汽車機(jī)械式變速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)綜述

周靜

【摘 ?要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車工業(yè)也迅速發(fā)展起來(lái)，由于各種各樣的因素，交通事故的發(fā)生率也越來(lái)越高。為了降低交通事故的發(fā)生率，可以從改善汽車性能這一方面進(jìn)行考慮。作為傳動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分之一，變速器可以改善汽車行駛的安全性和平穩(wěn)性，因此，為了提高汽車的行駛安全性，降低交通事故的發(fā)生率，變速器也必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文從傳統(tǒng)的汽車機(jī)械式變速器的可靠性方面對(duì)變速器提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。

Abstract：With the development of modern science and technology，the automobile industry has also developed rapidly.Due to various factors，the incidence rate of traffic accidents is getting higher and higher.In order to reduce the incidence of traffic accidents，the improvement of vehicle performance can be considered.As one of the main components of the transmission system，transmission can improve the car's safety and stability，therefore，in order to improve the driving safety of cars and reduce the incidence of traffic accidents，transmission must be also optimized design，this article put foward optimization design from the traditional mechanical transmission reliability.

【關(guān)鍵詞】機(jī)械式變速器;可靠性;優(yōu)化設(shè)計(jì)

Key words：mechanical transmission;reliability;optimization design

引言

隨著近年來(lái)交通事故越來(lái)越多，大眾對(duì)汽車的安全性也越來(lái)越關(guān)注。但是作為我國(guó)目前主要的交通工具之一，汽車給我們的生活帶來(lái)了很大的便利，因此必須要改進(jìn)汽車的性能以降低交通事故發(fā)生率。變速器在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中起著主要作用，能夠根據(jù)不同的行駛條件改變汽車的傳動(dòng)比，并使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利工況下工作，對(duì)汽車的行駛安全性有直接影響。但傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器仍存在很多問(wèn)題，如果不對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，汽車的安全性得不到保障且機(jī)械式變速器也會(huì)逐漸失去使用價(jià)值。

1 汽車機(jī)械式變速器概述及現(xiàn)狀分析

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的汽車使用內(nèi)燃機(jī)為汽車運(yùn)行提供動(dòng)力。但內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速變化較小，成本較高，因此與機(jī)械式變速器汽車相比，具有一定的劣勢(shì)。與眾多新型變速器相比，傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器的優(yōu)勢(shì)在于它的價(jià)格更低，但使用壽命和使用效率較高，駕駛員的駕駛體驗(yàn)感更好，且技術(shù)成熟，但是操縱復(fù)雜，操縱方便性差，不便于駕駛?cè)思皶r(shí)操作，且換擋沖擊大，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后可解決這一問(wèn)題。

傳統(tǒng)的變速器可分為有級(jí)式變速器、無(wú)級(jí)式變速器及綜合變速器，應(yīng)用最廣泛的是有級(jí)式變速器。有級(jí)式變速器使用齒輪傳動(dòng)技術(shù)提供汽車運(yùn)行需要的動(dòng)力;無(wú)級(jí)式變速器的傳動(dòng)比能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)變化，相比有級(jí)式變速器，具有更高的使用價(jià)值;綜合式變速器傳動(dòng)效率低，在使用上具有一定劣勢(shì)1。在這三種變速器中，無(wú)級(jí)式變速器提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，改善了汽車的加速與爬坡能力，另一方面，無(wú)級(jí)式變速器也增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性，降低了油耗。因此，無(wú)級(jí)式變速器可以有效改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，未來(lái)變速器的發(fā)展趨勢(shì)是無(wú)級(jí)式變速器。

2 汽車機(jī)械式變速器存在的問(wèn)題

隨著制造行業(yè)的迅速發(fā)展，以提高汽車的安全性能，減少交通事故的發(fā)生為目的，一般會(huì)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程中，主要是對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中的變速器進(jìn)行優(yōu)化。這樣能夠使變速器的性能得到提升，但有時(shí)其性能會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，還需要對(duì)機(jī)械式變速器的可靠性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的設(shè)計(jì)，確保汽車變速器性能的穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器體積較大，而且換擋沖擊大，這使汽車不容易做到輕量化。機(jī)械式變速器由于有齒輪組作支撐，每個(gè)檔位有固定的齒輪數(shù)量，因此缺少靈活性，在速度應(yīng)急上有一定的劣勢(shì)。其內(nèi)部是機(jī)械作支撐，機(jī)械壽命有限，需要定期檢查，否則會(huì)由于機(jī)械老化使汽車出現(xiàn)故障，產(chǎn)生安全性問(wèn)題。且傳統(tǒng)的機(jī)械式變速器汽車具有尾氣排放控制問(wèn)題，污染環(huán)境。這就是機(jī)械式變速器存在的問(wèn)題。

3 汽車機(jī)械式變速器可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1建立目標(biāo)函數(shù)

汽車機(jī)械式變速器的優(yōu)化方向是輕量化，但是做到輕量化的同時(shí)會(huì)降低可靠性，因此，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要同時(shí)考慮這兩方面的因素。機(jī)械式變速器的結(jié)構(gòu)中包含著很多齒輪結(jié)構(gòu)，用以改變換擋時(shí)的傳動(dòng)比，所以，對(duì)變速器的可靠性進(jìn)行優(yōu)化其實(shí)就是對(duì)齒輪進(jìn)行優(yōu)化，并且實(shí)現(xiàn)其輕量化設(shè)計(jì)，其輕量化設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是縮小變速器齒輪系統(tǒng)的體積2。目前所見(jiàn)的變速器優(yōu)化設(shè)計(jì)模型中，大多數(shù)目標(biāo)函數(shù)為縮小齒輪系統(tǒng)的體積。

3.2選取設(shè)計(jì)變量

有很多因素影響了機(jī)械式變速器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化過(guò)程，因此變速器的優(yōu)化過(guò)程中涉及很多參數(shù)，這是一個(gè)非常繁瑣的過(guò)程。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)及優(yōu)化的過(guò)程中只考慮影響較大的參數(shù)，并將其作為優(yōu)化過(guò)程中的設(shè)計(jì)變量。

3.3 確定約束條件

機(jī)械式變速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件主要有以下幾種。

3.3.1變速器最大傳動(dòng)比約束

汽車的最大爬坡度、附著率及汽車最低穩(wěn)定車速?zèng)Q定了傳動(dòng)系統(tǒng)的最大傳動(dòng)比。因此，這三個(gè)因素就是變速器最大傳動(dòng)比的約束條件。

3.3.2中心距約束

中心距對(duì)于機(jī)械式齒輪的性能存在較大影響，它決定變速器的體積大小，因此為了實(shí)現(xiàn)輕量化需要對(duì)其進(jìn)行約束3。

3.3.3重疊系數(shù)約束

要求齒輪傳動(dòng)的軸向重疊系數(shù)大于等于1以保證齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性。

3.3.4斜齒輪可靠性約束

斜齒輪由齒面接觸疲勞強(qiáng)度及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行可靠性約束。

3.3.5變速器使用性能約束

變速器的使用性能的主要影響因素是各檔傳動(dòng)比，比值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致?lián)Q擋困難。比值過(guò)小，會(huì)造成檔位數(shù)太多，使變速器結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜復(fù)雜。這就是變速器使用性能的約束條件。

3.3.6中間軸軸向力約束

斜齒輪由于螺旋角的存在，傳遞扭矩時(shí)，在齒輪軸上存在一定的軸向力。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使中間軸軸向力大致趨于平衡，又不應(yīng)使軸向力完全抵消4。

3.3.7邊界約束條件

機(jī)械式變速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的邊界約束條件包括模數(shù)約束、螺旋角約束、齒寬約束及中間軸1擋小齒輪齒數(shù)約束。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們的生活水平和經(jīng)濟(jì)能力的不斷提高，人們對(duì)汽車的經(jīng)濟(jì)承擔(dān)能力也越來(lái)越強(qiáng)，這就導(dǎo)致了汽車保有量的上升以及大眾對(duì)汽車各方面的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，汽車零部件的制造工藝的優(yōu)化過(guò)程也越來(lái)越完整，因此，汽車的生產(chǎn)制造質(zhì)量也越來(lái)越高，汽車的安全性也就可以得到保障。作為在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中其主要作用的部件之一，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高汽車的安全性。而可靠性影響著汽車整車質(zhì)量的穩(wěn)定性及整車性能，所以需要在變速器的可靠性方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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（作者單位：長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院）