汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计

胡伟

摘要：目前，随着我国社会不断进步与发展，我国的汽车拥有量呈现出明显的上升趋势。目前，很多汽车生产厂商，在一定程度上都在为满足人们的日常生活需求与带来更好的驾驶体验而努力。因此，在随着人们对汽车设计要求不断提高的同时，企业的变速器质量与性能的可靠性备受瞩目，成为诸多汽车设计与制造厂商需要重点关注的内容之一。汽车的机械式变速器是目前得到诸多好评的变速器，其有着寿命长、稳定性高等优点，是诸多汽车上配备的标准变速器。但是，为了促进汽车行业更好的进步与发展，在机械式变速器变速传动机构的可靠性方面进行优化设计，更能够提高汽车的变速器使用性能，进而提高汽车的使用性能。所以，本次主要针对其可靠性进行分析与探究。

关键词：机械式变速器；变速传动机构；可靠性优化

汽车的性能优化，在一定程度上离不开汽车的变速器优化，汽车在发展的历史进程中，特别是汽车的主要动力以内燃机为主之后，变速器对于汽车的重要性越发明显，其是确保汽车能够正常使用的关键组成部分，不可缺少。在实际应用的过程中，变速器能够改变汽车的传动比，能够确保发动机在最有利的范围内为汽车的行驶提供动力，是优化汽车行驶的关键元器件。本文研究的变速器，之所以能够沿用至今，这与其高效率、高性能、长使用寿命和更强的稳定性有着直接的关系，得到诸多汽车制造厂商与驾驶人员的认可。但是，在汽车行业的发展中，如何提高机械式变速器在传动性能与减小变速器的体积成为主要的研究内容，是未来汽车主要研究领域之一。

1汽车机械式变速器传动结构的可靠性分析

针对汽车机械式变速器传动结构的可靠性分析，在一定程度上需要结合数学建模的方式进行综合研究与探究，其中主要包括了对各个零部件的尺寸、荷载以及制造材料等数据的研究，通过数学建模的方式能够极大程度地提高变速器的设计精准度，是确保变速器设计合理的关键。因此，下文主要结合数学建模方式对其传动结构的可靠性展开研究。

1.1机械式变速器传动机构可靠度分配

首先需要做的就是对其可靠度进行分配，并通过结合约束条件分析的方式对其可靠度进行建模分析。第一，对传动机构的可靠度进行分配需要涉及到结构的建造复杂程度、技术水平、制造费用和工作环境等一系列因素。在实际进行可靠度分配的过程中，将上述诸多内容综合考虑进去更能够得到准确的数据。第二，在完成上述综合的内容分析后，需要将传动机构的可靠度具体分配给组成传动机构的诸多元器件。其中包括变速齿轮、花键、变速器轴、变速器轴承等。最后，结合诸多元器件对传动机构进行数学建模。所建模型为：变速齿轮可靠度=齿轮弯曲疲劳强度*齿轮接触疲劳强度*花键疲劳强度*变速器轴疲劳强度*变速器轴刚度。

1.2机械式变速器齿轮系多目标可靠性优化设计分析

在针对机械式变速器齿轮系的多目标可靠性研究与分析中，同样需要借助数学建模的方式展开研究与分析。在研究的过程中，需要正确选择设计的变量，并且使约束条件得到满足的前提下进行目标函数的最优值计算。在进行深入研究与分析的过程中，科学的数学建模与变量计算是不可缺少的重要环节，以确保数学建模数据能够为变速器的可靠性优化提供指导建议。

1.2.1目标函数建立

在目标函数建立中，首先需要确保变速器能够满足汽车的动力要求与可靠性要求，并且在此基础上才能够进行目标函数的计算。目标函数确立时，必须要确定的内容就是变速器的体积与其传动合度。在实际建模中函数目标设置为传动合度（最大）变速器体积（最小）在建立函数的过程中之所以为了固定传动合度最大化，是由于传动合度会影响到传动效果，传动合度最大，变速器发出的噪声越不明显。另外，将变速器的体积设定为最小主要是出于生产角度考虑。

1.2.2设计变量的选取

机械式变速器在进行可靠性优化分析的过程中，有很多变量可以选取，其中，变速比、齿数、齿轮模数、螺旋角等。在进行实际计算的过程中，需要结合上述目标函数建立情况进行变量的计算与设计。

1.2.3约束条件的确定

在本次研究中，主要以三轴死档机械式变速器为研究对象。因此，在约束条件确定的过程中，主要有六个方面。分别是变速齿轮的可靠性约束条件、变速器最大传动比约束条件、变速器各档传动比比值约束条件、变速器中心距离约束条件、中间轴轴向力平衡约束条件、边界约束条件。在进行数学建模的过程中，需要重点结合上述六个约束条件进行数学建模。

2机械式在变速器传动机构可靠性优化设计

在进行变速器传动结构的可靠性进行优化设计的过程中，需要使其能够为核心的传动部件和定位安装提供一定的帮助，进而确保其整体性和流畅性得到一定的保障。在进行优化设计的过程中，结合上述建模分析内容可以得知，主要的优化目标为轴的刚度和硬度。轴的刚度和硬度是确保变速器其传动性能不下降的前提下能够进行可靠性优化。在进行轴的优化设计中，需要结合轴的材料与重量进行优化设计，只有优化轴的设计，才能够给其他零件的优化设计提供更大的范围。由于变速器轴的直径变小，会导致其同步器被同步一边的转动惯量下降，通过这一优化方式，能够尽可能提高同步的能力，并且可以有效提高汽车换挡操作的稳定性。

除了上述的轴的优化设计以外，针对变速器内的连接结构可靠性设计同样十分重要。对于汽车而言，连接系统是连接汽车传动系统与变速器的主要核心桥梁，在以往的变速器优化设计中往往忽略该部分内容。在实际优化的过程中，工作人员需要重点对连接部分的可靠性进行优化设计，特别是连接零件的可靠性更是优化的重点内容。例如，连接铆钉、螺栓或者是键的固定等，都是进行优化的主要内容。通过对连接系统及内部的细节零件进行优化的方式，能够有效提高汽车机械式变速器传动机构的可靠性，降低变速器出现失效的风险。

总结

汽车在高速行驶的状态下，变速器的稳定性直接决定了汽车驾驶的安全性。本文主要针对机械式变速器传动机构的可靠性优化进行了分析，并结合数学建模的方式进行优化设计，希望能够给汽车的机械式变速器传动机构可靠性提高提供一定的帮助，进而改善当前汽车变速器的可靠性。

参考文献：

[1]杨铸. 探析汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J]. 时代汽车, 2020(12):2.

[2]张竞文. 汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J]. 汽车世界, 2020(17):1.

[3]魏健东. 汽车机械式变速器的可靠性优化设计探究[J]. 湖北农机化, 2019(2):1.

作者信息:胡伟，男（1992.10.01—），汉族，贵州龙里人，大学本科，助理工程师

研究方向：机械设计制造及其自动化