汽車機(jī)械式變速器現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用研究

汪世偉

摘要：隨著汽車機(jī)械生產(chǎn)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的不斷完善，通過(guò)對(duì)機(jī)械式變速器功能需求進(jìn)行多元化、多角度設(shè)計(jì)，進(jìn)一步發(fā)揮汽車器械變速器的功能作用。從零件模型設(shè)計(jì)到各種參數(shù)以及尺寸計(jì)算等方面的設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化有限元分析各種模擬仿真實(shí)驗(yàn)構(gòu)建虛擬樣機(jī)，從而提升傳統(tǒng)變速器的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：汽車生產(chǎn);機(jī)械式;變速器;設(shè)計(jì)與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH1;TP3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）05-0014-02

1? 分析汽車機(jī)械式變速器功能設(shè)計(jì)特征及安全穩(wěn)定性分析

首先，結(jié)合汽車機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)整體理論上，有效增強(qiáng)變速器傳動(dòng)效率的結(jié)構(gòu)功能特性，從而實(shí)現(xiàn)變速器應(yīng)用機(jī)械傳動(dòng)效率高的工作效率。由于變速器在外界條件的磨損復(fù)雜環(huán)境下，易導(dǎo)致各個(gè)環(huán)節(jié)的零部件極易受損，應(yīng)及時(shí)更換變速器的離合器和換擋部件等，從而有效增強(qiáng)了駕駛員安全操作變速器的變速、換擋切換功能。分析汽車機(jī)械式變速器實(shí)現(xiàn)優(yōu)化換擋及傳動(dòng)軸與車橋半軸的操作控制目的。

其次，全面降低了發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行過(guò)程中能夠達(dá)到有效降低排氣污染，延長(zhǎng)了變速器的使用壽命，從而全面增強(qiáng)了變速器適應(yīng)外界的沖擊負(fù)荷保護(hù)功能，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的動(dòng)載荷效應(yīng)，有效改善了變速器過(guò)載或緩沖耦合器方面的安全保障性能，平穩(wěn)了汽車良好的平均車速功效，大大增強(qiáng)了汽車傳動(dòng)效率與變速器增強(qiáng)汽車行駛的優(yōu)化傳動(dòng)功率，有效保障了機(jī)械式變速器調(diào)速或檔位管理控制的平順性。

再次，深化分析了我國(guó)汽車行業(yè)高度重視汽車運(yùn)行的安全技術(shù)效能，有效保障了機(jī)械式變速器及調(diào)速設(shè)計(jì)方面的技術(shù)功能，結(jié)合機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)特點(diǎn)的功能，不斷提升傳動(dòng)功效作用效果，并設(shè)置倒車檔位，確保離合器操作齒輪比等部件的安全可靠性[1]，如圖1所示。

最后，通過(guò)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)建三維建模，設(shè)計(jì)制造一體化仿真和虛擬制造的樣機(jī)，本文主要以優(yōu)化設(shè)計(jì)工具箱進(jìn)行齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化目的為主，以六檔機(jī)械式汽車變速器為優(yōu)化設(shè)計(jì)模型[2]。借助互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，達(dá)到提升變速箱質(zhì)量有效目的。采用多元化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)有限元設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)技巧，通過(guò)優(yōu)化工具箱進(jìn)行齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，最終完善發(fā)動(dòng)機(jī)及整車數(shù)據(jù)達(dá)到優(yōu)化傳動(dòng)比、齒數(shù)、模數(shù)、齒寬等參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)達(dá)到整體改進(jìn)與優(yōu)化完善效果。

2? 優(yōu)化汽車機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)存在的不足

現(xiàn)階段發(fā)展機(jī)械式變速器優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，進(jìn)一步精確數(shù)字計(jì)算汽車結(jié)構(gòu)與零部件設(shè)計(jì)的安全性，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較齒輪的傳動(dòng)速度功能，細(xì)化分析存在著控制局限性方面的不足。

首先，傳統(tǒng)汽車機(jī)械零件支撐功能性易老化、變速器磨損導(dǎo)致汽車易出現(xiàn)故障，影響汽車的安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)保障。對(duì)比機(jī)械式變速器檔位數(shù)和齒輪數(shù)比的靈活性相對(duì)固定性，會(huì)導(dǎo)致變速器吃力，不能隨機(jī)應(yīng)變。

其次，控制汽車尾氣排放的環(huán)保性要求不夠完善。由于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)針對(duì)環(huán)保思想理念不夠強(qiáng)，導(dǎo)致變速器在環(huán)保性能方面的要求，未能達(dá)到及時(shí)換擋有效減少污染排放對(duì)駕駛員的影響，易導(dǎo)致燃燒的燃料沒(méi)有完全燃盡，導(dǎo)致排氣增加。因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要針對(duì)機(jī)械變速器安全性能的傳統(tǒng)能力以外，還要兼顧考慮對(duì)其轉(zhuǎn)換功能的環(huán)保防范措施，進(jìn)行高強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換技術(shù)方面的設(shè)計(jì)功能，從而促進(jìn)設(shè)計(jì)的可靠性增強(qiáng)配合發(fā)動(dòng)機(jī)完成車輛牽引的高壓作用。

再次，有效保證在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)械式變速器選擇采用實(shí)施經(jīng)濟(jì)適用型的材料性價(jià)比。促進(jìn)機(jī)械式變壓器的性能和質(zhì)量，產(chǎn)品達(dá)到適應(yīng)社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械式變速器一般情況下都應(yīng)用在高檔的小轎車上，如果將其機(jī)械式變速器安裝在中低檔小轎車上，會(huì)促進(jìn)中低檔汽車價(jià)格成本控制更加嚴(yán)格，易會(huì)造成該類車輛的機(jī)械式變速器出現(xiàn)價(jià)格抗造等優(yōu)勢(shì)，全面提升了機(jī)械式變速器的安全性能，減少了中低檔小汽車的誤操作概率。

3? 機(jī)械式汽車變速器齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與研究

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)整車配套設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)建模整車配套設(shè)計(jì)的制作過(guò)程中，通過(guò)分析建模和設(shè)計(jì)優(yōu)化功能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)用性軟件設(shè)計(jì)的最大功能。分析變速箱設(shè)計(jì)齒輪和軸的輔助設(shè)計(jì)理念，研究整車匹配各種速比分配及配齒計(jì)算的平衡自動(dòng)分配變位系數(shù)，有效提高各種齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)以及整體效果的輔助設(shè)計(jì)參數(shù)。依據(jù)S-N的曲線校對(duì)核對(duì)齒輪的強(qiáng)度，從而增強(qiáng)傳動(dòng)軸計(jì)算剛度和繞度各支點(diǎn)的支撐反力計(jì)算參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜計(jì)算簡(jiǎn)易化的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。

其次，依據(jù)不同類型的汽車，設(shè)計(jì)總檔數(shù)和一檔速比的檔位數(shù)參數(shù)。基于不同工況下，有效改變發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速與扭距，從而有利于確保汽車達(dá)到高性能的動(dòng)力以及經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，從而選擇合理化的配置變速器檔位以及各種檔速比。在確定一檔傳動(dòng)比的過(guò)程中，兼顧考慮汽車的最大爬坡度以及驅(qū)動(dòng)輪與地面的附著力，是否達(dá)到主動(dòng)傳動(dòng)比狀態(tài)。而計(jì)算汽車最大爬坡度主要通過(guò)分析最大驅(qū)動(dòng)力能否克服路面與輪胎之間的滾動(dòng)阻力以及上坡阻力，可以設(shè)置在汽車上坡行駛過(guò)程中設(shè)定車速不高，可以忽略空氣阻力，利用公式：

（1）

再次，求解最大的驅(qū)動(dòng)力Fkmax、滾動(dòng)主力Ff上破阻力Fimax，求得相對(duì)汽車傳動(dòng)技術(shù)總效率η，主要通過(guò)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)最大的扭矩與Temax設(shè)置變速器的一檔轉(zhuǎn)動(dòng)比i1、主傳動(dòng)比i0，聯(lián)合汽車總質(zhì)量kg與重力加速度m/s2，計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)半徑m，得出滾動(dòng)阻力系數(shù)f，以及計(jì)算出道路最大的上坡度amax，最終得出公式：

（2）

3.2 優(yōu)化變速器傳動(dòng)效率試驗(yàn)臺(tái)架模型分析

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型實(shí)現(xiàn)了減輕變速器輕量化齒輪體積的可靠性，創(chuàng)設(shè)搭建基于Profibus—DP的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)，PLC設(shè)計(jì)S120工控狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)變頻控制器管控至Profi2從站的多功能數(shù)字高速采集通信節(jié)能效果，對(duì)比利用多功能的傳動(dòng)效率試驗(yàn)過(guò)程，拓展PCI—1711數(shù)據(jù)采集卡及臺(tái)架高速采集的節(jié)能控制拓展性能[3]，如圖2所示。

充分搭建整體臺(tái)架結(jié)構(gòu)，有效保障驅(qū)動(dòng)電機(jī)和負(fù)載電機(jī)達(dá)到自帶編碼器的設(shè)計(jì)功效，通過(guò)M1～M2實(shí)施試驗(yàn)，得出測(cè)試結(jié)果，顯示相關(guān)變速器通過(guò)輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速n1、n2，采用交流電機(jī)啟動(dòng)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入效果，通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳輸器傳感器實(shí)施測(cè)定相關(guān)變速器的輸入、輸出軸轉(zhuǎn)矩T1和T2，通過(guò)公式計(jì)算得出輸入和輸出軸的傳動(dòng)效率功率的比值，有效獲得精準(zhǔn)的變速器和匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)條件。總之，加載電機(jī)模擬大小結(jié)構(gòu)的兩組電機(jī)，分別實(shí)施電機(jī)控制設(shè)計(jì)變頻器的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩實(shí)驗(yàn)。有效采用回饋電封閉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)直流母線能量回饋促進(jìn)負(fù)載電機(jī)的發(fā)電容量，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立配置潤(rùn)滑油冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)測(cè)變速箱的實(shí)際油溫，有效保障自動(dòng)換擋實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制換擋，滿足自動(dòng)化試驗(yàn)工況的實(shí)際需求。

3.3 優(yōu)化變速器檔位的設(shè)計(jì)參數(shù)

首先，優(yōu)化設(shè)計(jì)變速器檔位，有效增強(qiáng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提速動(dòng)力和爬坡性能，有效降低汽車等數(shù)的增加，節(jié)約耗油成本。充分考慮到優(yōu)化設(shè)計(jì)檔位，發(fā)揮解決降低負(fù)面作用問(wèn)題，不斷提升檔位傳動(dòng)比的計(jì)算精準(zhǔn)比值。細(xì)化分析了不同車型進(jìn)行傳統(tǒng)與高檔轉(zhuǎn)動(dòng)比的傳送變速器比值差距，充分考慮汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用條件的參數(shù)，有效設(shè)計(jì)不同車型傳送比精準(zhǔn)計(jì)算的機(jī)械師變速器性能。結(jié)合兩個(gè)齒輪圓心距離設(shè)計(jì)機(jī)械式變速器的中心距，精準(zhǔn)計(jì)算其總體尺寸、質(zhì)量、體積所產(chǎn)生的重要影響意義。兼顧考慮設(shè)計(jì)不同齒輪的輪齒接觸面應(yīng)適宜中心距，中心距設(shè)計(jì)過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)導(dǎo)致齒輪影響壽命及安全難度，增加了齒輪的磨損。

其次，針對(duì)中心距設(shè)計(jì)剛度和強(qiáng)度、粗細(xì)適宜的中心軸，設(shè)計(jì)參數(shù)還需要結(jié)合承受的扭矩力相關(guān)參數(shù)的試驗(yàn)，驗(yàn)證得出結(jié)果。從而采用機(jī)械式變速器強(qiáng)化結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定發(fā)展的潛力優(yōu)勢(shì)。需要有效提升設(shè)計(jì)人員對(duì)相關(guān)重要參數(shù)，進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究與分析，得出驗(yàn)證分析的數(shù)據(jù)結(jié)果，從而有效保障我國(guó)設(shè)計(jì)汽車機(jī)械式變速器，達(dá)到國(guó)際、國(guó)內(nèi)先進(jìn)領(lǐng)先技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)。

再次，設(shè)計(jì)安全可靠性的機(jī)械式變速器齒輪復(fù)合模型。分析變速器相關(guān)函數(shù)模型的可靠性，搭建輕量化、可靠性的復(fù)合型模型建設(shè)條件。例如變速器內(nèi)齒輪出現(xiàn)故障，一定會(huì)導(dǎo)致整體變速器齒輪出現(xiàn)故障，因此需要準(zhǔn)確檢測(cè)全部齒輪的安全穩(wěn)定性。利用相應(yīng)符號(hào)正確檢測(cè)相關(guān)設(shè)備齒輪誤報(bào)、偵測(cè)概率衡量數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，從而掌握易出現(xiàn)故障診斷規(guī)則性能的計(jì)算方法，最終搭建齒輪故障模型設(shè)計(jì)可靠性的機(jī)械式變速器求解設(shè)計(jì)方法，以及設(shè)計(jì)求解變量的可靠性設(shè)計(jì)函數(shù)，不斷增強(qiáng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)函數(shù)的方程組，從而獲得實(shí)現(xiàn)輕量化、可靠性設(shè)計(jì)變速器展開(kāi)求解，獲得測(cè)試系統(tǒng)提升解決故障率計(jì)算，造成系統(tǒng)的可靠性和計(jì)算的可信性，全面深化提升機(jī)械式變速器優(yōu)化可靠性設(shè)計(jì)的廣泛實(shí)踐與應(yīng)用。

總之，為了增強(qiáng)各汽車企業(yè)穩(wěn)步打響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的戰(zhàn)略發(fā)展措施，因此需要不斷提升機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)功能體現(xiàn)的高科技質(zhì)量水平，同時(shí)還要對(duì)機(jī)械式變速器的性能傾向于人性化的高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)管理理念趨勢(shì)。促進(jìn)我國(guó)汽車作為主流發(fā)展道路的科學(xué)技術(shù)，不斷優(yōu)化科技性能保障汽車在行駛過(guò)程中的安全可靠性。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)促進(jìn)機(jī)械式變速器的發(fā)展趨勢(shì)，需要全面提升機(jī)械式變速器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的科技改良技術(shù)基礎(chǔ)，不斷探索增強(qiáng)變速齒輪和變速檔位及相互切換的汽車整體優(yōu)化功能質(zhì)量、技術(shù)水平，從而有效保障汽車整體質(zhì)量水平達(dá)到改進(jìn)人們出行安全保障的安全穩(wěn)定途徑，為我國(guó)汽車制造行業(yè)奠定社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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