汽車機械式變速器變速傳動機構可靠性優化設計

張青原 賀彪 趙學廣

摘要：在交通行業快速發展的推動下，我國汽車行業得到了高速的發展，車輛設計制造技術不斷進步。隨著人們的生活物質 水平不斷提高，對汽車的需求量越來越大，給汽車變速器的設計制造提出了更高的要求。變速器作為企業傳動機構中重要的 組成部分，直接影響著汽車的動力性、操作性、輕便性以及經濟性。

關鍵詞：汽車機械式變速器；傳動機構；可靠性優化設計

Optimization design of reliability of transmission mechanism of mechanical transmission

Zhang Qingyuan He Biao Zhao Xueguang

Great Wall Motor Company， Automotive Engineering Technical Center of HeBei， baoding 071000

Abstract： driven by the rapid development of the traffic industry， China's automobile industry has achieved rapid development， and the technology of vehicle design and manufacturing has been constantly improved. With the continuous improvement of people's living material level， the demand for cars is increasing， which puts forward higher requirements for the design and manufacture of automobile transmission. As an important part of enterprise transmission mechanism， transmission directly affects the power， operability， handiness and economy of automobile. Keywords：automotive mechanical transmission； Transmission mechanism； Reliability optimization design

1 對汽車機械式變速器變速傳動機構的可靠性進行分析

對汽車機械式變速器的傳動機構的可靠性進行分析的核心工作 是分析變速器內部的機構當中可靠度的分配是否合理，同時也需要 對汽車機械式變速器內部的機構當中的可靠度分配是否與汽車實際 的操作具有復合性。在具體分析的過程當中，需要對汽車實際運行 環境進行明確，并且了解傳動荷載的分布情況和制造成本以及整體 的工藝水平，這些都是對其產生影響的重要因素。而且汽車機械式 的變速器的可靠性能及觀點的分析應該放在對齒輪、軸以及花鍵、 軸承等方面。

分析變速齒輪可靠性的時候需要注意，變速器體積是對設計進 行控制的一個重要的環節，所以需要在滿足行車穩定性和動力需求 基礎之上減小變速器的比例，并且對動力控制機構的精密性進行分 析，不斷的節約相關的制造成本[1]。對程序進行分析，它能夠對汽 車機械式變速器的體積產生影響，所以需要將變速器體積控制在可 控范圍之內，并且將設計的重點放在變速器齒輪上。汽車的機械式 變速器變速齒輪在制式上一般是空心的，相關的結構框的直徑尺寸 和變速器的軸徑是相符合的。通過相關的設計可以得出，需要將空 心結構當作實心結構來進行考慮，這樣可以使分析的過程相對較為 簡化，還能夠保證所獲取的相關結果更加的可靠和準確。

2 建立變速器可靠性優化設計數學模型

2.1 建立目標函數

變速器可靠性優化設計的數學模型通常情況下都是以變速箱體積最

小化和變速齒輪傳動復合度最大化為目標函數，建立這種目標函數

的目的就是為了在保證不影響變速器穩定性和動力傳遞效率的條件

下進行可靠性優化設計。一般情況下，變速器箱體的體積越小，車

輛整體的制造成本就越低；變速齒輪傳動的復合度越大，運行過程

中變速器產生噪音就會越小，傳動效率也會提高，而且還有利于降

低傳動中的動載荷量。

2.2 選取設計變量

其實汽車機械式變速器齒輪系統的設計關聯到多個參數，進行

設計時可以根據實際方向不同選擇部分參數作為設計變量。比如，

在進行縮小變速器箱體體積的設計時，可以考慮將齒輪模數、格擋

變速比、齒寬以及螺旋角作為設計變量。

2.3 約束條件的確認

在這個優化設計中，其確定的約束條件分別是：變速器各檔傳

動比比值約束；變速齒輪可靠性約束；邊界約束；變速器中心距約

束；變速器最大傳動比約束和中間軸軸向力平衡約束。

3 機械式變速器可靠性優化設計

3.1 變速器軸的可靠性設計

汽車的機械式變速器軸主要包括軸頸、軸肩、齒輪段和退刀槽和過 渡段。變速器軸的結構非常復雜，前文也提到過，變速器的軸需要 承載變速齒輪，因此，首先要考慮的就是軸的剛性和強度，在確保 剛性和強度的情況下，才能開展其他方面的可靠性優化設計。通過 盡量減少軸徑的方法，從而更大程度的提高花鍵和軸承的工作性能。 在汽車變速器軸的優化設計過程中，最為困難的設計部分一般都是 第二軸的結構，其工況也是最為惡劣的，所以要對第二軸的設計進 行仔細的研究與探討。

3.2 動力輸出軸靜強度可靠性設計

由于機械式變速器軸的結構相對復雜，優化時可以考慮用截面 軸取代階梯軸。因為軸的應力分布情況和危險截面分布情況基本都 是呈現正態分布。所以，在動力輸出軸靜強度進行可靠性優化設計 時，需要先畫出變速器軸的結構簡圖，根據圖紙對各受力點進行受 力分析，得出相應的受力和力距之后，再繪出扭矩和彎距圖，確保 軸能夠承受危險截面的強度，最后根據規定好的可靠度計算出軸 徑。

3.3 動力輸出軸剛度的可靠性設計

汽車變速器動力輸出軸剛度由軸的撓角、軸扭轉角和軸截面偏 轉角組成。由于三者都是服從于正態分布的隨機變量，設計時可對 著三者分別進行假設。根據變速器的每個檔位的受力大小和位置都 有所不同的特點，需要對這三者分別進行計算，但是其基本的計算 方法都是一致的。

結語 ：

綜上所述，本研究簡單針對汽車機械式變速器轉動傳動機構的 可靠性的優化設計進行簡要分析。因為變速器在汽車來看，它是汽 車的關鍵的零部件，可靠性會對汽車的整車質量的穩定性和可靠性 產生影響。所以需要對變速器的可靠性進行研究，在進行設計的時 候，也必須將可靠性納入到設計過程中。只有這樣才能夠更好地保 證汽車機械式變速器的轉動機構能夠具有較好的可靠性。

參考文獻：

[1]莫愁，陳吉清，蘭鳳崇.混合動力汽車動力集成傳動機構 的設計與分析[J].汽車工程，2016，05（01）：

[2]陳俊武，李娜，武文娟.汽車機械式變速器變速傳動機構 可靠性優化設計[J].中外企業家，2016，07（06）：