汽车机械式变速器的可靠性优化设计研究

汽车机械式变速器的可靠性优化设计研究

王志伟 贺金豹 孟冉冉

河南德力新能源汽车有限公司 河南 安阳 455000

摘要：随着我国市场经济的不断发展，我国汽车制造业有了突飞猛进的发展。与此同时，人们对汽车的需求量越来越大，对汽车安全稳定性的要求越来越高，使得汽车制造企业不得不花费更多的精力在提升汽车的稳定性和操控效果上。汽车机械式变速器是保证汽车驾驶操控效果的重要组成部件，其质量直接影响了汽车的操控效果。随着科技技术水平的不断进步，传统汽车机械式变速器受到多种因素的冲击，导致不少客户的流失，所以为了帮助汽车机械式变变速器赢得更多消费者的青睐，必须不断优化传统变速器的可靠性设计，提高传统机械式变速器的应用价值。因此，文章结合汽车机械式变速器的设计特点，阐述了当前机械式变速器设计中存在的问题，最后提出了机械式变速器的可靠性优化设计方案，以期能够进一步推动相关从业者对机械式变速器可靠性优化的重视程度。

关键词：汽车机械式变速器；可靠性设计；优化

一、汽车机械式变速器设计特点分析

汽车机械式变速器是满足驾驶员操纵需求的重要变速方式，机械式变速器起到了协调发动机转数和汽车驾驶速度的作用，能够让汽车换挡传动的效果更佳平稳，而且还能够延长汽车的寿命。随着驾驶员对汽车操控感的需求不断提高，设计人员应当优化机械式变速器的可靠性设计，保证汽车在行驶过程中的安全性。由于汽车机械式变速器是通过齿轮的传动来实现的，其齿数和各个档位的变速比有在合理的数值上，这样才能实现汽车驾驶中换挡的平稳过渡。因此，设计人员应该明确机械式变速器的工作机理，在此基础上明确机械式变速器的设计特点，从而找出可靠的优化设计方案。（1）设计人员要保证机械式变速器具有极强的传动能力。机械式变速器的应用范围比较广，不仅可以使用在轿车上，很多大型的卡车也会使用机械式变速器，因此变速器可能会在较强的压力下进行工作。如果机械式变速器的传动能力不强，在高压和自重的作用下齿轮很难进行传动，那么就无法达到变速的目的。因此，机械式变速器的可靠性设计应该具备极强的传动能力，即使在高压作用下也可以配合发动机完成车辆的牵引。（2）设计人员要保证机械式变速器的经济实用型，如今消费者在购买产品时非常看重产品的性价比，希望能够在相同的价格中购买到性能、质量更好的产品，因此，许多产品都朝着经济适应性的目标发展。机械式变速器一般使用在一些高档的小轿车上，但也有用于一些中低档的汽车上，由于中低档汽车的价格偏低，生产成本也会控制的更加严格，如驾校用车一般都是采用机械式变速器，这种类型的车辆要求比较抗造，价格要求较低。当然，也有一些家庭汽车也会使用机械式变速器，因为机械式变速器的性格比比较合理，误操作的概率比较低，安全稳定性也有保障。

二、汽车机械式变速器设计存在的问题

随着科学技术的不断发展，机械式变速器的设计人员通过现代化的设计方法，利用计算机建立出机械式变速器的设计模型，通过精确的数字计算可以得出较为优越的功能设计方案，在一定程度上解决了汽车的结构优化和零部件的优化。但是使用现代设计方法所得到的机械式变速器的功能得到了优化，但是在稳定性和可靠性方面并没有实质性的提高，还需要设计人员进一步展开研究。

机械式变速器相对比较传统，是利用齿轮的传动来实现速度的有效控制，因此在一定程度上机械式变速器具有一定的局限性，具体主要体现在三个方面：（1）机械零件容易老化。汽车机械式变速器是利用机械零件做支撑的，这些机械零件的老化和磨损是不可避免的，一旦变速器的机械零件出现老化就可能会导致汽车出现故障，使得汽车的安全性无法得到保障，因此在汽车机械式变速器的优化设计中这个问题是一定要考虑的。（2）机械式变速器的灵活性较低。由于机械式变速器具有相对固定的档位数和齿轮数比，一个档位会对应一个齿轮数，这就造就了机械式变速器的固定性，使得变速器对应急速度会变得有些吃力，不能随机应变。（3）机械式变速器不能很好的控制汽车尾气的排放。如今人们的环保理念不断增强，对于变速器的环保性也有一定的要求，但是由于机械式变速器的换挡时机受到驾驶员的影响，使得燃料的燃烧不够充分，排放的尾气更多。因此，在汽车机械式变速器的优化设计中，设计人员应该主要从上述几点入手，提高汽车机械式变速器的可靠性。

三、汽车机械式变速器的可靠性优化设计

（一）建立变速器设计模型

汽车机械式变速器的可靠性优化设计应该从机械式变速器最基本的构成零部件开始，也就是齿轮。要想汽车机械式变速器具有很好的性能，首先就应该保证齿轮的质量，齿轮的做工将直接影响到机械式变速器的作用效果。虽然齿轮只是变速器中的一个小部件，但是其发挥的作用是非常重要的，因此，设计人员要从齿轮的设计、选材、配比计算等方面入手，各个环节都应该做到位，稍有差池就可能会断送机械式变速器的性能。在齿轮的组装过程中，设计人员也要做好齿轮体积、面积的计算，保证齿轮安装在合理的位置上。汽车机械式变速器中齿轮的传动变化和换挡变速均受到了变速器齿轮系统体积的影响，因此，在建立变速器设计模型时，设计人员要将变速器的齿轮体积之和最小作为设计的目标函数。在实际的设计过程中，当设计人员完成了前进挡的齿轮设计之后，就应该按照倒挡的传动比计算出倒挡齿轮的传动参数，确定倒挡的齿轮设计。

（二）变速器齿轮设计模型

在汽车机械式变速器的优化设计中仅仅从齿轮的体积方面来控制是相对有限的，设计人员在完成齿轮的组装之后，还应该加强对变速器齿轮的检测，从而确保实现汽车机械式变速器的可靠性。首先，设计人员应该在各个变速器齿轮中安装监测装置，让设计人员能够实时了解到每个齿轮的运动情况。其次，在变速器的设计模型建立之后，设计人员应该将每个齿轮出现的故障作为A，没有故障出现作为B，这样就可以将齿轮的可靠性设计变成向量的数学模型。对于齿轮的监测并不是一遍就可以的，而是需要反复的监测，将监测结果全部记录下来，最红确定设计的约束条件和设计变量，最终计算出汽车机械变速器设计的最优解。当然，机械式变速器的可靠性设计并不是单变量的目标函数就可以实现的，而是需要建立一个多目标的方程组，然后在多变量方程组的求解中，将方程组变成单变量的优化函数，从而找出优化汽车机械式变速器的设计方案。

（三）多目标优化法

由于汽车机械式变速器的运用状态受到多种因素的影响，因此在建立优化设计模型时通常会涉及到多个变量，多个目标函数。如此，设计人员在进行汽车机械式变速器的优化中需要进行层层筛选，通过一个又一个的要求来不断提高机械式变速器的可靠性。在不同的筛选阶段中，有一些机械式变速器就会因为各种各样的原因被淘汰掉，最终留下来的机械式变速器就是在各种要求下依然表现的非常突出的产品，这样的机械式变速器的质量是最可靠的，竞争力也是最强的。

四、结语

虽然机械式变速器是汽车变速器类型中比较老旧的一种，但是机械式变速器在当前社会中仍然具有巨大的应用市场，为了在激烈的竞争市场中能够站稳脚跟，设计人员应该不断优化机械式变速器的性能，借助日新月异的高新技术，让机械式变速器走向高要求、高标准的发展道路。如今，汽车作为主流的出行方式，在人们生活中起到了不可忽视的作用，人们对汽车的安全性和可靠性的要求也在日益加剧。虽然不少企业都意识到传统机械式变速器设计中存有问题，而且利用数字化的科学技术进行了功能优化，但是在实际应用中变速器的可靠性并没有得到明显的提升，因此，为了能够帮助机械式变速器占领市场，设计人员一定要加强机械式变速器的可靠性优化设计，这样才能提高机械式变速器的竞争力。

参考文献

[1] 郜振海,李丽艳.小轿车机械式变速器设计研究[J].河北农机,2019(1):84+86.

[2] 刘娟,卢彦峰.汽车机械式变速器可靠性设计与优化分析[J].自动化与仪器仪表,2018(1):84-86.