劉磊?柳運燦?皮原笛

摘要：目前中國汽車機(jī)械式變速器的設(shè)計應(yīng)用還存在一定的缺陷，對車輛的質(zhì)量造成了一定的影響。為了提高汽車機(jī)械式變速器的性能，使其能夠滿足安全形式的要求，文章對車輛機(jī)械式變速器的多目標(biāo)可靠性優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：車輛;機(jī)械式變速器;多目標(biāo);可靠性;優(yōu)化設(shè)計

人們生活水平的提高以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動了中國汽車行業(yè)的發(fā)展。目前在人們的日常生活當(dāng)中，汽車已經(jīng)成為了不可缺少的主要出行工具，人們對汽車的性能和使用安全等的要求也逐漸提高。而在汽車結(jié)構(gòu)當(dāng)中，變速器有著非常重要的作用，其對汽車的性能、行駛速度等有著直接的影響。因此，為了能夠保證汽車的性能，提高汽車的壽命和安全性，就必須要保證變速器的高質(zhì)量和高性能。

一、機(jī)械式變速器設(shè)計的特點研究

首先要保證設(shè)計的機(jī)械式變速器的動力能夠達(dá)到設(shè)計的目標(biāo)，滿足實際的需要。機(jī)械式變速器一般應(yīng)用于卡車和商業(yè)車當(dāng)中，所以應(yīng)對該類車的實際應(yīng)用情況進(jìn)行考慮，保證機(jī)械式變速器能夠與發(fā)動機(jī)相配合，為車提供足夠的牽引力，讓其承擔(dān)重力和高壓的能力得到增強(qiáng)。其次應(yīng)提高機(jī)械式變速器的協(xié)調(diào)性，目前駕校內(nèi)使用的教練車一般都是機(jī)械式變速器形式，其擁有較高的安全性，才能保證學(xué)車者在練車的過程中能夠?qū)囕v進(jìn)行有效的控制。最后機(jī)械式變速器汽車擁有較高的安全性、穩(wěn)定性和性價比，并且價格較低，比較實惠。

二、汽車機(jī)械式變速器優(yōu)化設(shè)計研究

對汽車機(jī)械式變速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計一般采用現(xiàn)代化先進(jìn)、科學(xué)的方法，以此提高汽車的性能，并有效針對汽車的零部件結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，與更加緊密的數(shù)字化計算相結(jié)合，進(jìn)一步提高汽車的安全性、穩(wěn)定性以及舒適性。

（一）優(yōu)化設(shè)計齒輪參數(shù)

1.確定齒輪參數(shù)

首先應(yīng)該確定中心距和初選模數(shù)，因為機(jī)械式變速器的自重會因為中心距增大而不斷增加，所以齒輪的強(qiáng)度會受到較大的模數(shù)影響，因此一般采用公式初選確定相應(yīng)的模數(shù)參數(shù)。其次應(yīng)該確定壓力角和齒輪的寬度，因為壓力角增大，會提高齒輪接觸和抗彎的強(qiáng)度，根據(jù)公式對其進(jìn)行計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)齒角過大時，會在一定程度上增加負(fù)載，從而將齒輪的承載力降低。最后應(yīng)該確定齒數(shù)，計算變位系數(shù)，通過利用螺旋角的斜齒輪可以加大齒輪的重合力度，不僅能夠降低產(chǎn)生的噪音，還能提高強(qiáng)度，然后再計算軸承上產(chǎn)生的軸向力，最終確定齒數(shù)，并分析齒輪實現(xiàn)的原因，采取有效的措施將其承載力進(jìn)一步提高。

2.計算齒輪尺寸及使用強(qiáng)度

因為齒輪參數(shù)量相對較多，所以必須完全依照實際的情況計算齒輪參數(shù)（比如變位系數(shù)、分度圓直徑、公法線長度等），保證計算的準(zhǔn)確率。

要想判斷機(jī)械式變速器的齒輪有效性，一般可以采用計算齒輪強(qiáng)度的方法進(jìn)行。當(dāng)齒輪出現(xiàn)故障和損壞的情況時，齒輪往往會出現(xiàn)折斷、膠合等現(xiàn)象，需要提高齒面的抗點蝕能力，才能保證齒輪能夠正常運行。應(yīng)用相應(yīng)的公式（兩個彈性圓柱體接觸面公式）可以知道，動力在傳遞的過程中，齒輪需要保持在懸臂的狀態(tài)，以便在提高齒輪可靠性的同時，最終實現(xiàn)輕量化的優(yōu)化設(shè)計工作，進(jìn)一步提升汽車機(jī)械式變速器的可靠性。

（二）分析機(jī)械式變速器設(shè)計的模型

由于現(xiàn)在輕量化設(shè)計是目前的主要設(shè)計方向，所以在實際的優(yōu)化設(shè)計過程中，經(jīng)常會采用輕量化設(shè)計，但是在一定程度上降低了汽車的可靠性，降低汽車出現(xiàn)故障的概率。為了將機(jī)械式變速器輕量化和可靠性設(shè)計之間存在的矛盾有效解決，在進(jìn)行設(shè)計時需要充分考慮并權(quán)衡兩者之間存在的關(guān)系，在換擋的過程中應(yīng)該對應(yīng)改變變速器的轉(zhuǎn)動比。在輕量化設(shè)計當(dāng)中，縮小變速器齒輪系統(tǒng)的體積是最重要的內(nèi)容，所以可以將齒輪系統(tǒng)中的齒輪體積之和作為目標(biāo)函數(shù)，將齒輪的寬度由bi表示，齒輪分度圓直徑由di表示，可以得到：

v=n4Σ101bid2iv=n4Σ110bidi2 （1）

因為齒輪的傳動采用的齒輪類型為漸開圓柱型齒輪，當(dāng)齒輪的分度圓模數(shù)與壓力角的狀態(tài)為咬合時，倒擋與一檔的齒輪之間會取相同的模數(shù)值以及螺旋角，倒擋傳動比會直接影響倒擋齒輪的體積，所以在對前進(jìn)擋位齒輪設(shè)計完成之后，可以依據(jù)倒擋轉(zhuǎn)動比計算獲得倒擋的其他參數(shù)情況。通過明確設(shè)計變量，從而完成構(gòu)建約束條件，求解目標(biāo)函數(shù)，從而縮小汽車機(jī)械式變速器系統(tǒng)的體積，讓汽車的輕量化設(shè)計與可靠性設(shè)計都能同時滿足。

（三）明確約束條件

1.最大傳動比的約束研究

約束汽車傳動系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)動比的因素相對較多，比如最大爬坡度以及車輛的附著力等，汽車在路面上行駛不能出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。設(shè)定主減速器的傳動比為i0，一檔傳動比用i1表示，二者的乘積將為最大的傳動比，將驅(qū)動輪和路面的附著條件作為約束條件，可以得到：

G3（X）=i1?FnΦrrTemaxi0ηT≤0G3（X）=i1-FnΦrrΤemaxi0ηΤ≤0 （2）

式（2）中，rr表示車輪的滾動半徑;Φ表示驅(qū)動輪和路面附著條件;Fn表示驅(qū)動輪上法向反作用力;表示傳動系機(jī)械效率，一般其取值為0.835;Temax則表示汽車發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。

三、結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量和生活水平得到提高，人們對汽車的使用安全性、穩(wěn)定性和可靠性的要求越來越高。而車輛機(jī)械式變速器是影響汽車穩(wěn)定性的重要因素，要想車輛機(jī)械式變速器的可靠性得到優(yōu)化設(shè)計，就必須明確進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)路經(jīng)，嚴(yán)格控制好優(yōu)化的程序，構(gòu)建車輛機(jī)械式變速器基礎(chǔ)優(yōu)化的模型，并確定中心距、齒輪寬度、齒輪數(shù)量等約束條件，將車輛機(jī)械式變速器設(shè)計的合理性進(jìn)一步提高，以保證機(jī)械式變速器的穩(wěn)定性能，讓其能夠滿足安全行駛的需求。

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作者簡介：

劉磊 柳運燦 皮原笛，臨沂大學(xué)。