汽車變速系統(tǒng)的性能與力學(xué)分析

劉軍

【摘要】汽車作為現(xiàn)代科技發(fā)展的重要成果，在經(jīng)濟高速發(fā)展中已從以前的謀生工具向享受工具轉(zhuǎn)變，尤其小汽車，它已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡墓ぷ髋c生活的用品。生活水準(zhǔn)的提高，在一定程度上使得汽車消費人群對汽車性能有了更高的要求。變速系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，它的性能除了滿足轉(zhuǎn)動工作要求之外，還要滿足結(jié)構(gòu)特性要求。一般來說，好的結(jié)構(gòu)性能可以整體提高汽車的動力性能、安全性能和美觀性能。此外，變速系統(tǒng)良好經(jīng)濟性還能有效地助力企業(yè)拓展市場。

【關(guān)鍵詞】汽車變速系統(tǒng) 分析 維護

一、汽車變速系統(tǒng)性能分析基礎(chǔ)

（一）汽車變速系統(tǒng)的工作原理

內(nèi)燃機自發(fā)明以來，科研人員一直致力于改進其內(nèi)部構(gòu)造和它的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。經(jīng)過近1個多世紀(jì)的發(fā)展，內(nèi)燃機已經(jīng)成為各類車輛的主要動力。為汽車提供動力的都是活塞式內(nèi)燃機，它的特點是轉(zhuǎn)矩幅度較小，因此，為汽車提供動的內(nèi)燃機的體積不至于太大，同時，汽車行駛的路況相當(dāng)復(fù)雜，這也要求汽車的牽引力和行駛速度要空間幅度較大的范圍里變化；內(nèi)燃機的曲軸轉(zhuǎn)動方向始終是同一方向，而汽車不僅有前行，還有倒車。解決上述兩大問題的重任就落到了汽車的變速系統(tǒng)上。汽車傳動系統(tǒng)中的變速系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在以下四個方面：

首先是改變傳動比。這種功能設(shè)計是為了彌補內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩變化幅度小的缺陷，因為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩幅度小無法提供持續(xù)的、大的牽引力，行駛速度也會受到影響。而改變傳動比的好處在于它能在現(xiàn)有條件下保證汽車行駛所需的持續(xù)牽引力，從理論上來看，還能有效擴大牽引力，同時，汽車行駛的速度變化幅度可以擴大。

其次是在不改變汽車發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)方向的前提下，使汽車傳動能滿足倒車的動力要求。在需要斷開發(fā)動機與驅(qū)動輪間的動力傳遞時，采用空檔來實現(xiàn)。正由于設(shè)計了空檔，才能保證在臨時停靠和下坡滑行不至于損壞變速箱內(nèi)的內(nèi)部部件，達到延長汽車使用壽命的目的。

最后是變速系統(tǒng)還具備動力輸出的功能，這一功能能給汽車其他部件提供動力支持，比如卸車的液壓舉升裝置等。

（二）汽車變速系統(tǒng)性能分析內(nèi)容及分析平臺構(gòu)建

汽車工業(yè)隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和居民生活水平的不斷提高而快速發(fā)展起來，業(yè)內(nèi)競爭可謂白熱化，為了生存與發(fā)展，汽車制造商均在車型多樣化、動力轉(zhuǎn)動穩(wěn)定化和車內(nèi)設(shè)計個性化等方面比拼，其中汽車消費者最看重的是汽車變速系統(tǒng)設(shè)計，為了滿足消費者的需求，汽車變速系統(tǒng)性能設(shè)計就成了汽車設(shè)計的核心領(lǐng)域。汽車變速系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是改變發(fā)動力轉(zhuǎn)動到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩幅度、轉(zhuǎn)速和驅(qū)動方向的，這是力保在不同行車路況下汽車能持續(xù)獲得適合不同路況的動力要求，還能讓發(fā)動機工作處于最佳狀態(tài)。變速器的設(shè)計是否科學(xué)會直接影響汽車的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)。為了拓展市場，各大汽車制造商使出渾身解數(shù)，在變速系統(tǒng)設(shè)計上下功夫，以提高汽車的整體性能。一般來說，汽車變速系統(tǒng)應(yīng)滿足的性能主要有三個方面：一是能保證發(fā)動機正常工作。二是良好的構(gòu)造性能。三是良好的經(jīng)濟性能。物美價廉是占領(lǐng)市場出奇制勝的法寶，汽車市場也是如此，成本低決定了汽車售價能在消費群體接受的范圍之內(nèi)，有利于拓展市場空間。

二、汽車變速系統(tǒng)的力學(xué)分析

（一）汽車變速系統(tǒng)的靜力學(xué)分析

靜力學(xué)分析是有限元分析的較為重要的一種方法，一直被汽車工業(yè)工程設(shè)計廣泛應(yīng)用。汽車變速系統(tǒng)是由各類嵌入式齒輪和軸承構(gòu)成，要測變速系統(tǒng)性能就必須對構(gòu)成變速系統(tǒng)中齒輪和軸承進行靜力分析。靜力學(xué)分析的項目主要包括在沒有慣性和阻尼效應(yīng)載負下對變速系統(tǒng)中的部件位移、應(yīng)力和應(yīng)變力三項。靜力學(xué)分析一般要事先假定載荷和響應(yīng)一致，它們不會隨著時間的推移而有所變化，而在分析時，施加給汽車的載荷包括外部物體施加的壓力、汽車運行中的穩(wěn)態(tài)慣性力、位移載荷以及因摩擦產(chǎn)生的溫度載荷等。對上述性能的靜力學(xué)分析的意義在于這些分析數(shù)據(jù)能有效地衡量汽車在承載負荷的性能。

（二）汽車變速系統(tǒng)的動力學(xué)分析

汽車不是靜態(tài)的物品，它是作現(xiàn)代高效的交通工具而存在的，是貨物的搬運工。因此，汽車的變速系統(tǒng)的動力學(xué)分析更為重要。動力學(xué)分析通常是指汽車在慣性和阻尼效應(yīng)下，對各類構(gòu)造、構(gòu)件進行動力學(xué)性能檢測用來判定構(gòu)造設(shè)計是否科學(xué)和部件性能優(yōu)劣的工作。汽車變速系統(tǒng)是除發(fā)動機之外最為重要的部件，要保證其在汽車運行中正常工作，對其設(shè)計和部件性能進行動力學(xué)分析是必不可少的。實際調(diào)查表明：旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)損壞絕大多數(shù)情況是由共振引發(fā)的振動壓力導(dǎo)致的，加上旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時它所受的外界激振力又較為復(fù)雜，為了避免損傷，設(shè)計時就更有必要對關(guān)鍵部件進行完整的動力學(xué)設(shè)計與分析。

三、汽車變速系統(tǒng)性能分析評價

任何一種交通工具的整個生命周期都包括產(chǎn)品需求、產(chǎn)品界定、工藝設(shè)計與制造、裝配、使用、維修和回收七個階段。同理，作為汽車的核心部件的變速系統(tǒng)也經(jīng)歷上述七個階段，在前六個階段，性能評價對于汽車品質(zhì)提升意義非同一般。對汽車變速系統(tǒng)性能的評價是工程實際操作過程中以評價決策理論為指導(dǎo)來解決變速系統(tǒng)的性能評估問題的實踐活動。這項活動是產(chǎn)品監(jiān)督、產(chǎn)品安全性能、穩(wěn)定性能提升的重要保障，同時，它還能促進汽車生產(chǎn)率的提高。在變速系統(tǒng)設(shè)計階段，性能評價是確保產(chǎn)品性能最優(yōu)化前提，通過它能對設(shè)計理念、方法和效果進行全方位衡量。在設(shè)計實踐中，并行設(shè)計受很多不可控因素影響，加上變速系統(tǒng)的部件多變的特性，設(shè)計正確與否很難得到保證，而性能評價決策能確保設(shè)計朝著正確的方向推進，有利于全面及時根據(jù)變速系統(tǒng)的性能評價的反饋信息改進設(shè)計，使工藝設(shè)計與制造同步完成，避免耗工時和成本推升的現(xiàn)象發(fā)生，更為關(guān)鍵的是縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高設(shè)計的質(zhì)量。在汽車變速系統(tǒng)性能評價中會遇到不同問題，需要進行各類復(fù)雜的決策問題，因此，建構(gòu)一個適應(yīng)汽車變速系統(tǒng)研發(fā)不同周期的、不同層次的綜合評價的決策模型是相當(dāng)必要的。

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