汽车机械式变速器变速传动机构设计分析

汽车机械式变速器变速传动机构设计分析

张天伟

徐州徐工汽车制造有限公司技术中心 江苏 徐州221100

摘要：随着人们生活水平的提高，对交通出行要求不断提高。汽车机械式变速器是机动车辆中使用最广泛的变速器之一，其主要作用是将发动机的动力通过变速传动机构传递到车轮上，以实现车速调节和动力输出控制。然而，由于汽车机械式变速器变速传动机构所受的工作负荷较大，而且在长期使用中易受到磨损、疲劳等因素的影响，因此其可靠性问题一直是汽车制造业面临的重要挑战之一。该文分析变速传动机构的结构和工作原理，探讨开展汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计的必要性，提出汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化策略，以更好地提升汽车机械式变速器变速传动机构的性能。

关键词：机械式变速器；可靠性优化；理论

引言

随着我国经济规模的不断扩展，汽车工业的发展日益壮大，人们对于汽车的稳定性及安全性要求也逐渐增长。汽车传动系统中的核心结构为变速器，该变速器可直接决定汽车的经济性、可靠性以及运行效率等。但是传统变速器在结构方面含有较高的复杂性，在对汽车机械式变速器进行轻量化设计过程中会降低汽车的可靠性。为了提高汽车的安全性能，并解决机械式变速器轻量化设计与汽车可靠性之间存在的矛盾，本研究建立多目标可靠性优化设计的数学模型并用来解决此问题。

1汽车机械式变速器设计特点

汽车传动系统是驱动汽车前进的重要系统，往往采用机械式传动，该种形式也是市面上最早出现的一种牵引传动方式。汽车机械式传动系统通常使用齿轮传动，故传动装置的齿数和传动比都是恒定的。汽车机械式变速器的可靠性优化设计因此设计者应根据其工作特点选择合理的变速器设计方案。首先，设计者要确保机械传动装置的高功率。比如设计货车的机械传动装置，既需要考虑车辆承受的高压力，也需要考虑车辆承受的最大重量，还要与车辆自身引擎装置相结合，以达到安全传动变速目的。其次，设计人员应为汽车设计出系统兼容、功能强大、结构清晰的机械传动系统。比如在驾校的培训项目中，配置的汽车传动系统全是机械式，这是因为人工换档不仅可以加深学员对车辆基础知识的学习，还能给学员们提供更多的安全及便利。再次，在家用汽车使用中，机械变速器汽车因其事故发生率低、经济性好、安全稳定等特点，是大多数家庭的不二选择，在当前市场上仍然占有较大份额。最后，要想更好地做好汽车机械式变速器的设计工作，需要做好设计人员的培养。一是需要派出专业人员去发达国家的汽车产业进行学习，参考其机械传动方式，以“提高传动效率”为问题导向，并结合自身车辆的实际工作情况对其进行科学合理的改进优化，逐步完善汽车变速器的生产工艺；二是每月组织各方就近期汽车机械式变速器的设计工作进行总结复盘，对设计过程中出现的问题进行分析讨论，找出不足，给出解决方案，并对下一步的工作指明发展方向。

2汽车机械式变速器变速传动机构设计分析

2.1轴承的选择

变速器轴承的主要作用是为变速器提供支撑作用,由于轴承属于易损件,因此在优化变速器结构时,工作人员对轴承的选择格外关注。目前,常见的变速器轴承为滚动轴承,具体可分为向心球轴承、滚针轴承等。在选择轴承时,要根据轴的位置选择适宜的轴承,例如第一轴使用向心球轴承,第二轴使用滚针轴承等。选择轴承的具体过程为:基于变速器内部布置情况,同时参考同类车型轴承类型,依据国家制定的轴承标准进行选择,在此基础上计算轴承使用寿命,制定轴承更换计划。

2.2质量控制与可靠性测试

汽车企业应建立严格的质量控制体系，对原材料采购、生产加工到成品出厂的每一个环节进行严格的检测和测试。特别是对于变速器中的每个零部件，必须保证其质量和性能符合标准要求，避免单个零部件的质量问题导致整个变速器出现故障。同时，为了更好地评估机械式变速器变速传动机构的可靠性和使用寿命，在生产过程中需要进行可靠性验证，模拟实际工况下的使用情况，通过数据分析和评估来发现潜在问题。这些测试可以帮助汽车企业发现产品存在的缺陷，及时采取措施进行改进和优化，在生产加工过程中不断提升产品质量和可靠性。

2.3汽车变速器结构可靠度分配

可靠性分配是指在保证汽车车辆整体状态可靠稳定的基础上，对汽车传动系统各部分进行科学分配。可靠性分配要注意设备的技术性能、工作重要性、运转周期及工作环境，统筹考虑成本、重量及外形尺寸的限制。在设计大纲和实现目标的前提下，考虑尝试多种可靠度分配的方式。常见的方法有比例分配法、再分配法、专家评分法等。本文只对比例分配法进行讲解，比例分配法是指在指定的比例下，对生产产品的不合格率进行分配。该方法使用比较简单，但未能详细考虑每个零件的重要性和成本投入，故只有在对产品全部零件的不合格程度充分了解时才能采用。倘若对某产品的可靠性实施了预测，结果显示其可靠性不能满足预期，则需要对其全部零件的可靠性指标展开新一轮的分配和计算，不断迭代，直到满足预期的目标为止。

在汽车的传动系统中，由于受到多种因素的综合影响，其组成部件的性能会慢慢恶化，直到损坏，最终发生故障。此外，各传动组件间的结构紧密，因此一旦一者发生故障，其余部件均会受到影响，导致系统不能正常工作。为了使研究问题得到有效简化，必须抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，传动系统的可靠性分配设定条件如下：

（1）全部部件的失效程度均保持恒定不变。

（2）全部部件的失效概率均保持恒定不变，换句话说，汽车零部件的寿命符合指数分布。在此前提下，可以选取上文所讲的可靠度分配方式，将全传动系统的可靠度均衡分配到每个部件的可靠度上，并按照传动设计理念，选取最佳全变速系统的可靠性参数。

2.4润滑与密封

对于机械式变速器来说，合理选择和应用润滑剂是保证其可靠性的必要条件之一。润滑剂可以有效地减少各个摩擦副间的磨损和摩擦损失，从而延长变速器的使用寿命。而为了确保润滑剂的充分润滑和冷却作用，需要特别关注不同部位的摩擦副所需的润滑油膜厚度、温度和流量等参数，以确保润滑剂在变速器各个部位均能发挥作用。此外，为了防止变速器内部受到外界灰尘、水分等的污染，必须采用有效的密封措施，保持润滑剂的纯净度和稳定性。只有在正确选择和应用润滑剂的同时，结合有效的密封措施，才能最大限度地保证机械式变速器的可靠性和使用寿命，同时降低维修难度和维护成本。

结语

本文从汽车机械式变速器设计特点入手，探究了汽车机械式变速器目前设计及运用存在的问题，最后，对汽车机械式变速器进行了优化设计，包括汽车机变速器结构可靠度分配、汽车变速器齿轮设计模型、建立汽车变速器设计模型、建立目标函数、传动系统动力输出轴可靠性设计等，多重保障汽车变速器的设计质量，提高其工作效率，推动汽车行业健康可持续发展。

参考文献

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