汽車機械式變速器現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用研究

汪世偉

摘要：隨著汽車機械生產(chǎn)設(shè)計細節(jié)的不斷完善，通過對機械式變速器功能需求進行多元化、多角度設(shè)計，進一步發(fā)揮汽車器械變速器的功能作用。從零件模型設(shè)計到各種參數(shù)以及尺寸計算等方面的設(shè)計，不斷優(yōu)化有限元分析各種模擬仿真實驗構(gòu)建虛擬樣機，從而提升傳統(tǒng)變速器的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：汽車生產(chǎn);機械式;變速器;設(shè)計與應(yīng)用

中圖分類號：TH1;TP3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0014-02

1? 分析汽車機械式變速器功能設(shè)計特征及安全穩(wěn)定性分析

首先，結(jié)合汽車機械發(fā)動機整體理論上，有效增強變速器傳動效率的結(jié)構(gòu)功能特性，從而實現(xiàn)變速器應(yīng)用機械傳動效率高的工作效率。由于變速器在外界條件的磨損復(fù)雜環(huán)境下，易導(dǎo)致各個環(huán)節(jié)的零部件極易受損，應(yīng)及時更換變速器的離合器和換擋部件等，從而有效增強了駕駛員安全操作變速器的變速、換擋切換功能。分析汽車機械式變速器實現(xiàn)優(yōu)化換擋及傳動軸與車橋半軸的操作控制目的。

其次，全面降低了發(fā)動機在高速運行過程中能夠達到有效降低排氣污染，延長了變速器的使用壽命，從而全面增強了變速器適應(yīng)外界的沖擊負荷保護功能，減少了發(fā)動機與傳動系的動載荷效應(yīng)，有效改善了變速器過載或緩沖耦合器方面的安全保障性能，平穩(wěn)了汽車良好的平均車速功效，大大增強了汽車傳動效率與變速器增強汽車行駛的優(yōu)化傳動功率，有效保障了機械式變速器調(diào)速或檔位管理控制的平順性。

再次，深化分析了我國汽車行業(yè)高度重視汽車運行的安全技術(shù)效能，有效保障了機械式變速器及調(diào)速設(shè)計方面的技術(shù)功能，結(jié)合機械式變速器設(shè)計特點的功能，不斷提升傳動功效作用效果，并設(shè)置倒車檔位，確保離合器操作齒輪比等部件的安全可靠性[1]，如圖1所示。

最后，通過分析優(yōu)化設(shè)計構(gòu)建三維建模，設(shè)計制造一體化仿真和虛擬制造的樣機，本文主要以優(yōu)化設(shè)計工具箱進行齒輪轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的優(yōu)化目的為主，以六檔機械式汽車變速器為優(yōu)化設(shè)計模型[2]。借助互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計應(yīng)用程序，達到提升變速箱質(zhì)量有效目的。采用多元化的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)有限元設(shè)計、可靠性設(shè)計以及計算機輔助設(shè)計等現(xiàn)代化的設(shè)計技巧，通過優(yōu)化工具箱進行齒輪轉(zhuǎn)動系統(tǒng)方面的優(yōu)化設(shè)計目標，最終完善發(fā)動機及整車數(shù)據(jù)達到優(yōu)化傳動比、齒數(shù)、模數(shù)、齒寬等參數(shù)，最終實現(xiàn)設(shè)計目標達到整體改進與優(yōu)化完善效果。

2? 優(yōu)化汽車機械式變速器設(shè)計存在的不足

現(xiàn)階段發(fā)展機械式變速器優(yōu)化設(shè)計模型，進一步精確數(shù)字計算汽車結(jié)構(gòu)與零部件設(shè)計的安全性，從而實現(xiàn)相對比較齒輪的傳動速度功能，細化分析存在著控制局限性方面的不足。

首先，傳統(tǒng)汽車機械零件支撐功能性易老化、變速器磨損導(dǎo)致汽車易出現(xiàn)故障，影響汽車的安全性優(yōu)化設(shè)計保障。對比機械式變速器檔位數(shù)和齒輪數(shù)比的靈活性相對固定性，會導(dǎo)致變速器吃力，不能隨機應(yīng)變。

其次，控制汽車尾氣排放的環(huán)保性要求不夠完善。由于設(shè)計環(huán)節(jié)針對環(huán)保思想理念不夠強，導(dǎo)致變速器在環(huán)保性能方面的要求，未能達到及時換擋有效減少污染排放對駕駛員的影響，易導(dǎo)致燃燒的燃料沒有完全燃盡，導(dǎo)致排氣增加。因此在設(shè)計環(huán)節(jié)需要針對機械變速器安全性能的傳統(tǒng)能力以外，還要兼顧考慮對其轉(zhuǎn)換功能的環(huán)保防范措施，進行高強度的轉(zhuǎn)換技術(shù)方面的設(shè)計功能，從而促進設(shè)計的可靠性增強配合發(fā)動機完成車輛牽引的高壓作用。

再次，有效保證在設(shè)計環(huán)節(jié)對機械式變速器選擇采用實施經(jīng)濟適用型的材料性價比。促進機械式變壓器的性能和質(zhì)量，產(chǎn)品達到適應(yīng)社會市場經(jīng)濟的發(fā)展趨勢。機械式變速器一般情況下都應(yīng)用在高檔的小轎車上，如果將其機械式變速器安裝在中低檔小轎車上，會促進中低檔汽車價格成本控制更加嚴格，易會造成該類車輛的機械式變速器出現(xiàn)價格抗造等優(yōu)勢，全面提升了機械式變速器的安全性能，減少了中低檔小汽車的誤操作概率。

3? 機械式汽車變速器齒輪傳動設(shè)計與研究

3.1 優(yōu)化設(shè)計整車配套設(shè)計

優(yōu)化設(shè)計建模整車配套設(shè)計的制作過程中，通過分析建模和設(shè)計優(yōu)化功能，實現(xiàn)強大傳動系統(tǒng)實用性軟件設(shè)計的最大功能。分析變速箱設(shè)計齒輪和軸的輔助設(shè)計理念，研究整車匹配各種速比分配及配齒計算的平衡自動分配變位系數(shù)，有效提高各種齒輪參數(shù)的設(shè)計以及整體效果的輔助設(shè)計參數(shù)。依據(jù)S-N的曲線校對核對齒輪的強度，從而增強傳動軸計算剛度和繞度各支點的支撐反力計算參數(shù)，從而實現(xiàn)復(fù)雜計算簡易化的優(yōu)化設(shè)計目標。

其次，依據(jù)不同類型的汽車，設(shè)計總檔數(shù)和一檔速比的檔位數(shù)參數(shù)?；诓煌r下，有效改變發(fā)動機在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速與扭距，從而有利于確保汽車達到高性能的動力以及經(jīng)濟性的指標，從而選擇合理化的配置變速器檔位以及各種檔速比。在確定一檔傳動比的過程中，兼顧考慮汽車的最大爬坡度以及驅(qū)動輪與地面的附著力，是否達到主動傳動比狀態(tài)。而計算汽車最大爬坡度主要通過分析最大驅(qū)動力能否克服路面與輪胎之間的滾動阻力以及上坡阻力，可以設(shè)置在汽車上坡行駛過程中設(shè)定車速不高，可以忽略空氣阻力，利用公式：

（1）

再次，求解最大的驅(qū)動力Fkmax、滾動主力Ff上破阻力Fimax，求得相對汽車傳動技術(shù)總效率η，主要通過計算發(fā)動機最大的扭矩與Temax設(shè)置變速器的一檔轉(zhuǎn)動比i1、主傳動比i0，聯(lián)合汽車總質(zhì)量kg與重力加速度m/s2，計算驅(qū)動輪滾動半徑m，得出滾動阻力系數(shù)f，以及計算出道路最大的上坡度amax，最終得出公式：

（2）

3.2 優(yōu)化變速器傳動效率試驗臺架模型分析

通過優(yōu)化設(shè)計模型實現(xiàn)了減輕變速器輕量化齒輪體積的可靠性，創(chuàng)設(shè)搭建基于Profibus—DP的網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)，PLC設(shè)計S120工控狀態(tài)下，實現(xiàn)變頻控制器管控至Profi2從站的多功能數(shù)字高速采集通信節(jié)能效果，對比利用多功能的傳動效率試驗過程，拓展PCI—1711數(shù)據(jù)采集卡及臺架高速采集的節(jié)能控制拓展性能[3]，如圖2所示。

充分搭建整體臺架結(jié)構(gòu)，有效保障驅(qū)動電機和負載電機達到自帶編碼器的設(shè)計功效，通過M1～M2實施試驗，得出測試結(jié)果，顯示相關(guān)變速器通過輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速n1、n2，采用交流電機啟動模擬發(fā)動機動力輸入效果，通過轉(zhuǎn)矩傳輸器傳感器實施測定相關(guān)變速器的輸入、輸出軸轉(zhuǎn)矩T1和T2，通過公式計算得出輸入和輸出軸的傳動效率功率的比值，有效獲得精準的變速器和匹配發(fā)動機的參數(shù)條件?？傊虞d電機模擬大小結(jié)構(gòu)的兩組電機，分別實施電機控制設(shè)計變頻器的驅(qū)動轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩實驗。有效采用回饋電封閉驅(qū)動系統(tǒng)，經(jīng)過直流母線能量回饋促進負載電機的發(fā)電容量，實現(xiàn)獨立配置潤滑油冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)測變速箱的實際油溫，有效保障自動換擋實現(xiàn)遠程控制換擋，滿足自動化試驗工況的實際需求。

3.3 優(yōu)化變速器檔位的設(shè)計參數(shù)

首先，優(yōu)化設(shè)計變速器檔位，有效增強汽車發(fā)動機提速動力和爬坡性能，有效降低汽車等數(shù)的增加，節(jié)約耗油成本。充分考慮到優(yōu)化設(shè)計檔位，發(fā)揮解決降低負面作用問題，不斷提升檔位傳動比的計算精準比值。細化分析了不同車型進行傳統(tǒng)與高檔轉(zhuǎn)動比的傳送變速器比值差距，充分考慮汽車發(fā)動機使用條件的參數(shù)，有效設(shè)計不同車型傳送比精準計算的機械師變速器性能。結(jié)合兩個齒輪圓心距離設(shè)計機械式變速器的中心距，精準計算其總體尺寸、質(zhì)量、體積所產(chǎn)生的重要影響意義。兼顧考慮設(shè)計不同齒輪的輪齒接觸面應(yīng)適宜中心距，中心距設(shè)計過大或過小，都會導(dǎo)致齒輪影響壽命及安全難度，增加了齒輪的磨損。

其次，針對中心距設(shè)計剛度和強度、粗細適宜的中心軸，設(shè)計參數(shù)還需要結(jié)合承受的扭矩力相關(guān)參數(shù)的試驗，驗證得出結(jié)果。從而采用機械式變速器強化結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定發(fā)展的潛力優(yōu)勢。需要有效提升設(shè)計人員對相關(guān)重要參數(shù)，進行全面系統(tǒng)的研究與分析，得出驗證分析的數(shù)據(jù)結(jié)果，從而有效保障我國設(shè)計汽車機械式變速器，達到國際、國內(nèi)先進領(lǐng)先技術(shù)的發(fā)展趨勢標準。

再次，設(shè)計安全可靠性的機械式變速器齒輪復(fù)合模型。分析變速器相關(guān)函數(shù)模型的可靠性，搭建輕量化、可靠性的復(fù)合型模型建設(shè)條件。例如變速器內(nèi)齒輪出現(xiàn)故障，一定會導(dǎo)致整體變速器齒輪出現(xiàn)故障，因此需要準確檢測全部齒輪的安全穩(wěn)定性。利用相應(yīng)符號正確檢測相關(guān)設(shè)備齒輪誤報、偵測概率衡量數(shù)據(jù)計算標準，從而掌握易出現(xiàn)故障診斷規(guī)則性能的計算方法，最終搭建齒輪故障模型設(shè)計可靠性的機械式變速器求解設(shè)計方法，以及設(shè)計求解變量的可靠性設(shè)計函數(shù)，不斷增強多目標優(yōu)化設(shè)計函數(shù)的方程組，從而獲得實現(xiàn)輕量化、可靠性設(shè)計變速器展開求解，獲得測試系統(tǒng)提升解決故障率計算，造成系統(tǒng)的可靠性和計算的可信性，全面深化提升機械式變速器優(yōu)化可靠性設(shè)計的廣泛實踐與應(yīng)用。

總之，為了增強各汽車企業(yè)穩(wěn)步打響市場競爭激烈的戰(zhàn)略發(fā)展措施，因此需要不斷提升機械式變速器設(shè)計功能體現(xiàn)的高科技質(zhì)量水平，同時還要對機械式變速器的性能傾向于人性化的高標準設(shè)計管理理念趨勢。促進我國汽車作為主流發(fā)展道路的科學(xué)技術(shù)，不斷優(yōu)化科技性能保障汽車在行駛過程中的安全可靠性。

4? 結(jié)語

綜上所述，隨著社會促進機械式變速器的發(fā)展趨勢，需要全面提升機械式變速器設(shè)計環(huán)節(jié)，加強可靠性優(yōu)化設(shè)計的科技改良技術(shù)基礎(chǔ)，不斷探索增強變速齒輪和變速檔位及相互切換的汽車整體優(yōu)化功能質(zhì)量、技術(shù)水平，從而有效保障汽車整體質(zhì)量水平達到改進人們出行安全保障的安全穩(wěn)定途徑，為我國汽車制造行業(yè)奠定社會穩(wěn)定發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展趨勢。

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