汽車機械式變速器現代設計方法應用研究

張正旭

摘 要：隨著社會經濟的迅速發展，我國的汽車行業正在不斷進步，已經開始運用現代化的方法進行設計，呈現出了一片大好的發展趨勢。變速器作為汽車的重要組成部分，能夠直接對汽車的正常行駛和性能產生較大的影響。在當前時代背景下，社會人民群眾的生活水平得到了大幅提升，汽車已經大范圍普及到人們的生活之中，社會人民群眾也因此對汽車提出了更高的要求。所以，為使社會人民群眾的需求得到滿足，就需要在提高汽車性能和質量的情況下，運用現代設計方法設計出質量高、性能強的變速器，并應用到汽車之中，以此來推動汽車行業良好的發展腳步。本文將針對汽車機械式變速器現代設計方法應用進行了研究和分析，闡述出對汽車機械式變速器齒輪和檔位的優化設計，希望能為汽車的設計工作提供一定的幫助。

關鍵詞：汽車機械式變速器 現代設計方法 應用研究

Research on the Application of Modern Design Method of Automobile Mechanical Transmission

Zhang Zhengxu

Abstract：With the rapid development of social economy， China's automobile industry is making continuous progress， and it has begun to use modern methods for design， showing a great development trend. As an important part of the car， the transmission can directly have a greater impact on the normal driving and performance of the car. In the context of the current era， the living standards of the people have been greatly improved， and automobiles have been widely used in people's lives. Therefore， the people in the society have put forward higher requirements for automobiles. In order to meet the needs of the social masses， it is necessary to use modern design methods to design high-quality and high-performance transmissions and apply them to automobiles in order to improve the performance and quality of automobiles. This paper will research and analyze the application of modern design methods of automobile mechanical transmission， and expound the optimal design of the gear and gear of automobile mechanical transmission， hoping to provide some help for the design of automobiles.

Key words：automotive mechanical transmission， modern design method， applied research

1 引言

在社會發展下的今天，各種新型技術橫空出世，有效促進了社會的經濟發展建設。在汽車的構件之中，變速器非常重要，需要對變速器的性能和質量進行充分保證，確保變速器能夠與我國的規定標準相符。在設計變速器的過程中，應當對其成本進行有效控制，使變速器的質量得到進一步提高，充分發揮出變速器的作用和價值。在進行變速器的設計時，需要對變速器的材料、體積和重量加以重視，選用較為輕便的材料，以此來縮小變速器的體積，減輕變速器的重量。除此之外，由于變速器比較復雜，具有較高的設計難度，所以，在對其進行設計時，應當選用專業水平較高、設計經驗豐富的設計人員進行設計，確保變速器能夠符合相關的規定標準。不僅如此，還需要對變速器的設計進行不斷的完善，使變速器的精準程度得到進一步提高，從而對變速器的良好性能進行充分保證。

2 汽車機械式變速器的基本狀況和設計特點

2.1 汽車機械式變速器的基本狀況

在當前時代背景下，自動變速器技術在我國汽車行業中得到了廣泛應用，在汽車制造生產過程中的應用已經達到70%，該技術主要是將行星齒輪組和結合液力變速器，從而實現自動變速。但因該技術存在許多問題，比如，零部件過多、維修、保養不便以及無法連續傳動等，所以，我國汽車行業針對變速器技術進行了不斷的探索，發現CVT變速技術能夠運用可變從直徑、傳動帶配合主動輪的方式進行動力傳輸，使傳動比得到了有效改善，如此一來，變速器就可以有效配合發動機，呈現出較好的工作狀態，進一步提高了汽車的性能。通過調查顯示，當前汽車行業主要采用兩種變速器，分別是AT變速器和CVT變速器，兩種變速器的各個方面完全不同，AT變速器又被稱為自動變速器，主要是運用行星齒輪進行變速，能夠根據車速的變化和油門踏板的程度進行自動變速，而車輛駕駛人員只要控制加速踏板對車速進行控制。AT變速器主要由三個部分構成，分別是液力變矩器、行星齒輪以及液壓操縱系統，運用液力傳遞與齒輪組合來實現變速變矩。CVT變速器又被稱為無級變速器，與有級變速器的不同在于CVT變速器并沒有明確的檔位，與自動變速器在操作上有些類似，但因其速比的變化與自動變速器的跳檔過程不同，而是連續的，所以，搭載CVT變速器的汽車動力傳輸持續且順暢。通過觀察發現，CVT變速器的結構相比傳統變速器更加簡單，體積也相對更小，并沒有手動變速器的齒輪副，也沒有自動變速器的行星齒輪組，主要是靠主動輪、從動輪和及金屬來實現速比的無極變化。從實際情況看來，機械式變速器的發展前景相對較好，運用現代設計方法能夠讓機械式變速器達到最佳的狀態，汽車的性能也能夠得到進一步提高，從而為社會人民群眾的出行安全進行充分保證[1]。

2.2 汽車機械式變速器的設計特點

通過調查顯示，汽車機械式變速器的設計特點主要有以下三點。第一，機械式變速器應具有較強的動力。對于卡車來講，機械式變速器非常重要，在承受高壓和重力的情況之下，機械式變速器就需要配合發動機，使車輛能夠產生較大的牽引力。第二，機械式變速器應具有經濟性和協調性。從實際情況看來，我國多數的機動車駕駛員培訓學校之中，教練車輛大多都是機械式變速器，能夠讓機動車駕駛員具有扎實的基礎，而且機械式變速器的教練車輛安全性相對較高，能夠有效培養駕駛員的駕駛技術。除此之外，我國許多駕齡較長的司機對于機械式變速器也是非常喜愛，在駕駛搭載機械式變速器的車輛時，能夠感受到最純粹的駕駛樂趣。第三，對于我國多數社會人民群眾來講，機械式變速器的汽車性價比最高，不僅具備較高的穩定性和安全性，而且燃油消耗較低，具有較好的經濟性[2]。

3 變速器齒輪的優化設計

齒輪作為變速器的主要組成部分，齒輪運轉能夠對變速器功能的發揮起到支撐作用，所以，變速器功能會受到齒輪質量的影響。在設計變速器的過程中，需要齒輪的設計加以重視，合理設置齒輪的齒數和壓力角，并運用合理的方式優化齒輪，使齒輪的承載能力得到進一步提升，以此來對變速器的正常運行進行充分保證。在當前時代背景下，需要采用現代化的設計方法分析機械式變速器在設計中存在的不足，然后制定出有效措施進行改善，對齒輪的多方因素進行充分考慮，從而保證機械式變速器齒輪各項參數的合理性[3]。

3.1 對齒輪模數及壓力角進行合理控制

從實際情況看來，齒輪厚度和齒輪的模數之間存在些許關聯，齒輪的厚度會隨著齒輪模數的增加或減少而進行變化，所以，在設計過程中需要合理的控制齒輪的模數，確保各個齒輪都具有匹配的模數，使齒輪能夠正常的投入使用，進而發揮出機械式變速器的功能。除此之外，為降低制作齒輪的難度，減少加工齒輪的成本，需要讓齒輪的模數統一，以免齒輪制作的難度和加工的成本進一步增加。不僅如此，在確定齒輪的模數時，需要進行仔細的計算，與齒輪材料和扭矩傳遞的大小進行結合后確定齒輪的模數，并結合相關標準對最小中心距進行計算。在選擇壓力角時，應當與漸開線的受力方向和運動方向進行結合后確定壓力角，壓力角大小通常和漸開線之上的點離基圓距離有著直接的關系[4]。

3.2 確保齒輪寬度和螺旋角能夠與標準相符

在進行齒輪的設計時，需要對齒輪的工作要求進行充分考慮，與此同時，還要最大程度對變速器體積和重量進行降低。除此之外，齒輪寬度應當適宜，如若齒輪寬度較小，那么就會直接降低齒輪的承載能力，致使齒輪不能對變速器的需求進行滿足，進而也就無法對齒輪傳動的穩定性進行保證。不僅如此，在設計齒輪螺旋角時，應當按照實際情況來對輪齒的傾斜度進行合理的控制，使斜齒輪能夠充分發揮出自身的作用和價值，齒輪的承載能力也能夠得到進一步的提高[5]。

3.3 控制齒輪的齒數和變位系數

在設計齒輪齒數的過程中，應當保證設計的科學性，如果齒輪的齒數過小，那么就會導致最小的齒輪不能達到跟切的效果，并且，主傳動平穩性的要求也無法得到滿足。為使齒輪使用年限得到進一步增加，需要對齒輪的變位系數進行控制，確保變速器的結構和強度能夠與規定要求相符[6]。

3.4 做好齒輪修正、驗證工作

為確保齒輪能夠與變速器的設計要求相符，需要對齒輪參數進行準確的設定。由于齒輪的性能和質量和變速器關系緊密，就需要科學的進行齒輪的設計，以此來保證變速器性能能夠符合規定標準。為對齒輪性能進行保證，需要對齒輪進行修正，確保齒輪能夠符合多方要求，使齒輪能夠呈現出最佳的使用狀態。相關人員在設計齒輪時，需要根據相關規定進行仔細的計算，確保軸向能夠和尺寸能夠保持相同，使齒輪噪音進一步下降，進而提高齒輪的性能[7]。

4 變速器檔位的優化設計

通過調查顯示，由于汽車的種類過于豐富，變速器種類也因此非常多樣，因汽車實際情況和使用途徑不同，對于變速器的要求也各不相同。為保證汽車具有安全性、穩定性、經濟性，需要優化當前的機械式變速器，并使用現代化的設計方法進行設計，以此來使汽車的各項要求得到滿足。機械式變速器檔位的優化設計主要體現在以下幾點。第一，對變速器檔數進行合理的控制。由于汽車性能和檔數有著直接的聯系，設計變速器檔數能夠使汽車的動力得到改善。合理增加變速器檔位，能夠進一步增加發動機提供較大功率的概率，汽車的加速能力和爬坡效果也能夠得到明顯提高，汽車性能也會因此得到改善。除此之外，還需要對燃油耗損進行降低，減少使用汽車的成本，提高汽車的綜合性能。但因增加檔數會導致變速器的內部結構具有較高的復雜性，而且駕駛汽車的換擋頻率也會增加，汽車的操作難度也就會進一步增加。所以，在設計變速器檔位時，需要對汽車的要求進行充分考慮，然后確定是否有無增加檔數的必要。第二，對變速器檔位的傳動比進行科學的計算。因汽車的使用環境、設定的發動機參數和傳動比有著直接的關系，所以，不同的車輛也會在傳動比上出現差異。通過調查顯示，普通轎車的傳動比通常在2至5，中小型貨車的傳動比通常在6至8，大型貨車的傳動比與之相比也會更大。所以，在設計過程總，需要考慮汽車的使用環境，科學的設計汽車的傳動比，以此來對變速器的性能進行充分保證[8]。

5 結束語

綜上所述，在當前時代背景下，各種新型技術橫空出世，許多現代化的設計方法被廣泛應用在汽車行業之中。在設計機械式變速器時，運用現代化的設計方法能夠使變速器的性能得到進一步提高，經過仔細計算之后，還可以在一定程度上減少變速器成本，充分體現出變速器的優勢，從而保證社會人民群眾的出行安全，推動汽車行業良好的發展。

參考文獻：

[1]王晨.汽車機械式變速器優化設計實現路徑初探[J].內燃機與配件，2021，02：7-8.

[2]李耀剛，劉暢，龍海洋，紀宏超，楊玨，張碩.汽車自動變速器研究現狀及發展趨勢[J].現代制造工程，2020，01：155-161.

[3]李淑廷，李英，許春平，鄭希江.汽車機械式變速器多目標可靠性設計分析[J].現代經濟信息，2019，18：363.

[4]曹剛.重型液力自動變速器液壓系統的研究及其印刷油路的布局設計[D].貴州大學，2019.

[5]郭俊.考慮齒面精度的電動汽車變速器齒輪動力學研究[D].合肥工業大學，2019.

[6]李曉峰.自動變速器電液控制模塊間隙敏感特性分析及抑制[D].湘潭大學，2019.

[7]任鑫.帶傳感器容錯功能的電驅動機械變速器換擋控制[D].清華大學，2018.

[8]鄭雪松.越野車用液力機械式自動變速器換擋過程最優控制算法研究[D].吉林大學，2018.