本田如何抛弃传统思维来设计一个更轻的曲轴

• 曲轴是用于道路车辆的内燃机运行的组成部分。
• 交通运输占全球二氧化碳排放量的24%。
• 通过降低曲轴的重量，本田的目标是提高燃油效率，减少汽车的碳排放。

在减少温室气体排放的全民战斗中，设计在提高汽车燃油效率方面发挥着至关重要的作用。国际能源机构表示24%全球二氧化碳排放量的一半来自交通运输，包括公路、铁路、航空和海运。道路车辆是最大的罪魁祸首。欧盟报告称30%其二氧化碳排放量的一半来自交通运输，其中72%来自公路运输。为了提高燃油效率和减少汽车的碳排放，降低汽车零部件的重量被证明是非常有效的。

在日本，本田有几个正在进行的项目来减轻其部件的重量，从车身框架和发动机到螺栓。为了实现简化设计，必须仔细检查每个部分的结构和使用的材料。最新的目标是本田研发汽车制造商的研发部门是曲轴。

曲轴做什么?

曲轴是发动机最重要的功能部件之一。它将活塞的振荡转化为旋转力。这种循环运动为运输所需的内燃机提供动力。要做到这一点，它必须非常坚固和耐用。

本田研发高级技术实验室机械和流体机械设计师Hirosumi Todaka表示:“曲轴需要满足多种功能标准。”“例如，它的形状必须能够承受燃烧压力，并且必须保持旋转平衡。这些因素决定了曲轴的形式，直到今天。在发动机发展的漫长历史中，曲轴设计已成定局。尽管如此，我们还是设定了一个具有挑战性的目标，即设计比现有车型轻30%的曲轴。”

用生成式设计改变设计规范

本田的研发部门自成立以来一直在密切研究增材制造。同时寻找设计技术等拓扑优化，它发现生成设计(生成多个设计并进行迭代)，并意识到它可以极大地改变传统的设计规范。

生成式设计已经帮助该行业重新设计组件，例如安全带支架，发动机控制单元,摩托车帧；每个病例都有显著的体重减轻。Todaka说:“需要一种新的方法，使用生成设计和增材制造等方法。”“我们必须抛弃先入为主的观念，从新的角度看待事物。”

本田研发部门与autodesk合作，开展了首个此类项目，专注于培养灵活的方法。本田研发中心负责设计生产工艺和新材料研究的Hisao Uozumi表示:“对于我们的设计来说，摒弃偏见，只考虑零件的基本功能，这一点至关重要。”“为了建立这种方法的基础，我们一起举办了一个批判性思维研讨会。”

建设一个更好的曲轴

欧特克准备了第一批模型，满足本田的要求，部分使用Netfabb而且融合360年．Todaka说:“我们分享了本田的专业知识，以提供重量和各种操作限制的数据，然后在模型成型时与欧特克团队详细讨论了每个点。”

在研究两轮和四轮汽车发动机部件时，Todaka依靠自己过去的经验提出了设计方案，然后进行分析和改进。当他第一次看到这个结果时，他惊呆了。“这部分有一个有机的形状，就像人的骨头，”他说。“这超出了我最疯狂的想象。”

本田研发项目团队成员前往伦敦，在那里他们接受了生成设计培训;参观了欧特克技术中心在英国伯明翰;讨论了设计之外的话题，比如增材制造。在工厂里，Todaka说:“原型可以很快从设计中制造出来。我觉得这是一个理想的环境，反馈可以迅速应用到你的工作中。”

来自原型车的数据使本田重新考虑其布局和强度标准，从而为零件制定了一套新的边界条件。该团队继续工作，并设计了第二批模型。Uozumi说:“欧特克团队的很多成员都有不同的背景，包括航空航天。“他们可以看到我们的设计走向，我们在相对较短的时间内就形成了我们的想法。”

传统的拓扑优化只能提供一种解决方案，并且需要耗时的人工修正。融合360的生成式设计提供了Todaka所说的“一种我作为设计师从未考虑过的配置”。新的曲轴设计超出了目标，令人惊讶地减轻了50%的重量，但人们仍然怀疑该部件的刚性和强度是否能与典型的曲轴相比。

团队成员将原型安装在引擎上进行性能测试，并获得了大量数据。他们与欧特克团队分享了结果，欧特克团队正在使用本田的数据来改进其生成设计流程。Todaka表示:“将生成式设计应用于曲轴等旋转部件，对于本田和欧特克来说都是非常宝贵的经验。

事实证明，将制造融入设计过程是无价的。Todaka说:“它为我们提供了可以考虑设计限制的模型，例如使用增材制造、基于模具的制造或5轴加工引入的限制。”

对于本田来说，这个项目揭示了增材制造的可能性。Todaka说:“虽然有些人仍然对这种新形态持保留态度，但它给这项技术带来的关注是值得的。”“虽然仍有很多事情可以做来减轻部分，但我们现在可以看到实现目标的前进道路。在未来，我预计使用生成设计创造的创新产品将成为常态。beplay官网客服电话我认为，作为我们工作的一部分，我们有责任研究这项技术的进一步应用。”

这篇文章已经更新。它最初发表于2020年3月。