汽車機(jī)械式變速器現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用研究

張正旭

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的汽車行業(yè)正在不斷進(jìn)步，已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用現(xiàn)代化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出了一片大好的發(fā)展趨勢(shì)。變速器作為汽車的重要組成部分，能夠直接對(duì)汽車的正常行駛和性能產(chǎn)生較大的影響。在當(dāng)前時(shí)代背景下，社會(huì)人民群眾的生活水平得到了大幅提升，汽車已經(jīng)大范圍普及到人們的生活之中，社會(huì)人民群眾也因此對(duì)汽車提出了更高的要求。所以，為使社會(huì)人民群眾的需求得到滿足，就需要在提高汽車性能和質(zhì)量的情況下，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出質(zhì)量高、性能強(qiáng)的變速器，并應(yīng)用到汽車之中，以此來(lái)推動(dòng)汽車行業(yè)良好的發(fā)展腳步。本文將針對(duì)汽車機(jī)械式變速器現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析，闡述出對(duì)汽車機(jī)械式變速器齒輪和檔位的優(yōu)化設(shè)計(jì)，希望能為汽車的設(shè)計(jì)工作提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：汽車機(jī)械式變速器 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 應(yīng)用研究

Research on the Application of Modern Design Method of Automobile Mechanical Transmission

Zhang Zhengxu

Abstract：With the rapid development of social economy， China's automobile industry is making continuous progress， and it has begun to use modern methods for design， showing a great development trend. As an important part of the car， the transmission can directly have a greater impact on the normal driving and performance of the car. In the context of the current era， the living standards of the people have been greatly improved， and automobiles have been widely used in people's lives. Therefore， the people in the society have put forward higher requirements for automobiles. In order to meet the needs of the social masses， it is necessary to use modern design methods to design high-quality and high-performance transmissions and apply them to automobiles in order to improve the performance and quality of automobiles. This paper will research and analyze the application of modern design methods of automobile mechanical transmission， and expound the optimal design of the gear and gear of automobile mechanical transmission， hoping to provide some help for the design of automobiles.

Key words：automotive mechanical transmission， modern design method， applied research

1 引言

在社會(huì)發(fā)展下的今天，各種新型技術(shù)橫空出世，有效促進(jìn)了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)。在汽車的構(gòu)件之中，變速器非常重要，需要對(duì)變速器的性能和質(zhì)量進(jìn)行充分保證，確保變速器能夠與我國(guó)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相符。在設(shè)計(jì)變速器的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)其成本進(jìn)行有效控制，使變速器的質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，充分發(fā)揮出變速器的作用和價(jià)值。在進(jìn)行變速器的設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)變速器的材料、體積和重量加以重視，選用較為輕便的材料，以此來(lái)縮小變速器的體積，減輕變速器的重量。除此之外，由于變速器比較復(fù)雜，具有較高的設(shè)計(jì)難度，所以，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用專業(yè)水平較高、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保變速器能夠符合相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，還需要對(duì)變速器的設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的完善，使變速器的精準(zhǔn)程度得到進(jìn)一步提高，從而對(duì)變速器的良好性能進(jìn)行充分保證。

2 汽車機(jī)械式變速器的基本狀況和設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 汽車機(jī)械式變速器的基本狀況

在當(dāng)前時(shí)代背景下，自動(dòng)變速器技術(shù)在我國(guó)汽車行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，在汽車制造生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到70%，該技術(shù)主要是將行星齒輪組和結(jié)合液力變速器，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。但因該技術(shù)存在許多問(wèn)題，比如，零部件過(guò)多、維修、保養(yǎng)不便以及無(wú)法連續(xù)傳動(dòng)等，所以，我國(guó)汽車行業(yè)針對(duì)變速器技術(shù)進(jìn)行了不斷的探索，發(fā)現(xiàn)CVT變速技術(shù)能夠運(yùn)用可變從直徑、傳動(dòng)帶配合主動(dòng)輪的方式進(jìn)行動(dòng)力傳輸，使傳動(dòng)比得到了有效改善，如此一來(lái)，變速器就可以有效配合發(fā)動(dòng)機(jī)，呈現(xiàn)出較好的工作狀態(tài)，進(jìn)一步提高了汽車的性能。通過(guò)調(diào)查顯示，當(dāng)前汽車行業(yè)主要采用兩種變速器，分別是AT變速器和CVT變速器，兩種變速器的各個(gè)方面完全不同，AT變速器又被稱為自動(dòng)變速器，主要是運(yùn)用行星齒輪進(jìn)行變速，能夠根據(jù)車速的變化和油門踏板的程度進(jìn)行自動(dòng)變速，而車輛駕駛?cè)藛T只要控制加速踏板對(duì)車速進(jìn)行控制。AT變速器主要由三個(gè)部分構(gòu)成，分別是液力變矩器、行星齒輪以及液壓操縱系統(tǒng)，運(yùn)用液力傳遞與齒輪組合來(lái)實(shí)現(xiàn)變速變矩。CVT變速器又被稱為無(wú)級(jí)變速器，與有級(jí)變速器的不同在于CVT變速器并沒(méi)有明確的檔位，與自動(dòng)變速器在操作上有些類似，但因其速比的變化與自動(dòng)變速器的跳檔過(guò)程不同，而是連續(xù)的，所以，搭載CVT變速器的汽車動(dòng)力傳輸持續(xù)且順暢。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，CVT變速器的結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)變速器更加簡(jiǎn)單，體積也相對(duì)更小，并沒(méi)有手動(dòng)變速器的齒輪副，也沒(méi)有自動(dòng)變速器的行星齒輪組，主要是靠主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和及金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)速比的無(wú)極變化。從實(shí)際情況看來(lái)，機(jī)械式變速器的發(fā)展前景相對(duì)較好，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法能夠讓機(jī)械式變速器達(dá)到最佳的狀態(tài)，汽車的性能也能夠得到進(jìn)一步提高，從而為社會(huì)人民群眾的出行安全進(jìn)行充分保證[1]。

2.2 汽車機(jī)械式變速器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

通過(guò)調(diào)查顯示，汽車機(jī)械式變速器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)。第一，機(jī)械式變速器應(yīng)具有較強(qiáng)的動(dòng)力。對(duì)于卡車來(lái)講，機(jī)械式變速器非常重要，在承受高壓和重力的情況之下，機(jī)械式變速器就需要配合發(fā)動(dòng)機(jī)，使車輛能夠產(chǎn)生較大的牽引力。第二，機(jī)械式變速器應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)性和協(xié)調(diào)性。從實(shí)際情況看來(lái)，我國(guó)多數(shù)的機(jī)動(dòng)車駕駛員培訓(xùn)學(xué)校之中，教練車輛大多都是機(jī)械式變速器，能夠讓機(jī)動(dòng)車駕駛員具有扎實(shí)的基礎(chǔ)，而且機(jī)械式變速器的教練車輛安全性相對(duì)較高，能夠有效培養(yǎng)駕駛員的駕駛技術(shù)。除此之外，我國(guó)許多駕齡較長(zhǎng)的司機(jī)對(duì)于機(jī)械式變速器也是非常喜愛(ài)，在駕駛搭載機(jī)械式變速器的車輛時(shí)，能夠感受到最純粹的駕駛樂(lè)趣。第三，對(duì)于我國(guó)多數(shù)社會(huì)人民群眾來(lái)講，機(jī)械式變速器的汽車性價(jià)比最高，不僅具備較高的穩(wěn)定性和安全性，而且燃油消耗較低，具有較好的經(jīng)濟(jì)性[2]。

3 變速器齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)

齒輪作為變速器的主要組成部分，齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)能夠?qū)ψ兯倨鞴δ艿陌l(fā)揮起到支撐作用，所以，變速器功能會(huì)受到齒輪質(zhì)量的影響。在設(shè)計(jì)變速器的過(guò)程中，需要齒輪的設(shè)計(jì)加以重視，合理設(shè)置齒輪的齒數(shù)和壓力角，并運(yùn)用合理的方式優(yōu)化齒輪，使齒輪的承載能力得到進(jìn)一步提升，以此來(lái)對(duì)變速器的正常運(yùn)行進(jìn)行充分保證。在當(dāng)前時(shí)代背景下，需要采用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法分析機(jī)械式變速器在設(shè)計(jì)中存在的不足，然后制定出有效措施進(jìn)行改善，對(duì)齒輪的多方因素進(jìn)行充分考慮，從而保證機(jī)械式變速器齒輪各項(xiàng)參數(shù)的合理性[3]。

3.1 對(duì)齒輪模數(shù)及壓力角進(jìn)行合理控制

從實(shí)際情況看來(lái)，齒輪厚度和齒輪的模數(shù)之間存在些許關(guān)聯(lián)，齒輪的厚度會(huì)隨著齒輪模數(shù)的增加或減少而進(jìn)行變化，所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要合理的控制齒輪的模數(shù)，確保各個(gè)齒輪都具有匹配的模數(shù)，使齒輪能夠正常的投入使用，進(jìn)而發(fā)揮出機(jī)械式變速器的功能。除此之外，為降低制作齒輪的難度，減少加工齒輪的成本，需要讓齒輪的模數(shù)統(tǒng)一，以免齒輪制作的難度和加工的成本進(jìn)一步增加。不僅如此，在確定齒輪的模數(shù)時(shí)，需要進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算，與齒輪材料和扭矩傳遞的大小進(jìn)行結(jié)合后確定齒輪的模數(shù)，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)最小中心距進(jìn)行計(jì)算。在選擇壓力角時(shí)，應(yīng)當(dāng)與漸開(kāi)線的受力方向和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行結(jié)合后確定壓力角，壓力角大小通常和漸開(kāi)線之上的點(diǎn)離基圓距離有著直接的關(guān)系[4]。

3.2 確保齒輪寬度和螺旋角能夠與標(biāo)準(zhǔn)相符

在進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)齒輪的工作要求進(jìn)行充分考慮，與此同時(shí)，還要最大程度對(duì)變速器體積和重量進(jìn)行降低。除此之外，齒輪寬度應(yīng)當(dāng)適宜，如若齒輪寬度較小，那么就會(huì)直接降低齒輪的承載能力，致使齒輪不能對(duì)變速器的需求進(jìn)行滿足，進(jìn)而也就無(wú)法對(duì)齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定性進(jìn)行保證。不僅如此，在設(shè)計(jì)齒輪螺旋角時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照實(shí)際情況來(lái)對(duì)輪齒的傾斜度進(jìn)行合理的控制，使斜齒輪能夠充分發(fā)揮出自身的作用和價(jià)值，齒輪的承載能力也能夠得到進(jìn)一步的提高[5]。

3.3 控制齒輪的齒數(shù)和變位系數(shù)

在設(shè)計(jì)齒輪齒數(shù)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性，如果齒輪的齒數(shù)過(guò)小，那么就會(huì)導(dǎo)致最小的齒輪不能達(dá)到跟切的效果，并且，主傳動(dòng)平穩(wěn)性的要求也無(wú)法得到滿足。為使齒輪使用年限得到進(jìn)一步增加，需要對(duì)齒輪的變位系數(shù)進(jìn)行控制，確保變速器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度能夠與規(guī)定要求相符[6]。

3.4 做好齒輪修正、驗(yàn)證工作

為確保齒輪能夠與變速器的設(shè)計(jì)要求相符，需要對(duì)齒輪參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)定。由于齒輪的性能和質(zhì)量和變速器關(guān)系緊密，就需要科學(xué)的進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)，以此來(lái)保證變速器性能能夠符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。為對(duì)齒輪性能進(jìn)行保證，需要對(duì)齒輪進(jìn)行修正，確保齒輪能夠符合多方要求，使齒輪能夠呈現(xiàn)出最佳的使用狀態(tài)。相關(guān)人員在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算，確保軸向能夠和尺寸能夠保持相同，使齒輪噪音進(jìn)一步下降，進(jìn)而提高齒輪的性能[7]。

4 變速器檔位的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)查顯示，由于汽車的種類過(guò)于豐富，變速器種類也因此非常多樣，因汽車實(shí)際情況和使用途徑不同，對(duì)于變速器的要求也各不相同。為保證汽車具有安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，需要優(yōu)化當(dāng)前的機(jī)械式變速器，并使用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來(lái)使汽車的各項(xiàng)要求得到滿足。機(jī)械式變速器檔位的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。第一，對(duì)變速器檔數(shù)進(jìn)行合理的控制。由于汽車性能和檔數(shù)有著直接的聯(lián)系，設(shè)計(jì)變速器檔數(shù)能夠使汽車的動(dòng)力得到改善。合理增加變速器檔位，能夠進(jìn)一步增加發(fā)動(dòng)機(jī)提供較大功率的概率，汽車的加速能力和爬坡效果也能夠得到明顯提高，汽車性能也會(huì)因此得到改善。除此之外，還需要對(duì)燃油耗損進(jìn)行降低，減少使用汽車的成本，提高汽車的綜合性能。但因增加檔數(shù)會(huì)導(dǎo)致變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有較高的復(fù)雜性，而且駕駛汽車的換擋頻率也會(huì)增加，汽車的操作難度也就會(huì)進(jìn)一步增加。所以，在設(shè)計(jì)變速器檔位時(shí)，需要對(duì)汽車的要求進(jìn)行充分考慮，然后確定是否有無(wú)增加檔數(shù)的必要。第二，對(duì)變速器檔位的傳動(dòng)比進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算。因汽車的使用環(huán)境、設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和傳動(dòng)比有著直接的關(guān)系，所以，不同的車輛也會(huì)在傳動(dòng)比上出現(xiàn)差異。通過(guò)調(diào)查顯示，普通轎車的傳動(dòng)比通常在2至5，中小型貨車的傳動(dòng)比通常在6至8，大型貨車的傳動(dòng)比與之相比也會(huì)更大。所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程總，需要考慮汽車的使用環(huán)境，科學(xué)的設(shè)計(jì)汽車的傳動(dòng)比，以此來(lái)對(duì)變速器的性能進(jìn)行充分保證[8]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前時(shí)代背景下，各種新型技術(shù)橫空出世，許多現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法被廣泛應(yīng)用在汽車行業(yè)之中。在設(shè)計(jì)機(jī)械式變速器時(shí)，運(yùn)用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法能夠使變速器的性能得到進(jìn)一步提高，經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算之后，還可以在一定程度上減少變速器成本，充分體現(xiàn)出變速器的優(yōu)勢(shì)，從而保證社會(huì)人民群眾的出行安全，推動(dòng)汽車行業(yè)良好的發(fā)展。

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