汽車變速系統(tǒng)的性能與力學(xué)分析

劉軍

【摘要】汽車作為現(xiàn)代科技發(fā)展的重要成果，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中已從以前的謀生工具向享受工具轉(zhuǎn)變，尤其小汽車，它已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡墓ぷ髋c生活的用品。生活水準(zhǔn)的提高，在一定程度上使得汽車消費(fèi)人群對(duì)汽車性能有了更高的要求。變速系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，它的性能除了滿足轉(zhuǎn)動(dòng)工作要求之外，還要滿足結(jié)構(gòu)特性要求。一般來說，好的結(jié)構(gòu)性能可以整體提高汽車的動(dòng)力性能、安全性能和美觀性能。此外，變速系統(tǒng)良好經(jīng)濟(jì)性還能有效地助力企業(yè)拓展市場(chǎng)。

【關(guān)鍵詞】汽車變速系統(tǒng) 分析 維護(hù)

一、汽車變速系統(tǒng)性能分析基礎(chǔ)

（一）汽車變速系統(tǒng)的工作原理

內(nèi)燃機(jī)自發(fā)明以來，科研人員一直致力于改進(jìn)其內(nèi)部構(gòu)造和它的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。經(jīng)過近1個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)成為各類車輛的主要?jiǎng)恿?。為汽車提供?dòng)力的都是活塞式內(nèi)燃機(jī)，它的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩幅度較小，因此，為汽車提供動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)的體積不至于太大，同時(shí)，汽車行駛的路況相當(dāng)復(fù)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(nèi)燃機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(tǒng)上。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的變速系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

首先是改變傳動(dòng)比。這種功能設(shè)計(jì)是為了彌補(bǔ)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩變化幅度小的缺陷，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩幅度小無法提供持續(xù)的、大的牽引力，行駛速度也會(huì)受到影響。而改變傳動(dòng)比的好處在于它能在現(xiàn)有條件下保證汽車行駛所需的持續(xù)牽引力，從理論上來看，還能有效擴(kuò)大牽引力，同時(shí)，汽車行駛的速度變化幅度可以擴(kuò)大。

其次是在不改變汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向的前提下，使汽車傳動(dòng)能滿足倒車的動(dòng)力要求。在需要斷開發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪間的動(dòng)力傳遞時(shí)，采用空檔來實(shí)現(xiàn)。正由于設(shè)計(jì)了空檔，才能保證在臨時(shí)?？亢拖缕禄胁恢劣趽p壞變速箱內(nèi)的內(nèi)部部件，達(dá)到延長(zhǎng)汽車使用壽命的目的。

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

（二）汽車變速系統(tǒng)性能分析內(nèi)容及分析平臺(tái)構(gòu)建

汽車工業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和居民生活水平的不斷提高而快速發(fā)展起來，業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)可謂白熱化，為了生存與發(fā)展，汽車制造商均在車型多樣化、動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定化和車內(nèi)設(shè)計(jì)個(gè)性化等方面比拼，其中汽車消費(fèi)者最看重的是汽車變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為了滿足消費(fèi)者的需求，汽車變速系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)就成了汽車設(shè)計(jì)的核心領(lǐng)域。汽車變速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是改變發(fā)動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩幅度、轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)方向的，這是力保在不同行車路況下汽車能持續(xù)獲得適合不同路況的動(dòng)力要求，還能讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作處于最佳狀態(tài)。變速器的設(shè)計(jì)是否科學(xué)會(huì)直接影響汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。為了拓展市場(chǎng)，各大汽車制造商使出渾身解數(shù)，在變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)上下功夫，以提高汽車的整體性能。一般來說，汽車變速系統(tǒng)應(yīng)滿足的性能主要有三個(gè)方面：一是能保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。二是良好的構(gòu)造性能。三是良好的經(jīng)濟(jì)性能。物美價(jià)廉是占領(lǐng)市場(chǎng)出奇制勝的法寶，汽車市場(chǎng)也是如此，成本低決定了汽車售價(jià)能在消費(fèi)群體接受的范圍之內(nèi)，有利于拓展市場(chǎng)空間。

二、汽車變速系統(tǒng)的力學(xué)分析

（一）汽車變速系統(tǒng)的靜力學(xué)分析

靜力學(xué)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(yè)工程設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用。汽車變速系統(tǒng)是由各類嵌入式齒輪和軸承構(gòu)成，要測(cè)變速系統(tǒng)性能就必須對(duì)構(gòu)成變速系統(tǒng)中齒輪和軸承進(jìn)行靜力分析。靜力學(xué)分析的項(xiàng)目主要包括在沒有慣性和阻尼效應(yīng)載負(fù)下對(duì)變速系統(tǒng)中的部件位移、應(yīng)力和應(yīng)變力三項(xiàng)。靜力學(xué)分析一般要事先假定載荷和響應(yīng)一致，它們不會(huì)隨著時(shí)間的推移而有所變化，而在分析時(shí)，施加給汽車的載荷包括外部物體施加的壓力、汽車運(yùn)行中的穩(wěn)態(tài)慣性力、位移載荷以及因摩擦產(chǎn)生的溫度載荷等。對(duì)上述性能的靜力學(xué)分析的意義在于這些分析數(shù)據(jù)能有效地衡量汽車在承載負(fù)荷的性能。

（二）汽車變速系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析

汽車不是靜態(tài)的物品，它是作現(xiàn)代高效的交通工具而存在的，是貨物的搬運(yùn)工。因此，汽車的變速系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析更為重要。動(dòng)力學(xué)分析通常是指汽車在慣性和阻尼效應(yīng)下，對(duì)各類構(gòu)造、構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能檢測(cè)用來判定構(gòu)造設(shè)計(jì)是否科學(xué)和部件性能優(yōu)劣的工作。汽車變速系統(tǒng)是除發(fā)動(dòng)機(jī)之外最為重要的部件，要保證其在汽車運(yùn)行中正常工作，對(duì)其設(shè)計(jì)和部件性能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析是必不可少的。實(shí)際調(diào)查表明：旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)損壞絕大多數(shù)情況是由共振引發(fā)的振動(dòng)壓力導(dǎo)致的，加上旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)它所受的外界激振力又較為復(fù)雜，為了避免損傷，設(shè)計(jì)時(shí)就更有必要對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行完整的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與分析。

三、汽車變速系統(tǒng)性能分析評(píng)價(jià)

任何一種交通工具的整個(gè)生命周期都包括產(chǎn)品需求、產(chǎn)品界定、工藝設(shè)計(jì)與制造、裝配、使用、維修和回收七個(gè)階段。同理，作為汽車的核心部件的變速系統(tǒng)也經(jīng)歷上述七個(gè)階段，在前六個(gè)階段，性能評(píng)價(jià)對(duì)于汽車品質(zhì)提升意義非同一般。對(duì)汽車變速系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)是工程實(shí)際操作過程中以評(píng)價(jià)決策理論為指導(dǎo)來解決變速系統(tǒng)的性能評(píng)估問題的實(shí)踐活動(dòng)。這項(xiàng)活動(dòng)是產(chǎn)品監(jiān)督、產(chǎn)品安全性能、穩(wěn)定性能提升的重要保障，同時(shí)，它還能促進(jìn)汽車生產(chǎn)率的提高。在變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，性能評(píng)價(jià)是確保產(chǎn)品性能最優(yōu)化前提，通過它能對(duì)設(shè)計(jì)理念、方法和效果進(jìn)行全方位衡量。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，并行設(shè)計(jì)受很多不可控因素影響，加上變速系統(tǒng)的部件多變的特性，設(shè)計(jì)正確與否很難得到保證，而性能評(píng)價(jià)決策能確保設(shè)計(jì)朝著正確的方向推進(jìn)，有利于全面及時(shí)根據(jù)變速系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)的反饋信息改進(jìn)設(shè)計(jì)，使工藝設(shè)計(jì)與制造同步完成，避免耗工時(shí)和成本推升的現(xiàn)象發(fā)生，更為關(guān)鍵的是縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在汽車變速系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)中會(huì)遇到不同問題，需要進(jìn)行各類復(fù)雜的決策問題，因此，建構(gòu)一個(gè)適應(yīng)汽車變速系統(tǒng)研發(fā)不同周期的、不同層次的綜合評(píng)價(jià)的決策模型是相當(dāng)必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢江，劉洪波，劉義強(qiáng)等.自動(dòng)變速器自動(dòng)變速的設(shè)計(jì)與研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017，（2）.

[2]余秋蘭.汽車無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)控制研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016，（3）.

[3]羅小林，蒙鵬宇，鐘武昌.汽車變速器的噪聲源分析與降噪設(shè)計(jì)[J]機(jī)械制造，2016，（1）.endprint