汽車變速系統的性能與力學分析

劉軍

【摘要】汽車作為現代科技發展的重要成果，在經濟高速發展中已從以前的謀生工具向享受工具轉變，尤其小汽車，它已經成為人們日常生活中不可或缺的工作與生活的用品。生活水準的提高，在一定程度上使得汽車消費人群對汽車性能有了更高的要求。變速系統是汽車的重要組成部分，它的性能除了滿足轉動工作要求之外，還要滿足結構特性要求。一般來說，好的結構性能可以整體提高汽車的動力性能、安全性能和美觀性能。此外，變速系統良好經濟性還能有效地助力企業拓展市場。

【關鍵詞】汽車變速系統 分析 維護

一、汽車變速系統性能分析基礎

（一）汽車變速系統的工作原理

內燃機自發明以來，科研人員一直致力于改進其內部構造和它的轉動系統。經過近1個多世紀的發展，內燃機已經成為各類車輛的主要動力。為汽車提供動力的都是活塞式內燃機，它的特點是轉矩幅度較小，因此，為汽車提供動的內燃機的體積不至于太大，同時，汽車行駛的路況相當復雜，這也要求汽車的牽引力和行駛速度要空間幅度較大的范圍里變化；內燃機的曲軸轉動方向始終是同一方向，而汽車不僅有前行，還有倒車。解決上述兩大問題的重任就落到了汽車的變速系統上。汽車傳動系統中的變速系統的功能主要體現在以下四個方面：

首先是改變傳動比。這種功能設計是為了彌補內燃機轉矩變化幅度小的缺陷，因為內燃機轉矩幅度小無法提供持續的、大的牽引力，行駛速度也會受到影響。而改變傳動比的好處在于它能在現有條件下保證汽車行駛所需的持續牽引力，從理論上來看，還能有效擴大牽引力，同時，汽車行駛的速度變化幅度可以擴大。

其次是在不改變汽車發動機曲軸旋轉方向的前提下，使汽車傳動能滿足倒車的動力要求。在需要斷開發動機與驅動輪間的動力傳遞時，采用空檔來實現。正由于設計了空檔，才能保證在臨時停靠和下坡滑行不至于損壞變速箱內的內部部件，達到延長汽車使用壽命的目的。

最后是變速系統還具備動力輸出的功能，這一功能能給汽車其他部件提供動力支持，比如卸車的液壓舉升裝置等。

（二）汽車變速系統性能分析內容及分析平臺構建

汽車工業隨著經濟的快速發展和居民生活水平的不斷提高而快速發展起來，業內競爭可謂白熱化，為了生存與發展，汽車制造商均在車型多樣化、動力轉動穩定化和車內設計個性化等方面比拼，其中汽車消費者最看重的是汽車變速系統設計，為了滿足消費者的需求，汽車變速系統性能設計就成了汽車設計的核心領域。汽車變速系統實現的功能是改變發動力轉動到驅動輪上的轉矩幅度、轉速和驅動方向的，這是力保在不同行車路況下汽車能持續獲得適合不同路況的動力要求，還能讓發動機工作處于最佳狀態。變速器的設計是否科學會直接影響汽車的動力性和經濟性指標。為了拓展市場，各大汽車制造商使出渾身解數，在變速系統設計上下功夫，以提高汽車的整體性能。一般來說，汽車變速系統應滿足的性能主要有三個方面：一是能保證發動機正常工作。二是良好的構造性能。三是良好的經濟性能。物美價廉是占領市場出奇制勝的法寶，汽車市場也是如此，成本低決定了汽車售價能在消費群體接受的范圍之內，有利于拓展市場空間。

二、汽車變速系統的力學分析

（一）汽車變速系統的靜力學分析

靜力學分析是有限元分析的較為重要的一種方法，一直被汽車工業工程設計廣泛應用。汽車變速系統是由各類嵌入式齒輪和軸承構成，要測變速系統性能就必須對構成變速系統中齒輪和軸承進行靜力分析。靜力學分析的項目主要包括在沒有慣性和阻尼效應載負下對變速系統中的部件位移、應力和應變力三項。靜力學分析一般要事先假定載荷和響應一致，它們不會隨著時間的推移而有所變化，而在分析時，施加給汽車的載荷包括外部物體施加的壓力、汽車運行中的穩態慣性力、位移載荷以及因摩擦產生的溫度載荷等。對上述性能的靜力學分析的意義在于這些分析數據能有效地衡量汽車在承載負荷的性能。

（二）汽車變速系統的動力學分析

汽車不是靜態的物品，它是作現代高效的交通工具而存在的，是貨物的搬運工。因此，汽車的變速系統的動力學分析更為重要。動力學分析通常是指汽車在慣性和阻尼效應下，對各類構造、構件進行動力學性能檢測用來判定構造設計是否科學和部件性能優劣的工作。汽車變速系統是除發動機之外最為重要的部件，要保證其在汽車運行中正常工作，對其設計和部件性能進行動力學分析是必不可少的。實際調查表明：旋轉結構損壞絕大多數情況是由共振引發的振動壓力導致的，加上旋轉結構處于旋轉狀態，同時它所受的外界激振力又較為復雜，為了避免損傷，設計時就更有必要對關鍵部件進行完整的動力學設計與分析。

三、汽車變速系統性能分析評價

任何一種交通工具的整個生命周期都包括產品需求、產品界定、工藝設計與制造、裝配、使用、維修和回收七個階段。同理，作為汽車的核心部件的變速系統也經歷上述七個階段，在前六個階段，性能評價對于汽車品質提升意義非同一般。對汽車變速系統性能的評價是工程實際操作過程中以評價決策理論為指導來解決變速系統的性能評估問題的實踐活動。這項活動是產品監督、產品安全性能、穩定性能提升的重要保障，同時，它還能促進汽車生產率的提高。在變速系統設計階段，性能評價是確保產品性能最優化前提，通過它能對設計理念、方法和效果進行全方位衡量。在設計實踐中，并行設計受很多不可控因素影響，加上變速系統的部件多變的特性，設計正確與否很難得到保證，而性能評價決策能確保設計朝著正確的方向推進，有利于全面及時根據變速系統的性能評價的反饋信息改進設計，使工藝設計與制造同步完成，避免耗工時和成本推升的現象發生，更為關鍵的是縮短產品的開發周期，提高設計的質量。在汽車變速系統性能評價中會遇到不同問題，需要進行各類復雜的決策問題，因此，建構一個適應汽車變速系統研發不同周期的、不同層次的綜合評價的決策模型是相當必要的。

參考文獻：

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