汽車(chē)機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉逸瀟

（西華大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，四川 成都 610039）

汽車(chē)機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉逸瀟

（西華大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，四川 成都 610039）

本文就汽車(chē)機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)作出相應(yīng)的闡述。

汽車(chē)機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；可靠性；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 汽車(chē)機(jī)械式變速器變速傳動(dòng)機(jī)理

變速器是汽車(chē)機(jī)械式變速器變速傳動(dòng)系統(tǒng)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(dòng)比的齒輪傳動(dòng)裝置。變速器的組成由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)所成，而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大多數(shù)是利用普通齒輪來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)，特殊的情況下也使用行星齒輪來(lái)保證傳動(dòng)的工作。汽車(chē)機(jī)械式變速器變速傳動(dòng)主要是通過(guò)改變傳動(dòng)比與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)矩，來(lái)達(dá)到汽車(chē)在不同行駛狀態(tài)下對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪牽引力和運(yùn)行速度的要求。汽車(chē)機(jī)械式變速器變速傳動(dòng)主要是采用了齒輪傳動(dòng)的降速原理，其主要內(nèi)容是在汽車(chē)需要低速運(yùn)行時(shí)，讓傳動(dòng)比大的齒輪副工作；在汽車(chē)需要高速運(yùn)行時(shí)，讓傳動(dòng)比小的齒輪副工作。

2 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法

2.1 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)目的。機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的目的，利用系統(tǒng)可靠性指標(biāo)作為依據(jù)，來(lái)滿足預(yù)設(shè)功能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；而目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要讓系統(tǒng)中的技術(shù)性能、時(shí)間、成本等各個(gè)因素之間達(dá)到完美的協(xié)調(diào)性。要想實(shí)現(xiàn)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)目的需要對(duì)影響功能目標(biāo)因素進(jìn)行合理的整合。

2.2 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的方法常用的有兩種，一是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)零部件可靠性的數(shù)據(jù)和計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)相互比對(duì)，采用一種最佳的設(shè)計(jì)方案；二是按照系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，進(jìn)行零部件任務(wù)可靠性再分配，逐一進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)方案的選擇。

3 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論

3.1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論內(nèi)容。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論內(nèi)容就是利用機(jī)械設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行相互的融合，并借助高科技的手段，用來(lái)能夠保證預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的最佳方案和最佳設(shè)計(jì)參數(shù)；目前融合高科技計(jì)算機(jī)技術(shù)和最佳組合設(shè)計(jì)原理的手段，能夠?yàn)闄C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)提供較為科學(xué)的保證，而且設(shè)計(jì)方案具有多種篩選性，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)人員思維的拓展和降低了設(shè)計(jì)人員工作量。

3.2 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法。一是傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法：傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是依據(jù)問(wèn)題提出、分析、結(jié)果流程來(lái)進(jìn)行，分為準(zhǔn)則優(yōu)化法、線性規(guī)劃法和非線性規(guī)劃法。準(zhǔn)則優(yōu)化法采用物理力學(xué)的方法原理來(lái)尋求最優(yōu)化解決辦法，其特點(diǎn)在于針對(duì)性強(qiáng)、效率高；線性規(guī)劃法是利用數(shù)學(xué)最大值、最小值兩種概念，來(lái)選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變量和相應(yīng)的約束條件，得到目標(biāo)函數(shù)，特點(diǎn)在于求解簡(jiǎn)單、有效、精度系數(shù)比較高。非線性規(guī)劃法同樣采用線形規(guī)劃法概念來(lái)進(jìn)行，分為無(wú)約束直接法和間接法兩種，特點(diǎn)在于適用范圍比較廣，簡(jiǎn)單實(shí)用、穩(wěn)定性好、精度高。二是現(xiàn)代機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法：現(xiàn)代機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法有著一定區(qū)別，它不需要針對(duì)設(shè)計(jì)變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)作出相應(yīng)的分析和總結(jié)，而采用遺傳方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模擬退火法、粒子群算法等獲得最佳結(jié)果；無(wú)需憑借經(jīng)驗(yàn)和直觀的感覺(jué)來(lái)確定方案，只需對(duì)方案進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等分析、校核，然后進(jìn)行必要的修補(bǔ)缺陷和修正結(jié)構(gòu)尺寸，即可以達(dá)到最佳設(shè)計(jì)方案的出臺(tái)，加上借助高科技的手段，使得方案呈現(xiàn)出多樣化的特征，提高了效率、保證了質(zhì)量。

4 可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)概念。可靠性是指產(chǎn)品能夠達(dá)到和實(shí)現(xiàn)確定功能的特性；而可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，這是為了保證產(chǎn)品在工作的過(guò)程當(dāng)中沒(méi)有發(fā)生損壞，而是采用的一種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法。要想達(dá)到可靠性可以借助在增加安全系數(shù)和系統(tǒng)可靠性手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)的前提之下，對(duì)產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)方法，從而保證產(chǎn)品可靠性的實(shí)現(xiàn)。可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，是一門(mén)綜合性的設(shè)計(jì)技術(shù)，它通常以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的不同設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化性；在常用的可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)中，會(huì)涉及設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)人員可以采用概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)進(jìn)行主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)優(yōu)化，目前這種可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是以可靠性指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，另一類(lèi)是一可靠性為約束條件的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。

4.2 可靠性指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。可靠性指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)的如下式所示:

4.2 變速器軸的可靠性設(shè)計(jì)。變速器軸無(wú)疑是變速器中的重要傳動(dòng)部件；我們熟知的變速器所有旋轉(zhuǎn)的零部件都安裝在軸上面，并且通過(guò)軸進(jìn)行位置的定位。設(shè)計(jì)人員針對(duì)于變速器軸可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要滿足三個(gè)基本條件，一是剛度要求，二是硬度要求；只有在滿足這兩個(gè)要求的前提之下，盡量的對(duì)軸的重量和材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是針對(duì)于各個(gè)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(shè)計(jì)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(zhuǎn)動(dòng)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(lián)接可靠性設(shè)計(jì)。聯(lián)接也是汽車(chē)機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中不可忽略的重要組成部分，設(shè)計(jì)人員在做聯(lián)接可靠性設(shè)計(jì)的時(shí)候，一聯(lián)接結(jié)構(gòu)與零件形狀和配合情況相互協(xié)調(diào)，不能只考慮單方面的原因，而忽略了整體的配合性。機(jī)械零件結(jié)合復(fù)雜多變，有平面的、圓柱面的、圓錐面的等等，為了使得聯(lián)接有效，必須設(shè)計(jì)安裝聯(lián)接件，如螺栓、鉚釘或者鍵等固定件，保證位置的準(zhǔn)確性。二必須要保證有足夠大的承載能力；具體措施可通過(guò)鉆孔、加工鍵槽等等方式來(lái)進(jìn)行。三為了保證聯(lián)接可靠性，設(shè)計(jì)人員對(duì)于緊固件的規(guī)格需要進(jìn)行確定，盡可能采用少規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件。四聯(lián)接可靠性需要保證接頭的強(qiáng)度和耐磨性，還需要防止失效的風(fēng)險(xiǎn)，加大聯(lián)接有效性。

結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)是以汽車(chē)使用為前提，建立在可靠性指標(biāo)上的一種設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，在實(shí)際操作當(dāng)中，要能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和矛盾，采用正確的方法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，增加客戶(hù)信任度。

[1]董炳武.汽車(chē)變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1997（05）.

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A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.078