粘结起来的一种复合材料。一 般采用手糊、喷射或缠绕成型工艺，可以用模具制作 成各种形状，但树脂不流动。
强
工装设备简单，投资低，生产效率低，生产技术
材 容易掌握，产品不受尺寸形状的限制，用于小批量大
料 型不规则零件生产。如特种专业车的高顶、小型机动
奥迪A8采用ASF全铝合金车身，创纪录的使用了546kg的铝合金 材料，重量要比同等车型的钢制车身轻50%。 1990年9月开始销售的日本本田NSX车采用了全铝承载式车身， 比用冷轧钢板制造的同样车身轻200kg。
奥迪ASF全铝车身框架
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2011汽车车身内外饰产品及新材料应用国际研讨会暨展览会
2011 International Conference & Exhibition On interior and exterior products for auto bodies and new material application
汽车轻量化技术(PPT课件
优点
显著提高材料的强度和硬度，同时保持良好的韧性，有利于实现 车身的轻量化。
应用范围
保险杠、A/B柱、车门防撞梁等安全件。
内高压成型技术
技术原理
利用液体介质在密闭模具内施加 高压，使管材发生塑性变形并贴 合模具内壁，从而得到所需形状 和尺寸的空心构件。
优点
减少零件数量、减轻重量、降低 成本、提高生产效率等。
镁合金零部件
在发动机、变速器等部 件中使用镁合金，实现 轻量化。
塑料油箱
采用塑料油箱替代传统 金属油箱，降低重量并 提高安全性。
底盘系统轻量化应用案例
铝合金车架
利用铝合金材料制造车架，降低底盘系统重量。
高强度钢悬挂系统
采用高强度钢材制造悬挂系统部件，实现轻量化的同时保证性能。
碳纤维复合材料轮毂
采用碳纤维复合材料制造轮毂，显著降低重量并提高强度。
轻量化技术是汽车节能减排的重要手 段之一，也是未来汽车发展的重要方 向。
轻量化技术的分类
材料轻量化技术
采用高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等轻质材料，降低汽车 质量。
设计轻量化技术
通过结构优化、拓扑优化等设计手段，实现汽车轻量化。
制造工艺轻量化技术
采用先进的制造工艺，如激光焊接、热成型等，降低汽车质量。
汽车轻量化技术ppt课件
目录
• 引言 • 汽车轻量化技术概述 • 轻量化材料技术 • 轻量化设计技术 • 轻量化制造技术 • 轻量化技术的应用与案例分析
01 引言
轻量化技术的重要性
提高燃油经济性
推动新能源汽车发展
汽车轻量化可以降低车身质量，从而 减少燃油消耗和二氧化碳排放，提高 燃油经济性。
轻量化技术对于电动汽车尤为重要， 可以降低电池负荷，提高续航里程和 电池寿命。
显著提高材料的强度和硬度，同时保持良好的韧性，有利于实现 车身的轻量化。
应用范围
保险杠、A/B柱、车门防撞梁等安全件。
内高压成型技术
技术原理
利用液体介质在密闭模具内施加 高压，使管材发生塑性变形并贴 合模具内壁，从而得到所需形状 和尺寸的空心构件。
优点
减少零件数量、减轻重量、降低 成本、提高生产效率等。
镁合金零部件
在发动机、变速器等部 件中使用镁合金，实现 轻量化。
塑料油箱
采用塑料油箱替代传统 金属油箱，降低重量并 提高安全性。
底盘系统轻量化应用案例
铝合金车架
利用铝合金材料制造车架，降低底盘系统重量。
高强度钢悬挂系统
采用高强度钢材制造悬挂系统部件，实现轻量化的同时保证性能。
碳纤维复合材料轮毂
采用碳纤维复合材料制造轮毂，显著降低重量并提高强度。
轻量化技术是汽车节能减排的重要手 段之一，也是未来汽车发展的重要方 向。
轻量化技术的分类
材料轻量化技术
采用高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等轻质材料，降低汽车 质量。
设计轻量化技术
通过结构优化、拓扑优化等设计手段，实现汽车轻量化。
制造工艺轻量化技术
采用先进的制造工艺，如激光焊接、热成型等，降低汽车质量。
汽车轻量化技术ppt课件
目录
• 引言 • 汽车轻量化技术概述 • 轻量化材料技术 • 轻量化设计技术 • 轻量化制造技术 • 轻量化技术的应用与案例分析
01 引言
轻量化技术的重要性
提高燃油经济性
推动新能源汽车发展
汽车轻量化可以降低车身质量，从而 减少燃油消耗和二氧化碳排放，提高 燃油经济性。
轻量化技术对于电动汽车尤为重要， 可以降低电池负荷，提高续航里程和 电池寿命。
汽车轻量化材料ppt课件
VW Polo（大众波罗）、 Porsche Cayanne（保时捷 卡宴）、Ope Vectra（欧 宝维佳）等车型中现代高 强度钢的用量分别为60%、 36%、45%，用量非常大， 而且已经超越了普通钢， 成为汽车用钢的主力军， 成为未来汽车材料的发展 方向之一。
德国的两款轿车和SUV上 所用的高强度钢材料
汽车结构设计轻量化技术包括紧凑化技术和为采用轻 量化材料并能满足碰撞新要求而最新开发的轻量化结 构设计技术.
在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构和超 轻悬架结构等来达到轻量化的目的，在用材方面可以 通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。
实现汽车轻量化的主要途径
减少汽车白车身重量对降低发动机的功耗和减少汽 车总重量具有双重的效应。为此，首先应该在白车 身制造材料方面寻找突破口。具体有如下几种方 案： 1）使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合 金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； 2）使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截 面厚度较薄的高强度钢；(???) 3）使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材， 如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光 焊接板材等。
车轮：强度更高、成形性能更好的车轮用钢开发,以满足进一步减重及灵活生产的需要开发低成本，高尺寸精度的制造技术与铝车轮竞
争过，系开 统发设宝具计有的钢成改本进优予势以的消车除4轮，03外开.观发0装车饰轮系焊统接6，新2用技8于术.0在；钢车轮骨3架5上.0安装永久性铸22铝6外0饰8件，研究车0轮.2导2致车辆振动的根本-原因，并通
氢－二十一世纪的绿色能源; Hydrogen on Tetrahedral Sites 为此，首先应该在白车身制造材料方面寻找突破口。
选用新材料（包括高强度钢、铝、镁、钛合金、 镁化学性质较活泼,在大气中熔炼时,镁合金容易氧化和燃烧,因此常采用合金液阻燃技术和变质处理技术。
汽车轻量化研究 ppt课件
2.687
81
1310
1.518
2.614
80
1265
1.502
2.650
K值
31.06 25.76 20.19 19.62 22.13 32.28 26.26 25.38 21.60 23.44
10
汽车轻量化的途径
三、车身轻量化的途径
零部件数量集成及功能集成；
结构设计优化
高强钢、镁合金、铝合金、 工程塑料及其复合材料和 陶瓷材料等；
2.06
1.53
2015年ECB获奖车型前三名
BMW 7 Series
Audi Q7
1.53
2.19
2014年ECB获奖车型前三名
BMW i8
Mercedes-Benz C
1.2
2.87
2013年ECB获奖车型前三名
Mercedes-Benz S
BMW i3
2.87
1.26
2012年ECB获奖车型前三名
K值
10.30 15.83 12.75 13.89
9
二、汽车轻量化评价参考标准
车型
大众朗逸 别克英朗 日产轩逸 丰田卡罗拉 大众捷达 大众速腾 大众桑塔纳 福特福瑞斯 大众宝来 吉利帝豪EC7
销量前十轿车的K值表现
百公里油耗 （L/100km）
8 7 6.7 5.9 5.7 8 7 6.8 5.3 5.9
材料轻量化
制造工艺创新
热压成型、液压成型、 内高压成型、激光拼焊等；
11
二、车身轻量化的途径
汽车轻量化的途径
汽车轻量化技术是设计、材料与制造技术的集成应用，实现车身结构轻量化的主要途径： ➢ 结构优化设计：使零部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以及对车身零部件进行结
浅谈轻量化设计PPT课件
案例2：转向器支架结构形式设计
结构形 式改变
采用管梁式结构的转向器支架，相对于采用框架式支架可降重约2Kg,成本 下降约为20元/台。
案例3：支架精铸件设计
将材料由QT500提升为 ZGD650,在不影响可靠性 前提下壁厚减薄，并去除 应力很小的部位的材料， 降低样件重量，一般重量 减少15%-40%左右，但是 成本有所增加。
浅谈轻量化设计
底盘所转向室 王丽永
2013.9.10
目录
一、汽车发展趋势 二、汽车整车节能技术 三、汽车轻量化设计的意义 四、汽车轻量化设计原则及方法 五、商用车底盘系统轻量化设计案例 六、个人建议
一、汽车发展趋势
20世纪70年代两 次石油危机促成发 展节能汽车。美国 国会1975年通过能 源政策和保护议案， 要求汽车制造商生 产和销售符合燃油 经济性指标的车辆。
为应对全球变暖， 1997年京都议定书， 限制CO2 排放，对 汽车排放环保提出 更高要求。
科技以人为本， 汽车安全性，可靠 性一直是汽车发展 永恒的主题。
安全性、燃油经 济性、排放、噪音、 回收方面的法规要 求。
降低能耗，减少排放、提高安全性
二、汽车整车节能技术
为了达到节能减排的目标，需要运用多种节能技术，其中轻量化设计是在工程 实际中最为容易实现的。通过轻量化技术的运用实现经济效益的最大化。
细节决定成败，在整车中， 一些很不起眼的细节对轻量 化及成本的贡献也是不可忽 视，比如线束布置，管路布 置，布置中必须合理，多余 的管路折弯，多余的线束长 度都应该被优化。
2、整车开发需确定轻量化目标，作为设计的一个输入。各个系统进行系统目 标分解。轻量化设计的过程中必须建立量化目标，尽量在成本不增加的情况 下实现轻量化优化。在设计中在平台战略上通过材料的选择及结构的优化结 合，合理地在成本及重量上需找到平衡点。
结构形 式改变
采用管梁式结构的转向器支架，相对于采用框架式支架可降重约2Kg,成本 下降约为20元/台。
案例3：支架精铸件设计
将材料由QT500提升为 ZGD650,在不影响可靠性 前提下壁厚减薄，并去除 应力很小的部位的材料， 降低样件重量，一般重量 减少15%-40%左右，但是 成本有所增加。
浅谈轻量化设计
底盘所转向室 王丽永
2013.9.10
目录
一、汽车发展趋势 二、汽车整车节能技术 三、汽车轻量化设计的意义 四、汽车轻量化设计原则及方法 五、商用车底盘系统轻量化设计案例 六、个人建议
一、汽车发展趋势
20世纪70年代两 次石油危机促成发 展节能汽车。美国 国会1975年通过能 源政策和保护议案， 要求汽车制造商生 产和销售符合燃油 经济性指标的车辆。
为应对全球变暖， 1997年京都议定书， 限制CO2 排放，对 汽车排放环保提出 更高要求。
科技以人为本， 汽车安全性，可靠 性一直是汽车发展 永恒的主题。
安全性、燃油经 济性、排放、噪音、 回收方面的法规要 求。
降低能耗，减少排放、提高安全性
二、汽车整车节能技术
为了达到节能减排的目标，需要运用多种节能技术，其中轻量化设计是在工程 实际中最为容易实现的。通过轻量化技术的运用实现经济效益的最大化。
细节决定成败，在整车中， 一些很不起眼的细节对轻量 化及成本的贡献也是不可忽 视，比如线束布置，管路布 置，布置中必须合理，多余 的管路折弯，多余的线束长 度都应该被优化。
2、整车开发需确定轻量化目标，作为设计的一个输入。各个系统进行系统目 标分解。轻量化设计的过程中必须建立量化目标，尽量在成本不增加的情况 下实现轻量化优化。在设计中在平台战略上通过材料的选择及结构的优化结 合，合理地在成本及重量上需找到平衡点。
汽车轻量化材料ppt课件
工程塑料（？？？）
ppt精选版
26
第二节 铝及铝合金
一、铝及铝合金性能特点
铝合金制造的机翼
纯铝具有银白色金属光泽, 密 度小(2.72 ), 熔点低(660.4℃), 导电、导热性能优良。
耐大气腐蚀，易于加工成形.
具有面心立方晶格，无同素 异构转变，无磁性。
ppt精选版
27
铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、
ppt精选版
18
USLAB-AVC所选用的 高强度钢种类很多，应 用的零件范围也很广， 其中DP700/1000的用 量最大，达到了 59.32%，其次是 MART1250/1520和 DP300/500，用量分别 为47.71%和18.14%。
ULSAB-AVC车身结构所选用钢 种的强度级别、重量及重量比
目前高强度钢板主要包括冷轧含磷板、双相钢(DP 钢)板以及相变诱发塑性钢(TRIP钢)板等。
ppt精选版
11
ppt精选版
12
3 国内外汽车高强度钢材料概况
二十世纪60～70年代，汽车结构用高强度钢是以添 加各种合金成分的固溶强化型和析出强化型高强度 钢为主体，但为了达到更高的强度,从80年代开始， 研究方向已经开始转向组织强化型高强度钢，通过 Cu析出物和三段冷却方式提高强度与加工性，通过 冶金制造的组织控制来提高各种性能。特别是到了 二十一世纪，发展更是突飞猛进，各种新钢种层出 不穷，强度也不断提高，如含铜热处理强化钢， Rm＝590～780MPa高翻边性能钢板，Rm＝440～ 780MPa，超高强度钢p板pt精，选版Rm＝980～1400MPa。13
看出高强度钢的用量和应用范围都非常大，其中的前门内 板、主地板、门框内板、立柱等都用高强度钢制成，最高的 占到了整个汽车用钢的68％。
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第二节 铝及铝合金
一、铝及铝合金性能特点
铝合金制造的机翼
纯铝具有银白色金属光泽, 密 度小(2.72 ), 熔点低(660.4℃), 导电、导热性能优良。
耐大气腐蚀，易于加工成形.
具有面心立方晶格，无同素 异构转变，无磁性。
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铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、
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USLAB-AVC所选用的 高强度钢种类很多，应 用的零件范围也很广， 其中DP700/1000的用 量最大，达到了 59.32%，其次是 MART1250/1520和 DP300/500，用量分别 为47.71%和18.14%。
ULSAB-AVC车身结构所选用钢 种的强度级别、重量及重量比
目前高强度钢板主要包括冷轧含磷板、双相钢(DP 钢)板以及相变诱发塑性钢(TRIP钢)板等。
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3 国内外汽车高强度钢材料概况
二十世纪60～70年代，汽车结构用高强度钢是以添 加各种合金成分的固溶强化型和析出强化型高强度 钢为主体，但为了达到更高的强度,从80年代开始， 研究方向已经开始转向组织强化型高强度钢，通过 Cu析出物和三段冷却方式提高强度与加工性，通过 冶金制造的组织控制来提高各种性能。特别是到了 二十一世纪，发展更是突飞猛进，各种新钢种层出 不穷，强度也不断提高，如含铜热处理强化钢， Rm＝590～780MPa高翻边性能钢板，Rm＝440～ 780MPa，超高强度钢p板pt精，选版Rm＝980～1400MPa。13
看出高强度钢的用量和应用范围都非常大，其中的前门内 板、主地板、门框内板、立柱等都用高强度钢制成，最高的 占到了整个汽车用钢的68％。
汽车轻量化方法PPT课件
「材料置換」、 「方式変更」 (51%)
分方法提案的比例
方式変更, 30
その他の材料置換, 24
樹脂化, 23
超高張力鋼, 20
Mg化, 22
提案合計 384 kg
単位は kg 駄肉削減, 104 [削减加工余量]
（27%）
機能削減, 48
Al化, 76
容量削減, 38
412 349 277
104 92 7176
CAR-O:1846 kg CAR-M : 1607 kg
62 49
0
Power train Chassis
BIBWody 系Trim
Elec Coolant,
Oil,
Fuel
装置分類
Others
表示分解的零部件的合计重量。车身（BIW+Trim）的重量的差是148公斤，底盘的 差是39公斤，动力系统的差是32公斤。
Rank : B
Reduction Weight estimated
Recommended 1.49 kg/veh timing:M
Reason why categorized into M : need
Type Approval, Die Change, Durability test
Body系, 181
1500
1400
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
投影面積 m2
O车比平均值重，M车比平均值轻。计算出O车和M车的投影面积进行补正得到200公 斤的重量差。
试验车的系统重量
装置重量 kg
600 500 400 300 200 100
浅谈轻量化设计
集成化设计
模块化设计
将产品划分为多个模块，每个模块具有独立的功能和结构，通过模块的组合和替换实现产 品的轻量化设计。
一体化设计
将多个功能集成在一个部件中，以减少部件数量和连接结构，实现轻量化设计。例如，汽 车中的发动机和变速器一体化设计。
智能化设计
通过计算机辅助设计软件进行智能化设计，对产品结构和材料进行优化组合，以达到轻量 化的目的。同时，智能化设计还可以提高产品的性能和可靠性。
轻量化设计不仅关注产品重量的减轻，还注重产品性能、成本和可持续性的综合 优化。
轻量化设计的目的和意义
提高产品性能
通过减轻重量，可以减小产品 惯性、提高响应速度和机动性
，从而提高产品性能。
降低能耗
轻量化设计有助于减少产品在 使用过程中的能源消耗，如汽 车、飞机等交通工具的油耗和 碳排放。
增强市场竞争
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浅谈轻量化设计
目录
• 轻量化设计的概念 • 轻量化设计的实现方法 • 轻量化设计的应用领域 • 轻量化设计的挑战与前景 • 案例分析
01 轻量化设计的概念
轻量化设计的定义
轻量化设计是指在保证产品性能和功能的前提下，通过优化设计、选用轻质材料 和先进制造技术等方法，降低产品重量，提高产品便携性和能效的一种设计理念 。
轻量化设计有助于降低产品成 本、提高生产效率，从而增强 产品在市场上的竞争力。
促进可持续发展
轻量化设计符合绿色环保理念 ，有助于减少资源浪费和环境
污染，促进可持续发展。
轻量化设计的原则
功能优先
轻量化设计应以满足产品基本功能为 前提，不能因追求重量减轻而牺牲产 品性能。
选用合适的材料
选用具有高强度、轻质等特点的材料， 如铝合金、碳纤维等，是实现轻量化 设计的重要手段。
汽车轻量化总结PPT课件
2021/6/28
第10页/共61页
(２)轻质材料在汽车上的应用。包括铝、镁、高强度钢、复合材料、塑料 等。并在前期与结构设计融为一体，以及相应的装配、制造、防腐、连接 等工艺的研究应用。 据统计汽车车身、底盘、发动机三大件占一辆轿车 总质量的６５％ 以上。 一般全钢结构白车身通过优化设计可以减重７％ 左右采用铝合金的车身可以带来３０％ ~５０％ 的轻量化效果而想减轻 更多的质量就只能求助于纤维复合材料。而先进的加工工艺是为了应对材 料和结构的变更，而提出新的工艺。
2021/6/28
第8页/共61页
汽车轻量化是环保的要求
按2005年美国环保局的数据。各个产业的温室气体排放情况如图10-2所示，交通 运输的温室气体排放量仅次于电力工业。这些数据表明:汽车工业节能减排对于一个国 家的能源供应和环境保护都具有重要的意义。
2021/6/28
第9页/共61页
实现汽车轻量化的主要途径
铸造镁合金多用于压铸工艺生产。其特点是生产效率高、精度高、铸件表面质 量好、铸态组织精良、可生产薄壁及复杂形状的构件。 根据不同汽车零部件对镁 合金性能的特定要求新型镁合金材料的开发一直致力于提高强度、改善塑形、增加 高温蠕变抗力。 (２)变形镁合金 变形镁合金指可用挤压、轧制、锻造和冲压等塑性成型方法加工的镁合金与铸造镁 合金相比，变形镁合金具有更好的强度、更好的塑性和更多的样式规格。
2021/6/28
第7页/共61页
汽车轻量化是当代国内外汽车工业发展的一个重要课题: (１)在保证汽车质量和功能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量降 低燃耗减少排放污染。 (２)在使汽车减轻质量、降低油耗、减少排放的同时ꎬ努力谋求高输出功率、高响 应性、低噪声、低振动、良好操纵性、高可靠性和高舒适性等。 (３)在汽车轻量化的同时ꎬ汽车的价格应当下降或保持在合理水平。具有商业竞争 能力。即汽车的轻量化技术必须是兼顾质量、性能、价格的技术。 汽车轻量化对汽车技术的不断发展起到了重要作用。
轻量化技术PPT课件
1.3 减少制动能耗 轻量化对减轻制动的负担有很大的效果。
1.4 环境保护—减轻噪声和振动 日本300系列高速列车，在车速270km/h时，25m远处噪声为25dB。
1.5 降低了线路的维护保养费用 自身重量降低，给线路带来的压力就越小，从而降低了线路的维护保养费用。
第1页/共25页
1.6 提高了车辆的运行平稳性 由于轻量化对运行稳定指标的轮重、横压有所减轻，使轴重变化范围小以及
横压减少，从而改善了高速时的运行稳定性。
第2页/共25页
2.动车组轻量化的历史
早在1894年，美国在动车组中就采用过铝制座椅；1898年 法国北部铁道就在客车上安装了铝制窗框。这是在车辆上应用 铝的开端，对减轻自重是微不足道的。到1903年英国兰开夏和 纽克夏铁路电气化时，为满足利物浦市内高架区间的轴重限制， 电动车的外板及内装饰件采用了轻合金材料。1923年以来，美 国开始在市郊电车上采用了轻合金外板、顶板、车门、风道及 座椅配件客车上也采用了铝结构板材。这些也只不过是实现了 铝合金在车辆上的应用，还谈不上车辆的轻量化设计。
4.1 构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢结 构减重50％左右。
4.2轮对轻量化。采用空心车轴和小直径车轮； 采用S形薄辐板车轮。
德国MBB公司研制了玻璃钢（FRP）轮心， 车轮由钢质车箍、FRP轮心和钢质轮毂三部分 组 成 ， 其 簧 下 质 量 至 少 降 低 了 20 ％ （ 100Kg 左右）；采用双排圆锥滚子轴承，同时承受径 向 和 轴 向 载 荷 ， 其 重 量 只 有 40Kg ， 约 为 日 本 新干线原用轴承重量的一半。
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• 209型系列客车转向架的一种，120km/h； • 用于23.6m和25.5m客车上； • 结构简单，性能可靠，检修方便。
1.4 环境保护—减轻噪声和振动 日本300系列高速列车，在车速270km/h时，25m远处噪声为25dB。
1.5 降低了线路的维护保养费用 自身重量降低，给线路带来的压力就越小，从而降低了线路的维护保养费用。
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1.6 提高了车辆的运行平稳性 由于轻量化对运行稳定指标的轮重、横压有所减轻，使轴重变化范围小以及
横压减少，从而改善了高速时的运行稳定性。
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2.动车组轻量化的历史
早在1894年，美国在动车组中就采用过铝制座椅；1898年 法国北部铁道就在客车上安装了铝制窗框。这是在车辆上应用 铝的开端，对减轻自重是微不足道的。到1903年英国兰开夏和 纽克夏铁路电气化时，为满足利物浦市内高架区间的轴重限制， 电动车的外板及内装饰件采用了轻合金材料。1923年以来，美 国开始在市郊电车上采用了轻合金外板、顶板、车门、风道及 座椅配件客车上也采用了铝结构板材。这些也只不过是实现了 铝合金在车辆上的应用，还谈不上车辆的轻量化设计。
4.1 构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢结 构减重50％左右。
4.2轮对轻量化。采用空心车轴和小直径车轮； 采用S形薄辐板车轮。
德国MBB公司研制了玻璃钢（FRP）轮心， 车轮由钢质车箍、FRP轮心和钢质轮毂三部分 组 成 ， 其 簧 下 质 量 至 少 降 低 了 20 ％ （ 100Kg 左右）；采用双排圆锥滚子轴承，同时承受径 向 和 轴 向 载 荷 ， 其 重 量 只 有 40Kg ， 约 为 日 本 新干线原用轴承重量的一半。
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• 209型系列客车转向架的一种，120km/h； • 用于23.6m和25.5m客车上； • 结构简单，性能可靠，检修方便。
轻量化设计
2. 多尺寸保证时的尺寸换算
例2 如图所示轴套，其加工工序如图所示，试校验工序尺寸标注是否合 理。
50-0.34
10-0.3
15±0.2
51-0.4
50-0.34
10.4-0.2
零件图
10 车孔及端面
14.6±0.2
20 车外圆及端面
10-0.3
30 钻孔
40 磨外圆及台阶
解:1)分析 从零件图上看,设计尺寸有10-0.3mm、15±0.2mm 以及50-0.34。 根据工艺过程分析是否全部达到图纸要求.其中10-0.3、 50-0.34直 接保证，15±0.2间接保证，为封闭环，必须校核。
①作尺寸链图 按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件 图中要求的尺寸，形成一个封闭的图形。 ②找封闭环 根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0 为
封闭环。
③ 确定增环和减环 可用以下简便的方法得到：
从封闭环开始，给每一个环画出箭头， 最后再回到封 闭环，像电流一样形成回路。凡箭头方向与封闭环方 向相反者为增环（如A2），箭头方向与封闭环方向相
工序基本尺寸
工序尺寸及偏差 Φ25.0 Φ25.3 Φ26.1 0 -0.021 0 -0.084 0
0.3 IT7
0.021 25.00
0.8 IT10 0.084 25+0.3=25.3 1.9 IT12 0.210 25.3+0.8=26.1 3.0 IT14 1.0 26.1+1.9=28.0
三 、尺寸链的建立
1、加工顺序或装配顺序确定后 才能确定封闭环。 2、封闭环的基本属性为“派生 ”，表现为尺寸间接获得。 1、设计尺寸往往是封闭环。 2、加工余量往往是封闭环（ 靠火花磨除外）。
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案例2：转向器支架结构形式设计
结构形 式改变
采用管梁式结构的转向器支架，相对于采用框架式支架可降重约2Kg,成本 下降约为20元/台。
案例3：支架精铸件设计
将材料由QT500提升为 ZGD650,在不影响可靠性 前提下壁厚减薄，并去除 应力很小的部位的材料， 降低样件重量，一般重量 减少15%-40%左右，但是 成本有所增加。
木胞壁结构
自然界轻量化体现为结构最优化，材 质轻量化及力学性能最优化
自然界的轻量化中，通过适当的材料添 加使局部的应力能够发布均匀，调整力 学性能。如树杈间的圆角。
2、轻量化设计的基本思想
在不降低性能的前提下，通过结构的优化，先进的工艺及轻质的材料应用， 同时兼顾性能，质量及成本三大因素，达到最优轻量化目的，实现经济效益最大 化。
SUCCESS
THANK YOU
2019/7/30
功能减少或体积减少
形状和截面更改 底盘支架拓 扑优化
转向节臂结 构优化
座椅框架优 化设计
车门结构优 化
材料更换
新工艺的使用
五、商用车底盘所轻量化设计的案例 案例1：转向传动杆系结构优化
结构优 化设计
通过系统结构设计优化，将转向传动杆系设计为单拉杆形式，取消中间过 渡臂及支架，降重15Kg,降低成本250元/台
三、汽车轻量化设计的意义 1、汽车轻量化设计与整车性能之间关系
注：此统计数据来源于通用
小轿车统计
节能减排与整车自重息息相关，而且也影响整车其他性能。
2、车重与能耗之间的关系
决定油耗的因素：
空气阻力（对油耗的贡献约25%）与整本质量无关。而大约油耗的75%与汽车的整备质量有关（滚动阻 力对油耗的贡献约为35%，加速阻力和爬坡阻力对油耗的贡献值约为45%）
车重与燃油消耗 的关系
四、汽车轻量化设计原则及方法
1、自然界的轻量化
自然界中资源有限，必须做到材料节省，自 然界中常见的胞状结果，三明治结构及管结 构去除了承受载荷最小的部分，起到轻量化、 节约资源的作用。
除合适的结构外，轻 量化结构还要求尽可 能轻的基本组件。 木胞壁是一种天然的 纤维复合物，其密度 低及力学性能值较广， 易压弯。 通过层级堆积，使得 弯曲载荷及压力载荷 下的力学性能达到提 高
3、轻量化设计的步骤
新材料及新工艺使用
结构优化
去除冗余结构 减少用户不必要的功能
以整车重量为管控目标，制定 分解轻量化目标，基于成本及 工艺考虑，采用轻量化设计四 部曲的方法，对整车材料选择， 结构优化及工艺实施进行全方 位的考虑实施。
4、轻量化设计方法
面积和厚度减少
通过CAE分析，优化设计，减少多余的 面积和厚度是取得轻量化设计的主要手 段。
3、建立轻量化设计小组，平时进行轻量化设计技术研究，车型开发中统筹整 车轻量化开发。
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2019/7/30
案例4：采用新技术新结构（橡胶悬架使用）
牵引车上采用橡胶悬架相对于板簧悬架可减重约300Kg，成本相对 增加约3000元/台
案例5：取消功能轻量化设计（VT取消二桥减震器及支架）
通过取消二桥减震器及支架，减重约20Kg，成本降低为150元/台
六、个人建议
1、设计人员必须培养起轻量化设计的理念，轻量化设计不仅仅是减少重量 更重要的是设计的最优化，更合理化，也是实现设计经济效益最大化。每 一个细节都需要在设计中不断的苛求，才能做到设计最合理化，最优化。
细节决定成败，在整车中， 一些很不起眼的细节对轻量 化及成本的贡献也是不可忽 视，比如线束布置，管路布 置，布置中必须合理，多余 的管路折弯，多余的线束长 度都应该被优化。
2、整车开发需确定轻量化目标，作为设计的一个输入。各个系统进行系统目 标分解。轻量化设计的过程中必须建立量化目标，尽量在成本不增加的情况 下实现轻量化优化。在设计中在平台战略上通过材料的选择及结构的优化结 合，合理地在成本及重量上需找到平衡点。
浅谈轻量化设计
底盘所转向室 王丽永
2013.9.10
目录
一、汽车发展趋势 二、汽车整车节能技术 三、汽车轻量化设计的意义 四、汽车轻量化设计原则及方法 五、商用车底盘系统轻量化设计案例 六、个人建议
一、汽车发展趋势
20世纪70年代两 次石油危机促成发 展节能汽车。美国 国会1975年通过能 源政策和保护议案， 要求汽车制造商生 产和销售符合燃油 经济性指标的车辆。
为应对全球变暖， 1997年京都议定书， 限制CO2 排放，对 汽车排放环保提出 更高要求。
科技以人为本， 汽车安全性，可靠 性一直是汽车发展 永恒的主题。
安全性、燃油经 济性、排放、噪音、 回收方面的法规要 求。
降为了达到节能减排的目标，需要运用多种节能技术，其中轻量化设计是在工程 实际中最为容易实现的。通过轻量化技术的运用实现经济效益的最大化。
结构形 式改变
采用管梁式结构的转向器支架，相对于采用框架式支架可降重约2Kg,成本 下降约为20元/台。
案例3：支架精铸件设计
将材料由QT500提升为 ZGD650,在不影响可靠性 前提下壁厚减薄，并去除 应力很小的部位的材料， 降低样件重量，一般重量 减少15%-40%左右，但是 成本有所增加。
木胞壁结构
自然界轻量化体现为结构最优化，材 质轻量化及力学性能最优化
自然界的轻量化中，通过适当的材料添 加使局部的应力能够发布均匀，调整力 学性能。如树杈间的圆角。
2、轻量化设计的基本思想
在不降低性能的前提下，通过结构的优化，先进的工艺及轻质的材料应用， 同时兼顾性能，质量及成本三大因素，达到最优轻量化目的，实现经济效益最大 化。
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功能减少或体积减少
形状和截面更改 底盘支架拓 扑优化
转向节臂结 构优化
座椅框架优 化设计
车门结构优 化
材料更换
新工艺的使用
五、商用车底盘所轻量化设计的案例 案例1：转向传动杆系结构优化
结构优 化设计
通过系统结构设计优化，将转向传动杆系设计为单拉杆形式，取消中间过 渡臂及支架，降重15Kg,降低成本250元/台
三、汽车轻量化设计的意义 1、汽车轻量化设计与整车性能之间关系
注：此统计数据来源于通用
小轿车统计
节能减排与整车自重息息相关，而且也影响整车其他性能。
2、车重与能耗之间的关系
决定油耗的因素：
空气阻力（对油耗的贡献约25%）与整本质量无关。而大约油耗的75%与汽车的整备质量有关（滚动阻 力对油耗的贡献约为35%，加速阻力和爬坡阻力对油耗的贡献值约为45%）
车重与燃油消耗 的关系
四、汽车轻量化设计原则及方法
1、自然界的轻量化
自然界中资源有限，必须做到材料节省，自 然界中常见的胞状结果，三明治结构及管结 构去除了承受载荷最小的部分，起到轻量化、 节约资源的作用。
除合适的结构外，轻 量化结构还要求尽可 能轻的基本组件。 木胞壁是一种天然的 纤维复合物，其密度 低及力学性能值较广， 易压弯。 通过层级堆积，使得 弯曲载荷及压力载荷 下的力学性能达到提 高
3、轻量化设计的步骤
新材料及新工艺使用
结构优化
去除冗余结构 减少用户不必要的功能
以整车重量为管控目标，制定 分解轻量化目标，基于成本及 工艺考虑，采用轻量化设计四 部曲的方法，对整车材料选择， 结构优化及工艺实施进行全方 位的考虑实施。
4、轻量化设计方法
面积和厚度减少
通过CAE分析，优化设计，减少多余的 面积和厚度是取得轻量化设计的主要手 段。
3、建立轻量化设计小组，平时进行轻量化设计技术研究，车型开发中统筹整 车轻量化开发。
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案例4：采用新技术新结构（橡胶悬架使用）
牵引车上采用橡胶悬架相对于板簧悬架可减重约300Kg，成本相对 增加约3000元/台
案例5：取消功能轻量化设计（VT取消二桥减震器及支架）
通过取消二桥减震器及支架，减重约20Kg，成本降低为150元/台
六、个人建议
1、设计人员必须培养起轻量化设计的理念，轻量化设计不仅仅是减少重量 更重要的是设计的最优化，更合理化，也是实现设计经济效益最大化。每 一个细节都需要在设计中不断的苛求，才能做到设计最合理化，最优化。
细节决定成败，在整车中， 一些很不起眼的细节对轻量 化及成本的贡献也是不可忽 视，比如线束布置，管路布 置，布置中必须合理，多余 的管路折弯，多余的线束长 度都应该被优化。
2、整车开发需确定轻量化目标，作为设计的一个输入。各个系统进行系统目 标分解。轻量化设计的过程中必须建立量化目标，尽量在成本不增加的情况 下实现轻量化优化。在设计中在平台战略上通过材料的选择及结构的优化结 合，合理地在成本及重量上需找到平衡点。
浅谈轻量化设计
底盘所转向室 王丽永
2013.9.10
目录
一、汽车发展趋势 二、汽车整车节能技术 三、汽车轻量化设计的意义 四、汽车轻量化设计原则及方法 五、商用车底盘系统轻量化设计案例 六、个人建议
一、汽车发展趋势
20世纪70年代两 次石油危机促成发 展节能汽车。美国 国会1975年通过能 源政策和保护议案， 要求汽车制造商生 产和销售符合燃油 经济性指标的车辆。
为应对全球变暖， 1997年京都议定书， 限制CO2 排放，对 汽车排放环保提出 更高要求。
科技以人为本， 汽车安全性，可靠 性一直是汽车发展 永恒的主题。
安全性、燃油经 济性、排放、噪音、 回收方面的法规要 求。
降为了达到节能减排的目标，需要运用多种节能技术，其中轻量化设计是在工程 实际中最为容易实现的。通过轻量化技术的运用实现经济效益的最大化。