汽車機械變速傳動機構可靠性的優化設計

劉逸瀟

（西華大學機械工程與自動化學院，四川 成都 610039）

汽車機械變速傳動機構可靠性的優化設計

劉逸瀟

（西華大學機械工程與自動化學院，四川 成都 610039）

本文就汽車機械變速傳動機構可靠性的優化設計作出相應的闡述。

汽車機械變速傳動機構；可靠性；優化設計

1 汽車機械式變速器變速傳動機理

變速器是汽車機械式變速器變速傳動系統重要的組成部分，它是能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比的齒輪傳動裝置。變速器的組成由傳動機構和變速機構所成，而傳動機構大多數是利用普通齒輪來進行傳動，特殊的情況下也使用行星齒輪來保證傳動的工作。汽車機械式變速器變速傳動主要是通過改變傳動比與發動機曲軸的轉矩，來達到汽車在不同行駛狀態下對驅動車輪牽引力和運行速度的要求。汽車機械式變速器變速傳動主要是采用了齒輪傳動的降速原理，其主要內容是在汽車需要低速運行時，讓傳動比大的齒輪副工作；在汽車需要高速運行時，讓傳動比小的齒輪副工作。

2 機械可靠性設計方法

2.1 機械可靠性設計目的。機械系統可靠性設計的目的，利用系統可靠性指標作為依據，來滿足預設功能目標的實現；而目標的實現需要讓系統中的技術性能、時間、成本等各個因素之間達到完美的協調性。要想實現機械可靠性設計目的需要對影響功能目標因素進行合理的整合。

2.2 機械可靠性設計方法。機械可靠性設計的方法常用的有兩種，一是根據系統內各個零部件可靠性的數據和計算系統的可靠性指標相互比對，采用一種最佳的設計方案；二是按照系統可靠性的指標，進行零部件任務可靠性再分配，逐一進行最佳設計方案的選擇。

3 機械優化設計理論

3.1 機械優化設計理論內容。機械優化設計理論內容就是利用機械設計和優化設計進行相互的融合，并借助高科技的手段，用來能夠保證預期目標實現的最佳方案和最佳設計參數；目前融合高科技計算機技術和最佳組合設計原理的手段，能夠為機械優化設計提供較為科學的保證，而且設計方案具有多種篩選性，增強了設計人員思維的拓展和降低了設計人員工作量。

3.2 機械優化設計理論方法。一是傳統機械優化設計理論方法：傳統機械優化設計方法是依據問題提出、分析、結果流程來進行，分為準則優化法、線性規劃法和非線性規劃法。準則優化法采用物理力學的方法原理來尋求最優化解決辦法，其特點在于針對性強、效率高；線性規劃法是利用數學最大值、最小值兩種概念，來選取適當的設計變量和相應的約束條件，得到目標函數，特點在于求解簡單、有效、精度系數比較高。非線性規劃法同樣采用線形規劃法概念來進行，分為無約束直接法和間接法兩種，特點在于適用范圍比較廣，簡單實用、穩定性好、精度高。二是現代機械優化設計理論方法：現代機械優化設計理論與傳統機械優化設計理論方法有著一定區別，它不需要針對設計變量、約束條件和目標函數作出相應的分析和總結，而采用遺傳方法、神經網絡法、模擬退火法、粒子群算法等獲得最佳結果；無需憑借經驗和直觀的感覺來確定方案，只需對方案進行強度、剛度等分析、校核，然后進行必要的修補缺陷和修正結構尺寸，即可以達到最佳設計方案的出臺，加上借助高科技的手段，使得方案呈現出多樣化的特征，提高了效率、保證了質量。

4 可靠性優化設計

4.1 可靠性優化設計概念。可靠性是指產品能夠達到和實現確定功能的特性；而可靠性優化設計，這是為了保證產品在工作的過程當中沒有發生損壞，而是采用的一種設計準則和設計方法。要想達到可靠性可以借助在增加安全系數和系統可靠性手段無法實現的前提之下，對產品來進行可靠性設計方法，從而保證產品可靠性的實現。可靠性優化設計，是一門綜合性的設計技術，它通常以概率論、數理統計為基礎結合相關領域的不同設計方法來實現設計的優化性；在常用的可靠性設計當中，會涉及設計變量，設計人員可以采用概率統計的方法來進行主要參數和結構尺寸設計優化，目前這種可靠性優化設計分為兩大類，一類是以可靠性指標為優化目標的可靠性優化設計，另一類是一可靠性為約束條件的可靠性優化設計。

4.2 可靠性指標為優化目標的優化設計模型。可靠性指標為優化目標的如下式所示:

4.2 變速器軸的可靠性設計。變速器軸無疑是變速器中的重要傳動部件；我們熟知的變速器所有旋轉的零部件都安裝在軸上面，并且通過軸進行位置的定位。設計人員針對于變速器軸可靠性設計當中，需要滿足三個基本條件，一是剛度要求，二是硬度要求；只有在滿足這兩個要求的前提之下，盡量的對軸的重量和材料進行優化設計，優化設計的內容主要是針對于各個軸段的直徑作出確定，以便為其他的零部件提供更為廣闊的設計空間；而且由于軸段的直徑變小，能夠讓同步器被同步一邊轉動慣量下降，從而提高了同步能力和操作換擋，使得操作更可靠、更輕便、更舒適、更具有效率性。

4.3 聯接可靠性設計。聯接也是汽車機械變速傳動機構中不可忽略的重要組成部分，設計人員在做聯接可靠性設計的時候，一聯接結構與零件形狀和配合情況相互協調，不能只考慮單方面的原因，而忽略了整體的配合性。機械零件結合復雜多變，有平面的、圓柱面的、圓錐面的等等，為了使得聯接有效，必須設計安裝聯接件，如螺栓、鉚釘或者鍵等固定件，保證位置的準確性。二必須要保證有足夠大的承載能力；具體措施可通過鉆孔、加工鍵槽等等方式來進行。三為了保證聯接可靠性，設計人員對于緊固件的規格需要進行確定，盡可能采用少規格的標準件。四聯接可靠性需要保證接頭的強度和耐磨性，還需要防止失效的風險，加大聯接有效性。

結語

汽車機械變速傳動機構可靠性的優化設計是以汽車使用為前提，建立在可靠性指標上的一種設計優化措施，在實際操作當中，要能及時發現問題和矛盾，采用正確的方法來進行優化設計工作，以保證產品質量，增加客戶信任度。

[1]董炳武.汽車變速器的優化設計[J].福州大學學報（自然科學版），1997（05）.

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.078