汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计

张青原 贺彪 赵学广

摘要：在交通行业快速发展的推动下，我国汽车行业得到了高速的发展，车辆设计制造技术不断进步。随着人们的生活物质 水平不断提高，对汽车的需求量越来越大，给汽车变速器的设计制造提出了更高的要求。变速器作为企业传动机构中重要的 组成部分，直接影响着汽车的动力性、操作性、轻便性以及经济性。

关键词：汽车机械式变速器；传动机构；可靠性优化设计

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 对汽车机械式变速器变速传动机构的可靠性进行分析

对汽车机械式变速器的传动机构的可靠性进行分析的核心工作 是分析变速器内部的机构当中可靠度的分配是否合理，同时也需要 对汽车机械式变速器内部的机构当中的可靠度分配是否与汽车实际 的操作具有复合性。在具体分析的过程当中，需要对汽车实际运行 环境进行明确，并且了解传动荷载的分布情况和制造成本以及整体 的工艺水平，这些都是对其产生影响的重要因素。而且汽车机械式 的变速器的可靠性能及观点的分析应该放在对齿轮、轴以及花键、 轴承等方面。

分析变速齿轮可靠性的时候需要注意，变速器体积是对设计进 行控制的一个重要的环节，所以需要在满足行车稳定性和动力需求 基础之上减小变速器的比例，并且对动力控制机构的精密性进行分 析，不断的节约相关的制造成本[1]。对程序进行分析，它能够对汽 车机械式变速器的体积产生影响，所以需要将变速器体积控制在可 控范围之内，并且将设计的重点放在变速器齿轮上。汽车的机械式 变速器变速齿轮在制式上一般是空心的，相关的结构框的直径尺寸 和变速器的轴径是相符合的。通过相关的设计可以得出，需要将空 心结构当作实心结构来进行考虑，这样可以使分析的过程相对较为 简化，还能够保证所获取的相关结果更加的可靠和准确。

2 建立变速器可靠性优化设计数学模型

2.1 建立目标函数

变速器可靠性优化设计的数学模型通常情况下都是以变速箱体积最

小化和变速齿轮传动复合度最大化为目标函数，建立这种目标函数

的目的就是为了在保证不影响变速器稳定性和动力传递效率的条件

下进行可靠性优化设计。一般情况下，变速器箱体的体积越小，车

辆整体的制造成本就越低；变速齿轮传动的复合度越大，运行过程

中变速器产生噪音就会越小，传动效率也会提高，而且还有利于降

低传动中的动载荷量。

2.2 选取设计变量

其实汽车机械式变速器齿轮系统的设计关联到多个参数，进行

设计时可以根据实际方向不同选择部分参数作为设计变量。比如，

在进行缩小变速器箱体体积的设计时，可以考虑将齿轮模数、格挡

变速比、齿宽以及螺旋角作为设计变量。

2.3 约束条件的确认

在这个优化设计中，其确定的约束条件分别是：变速器各档传

动比比值约束；变速齿轮可靠性约束；边界约束；变速器中心距约

束；变速器最大傳动比约束和中间轴轴向力平衡约束。

3 机械式变速器可靠性优化设计

3.1 变速器轴的可靠性设计

汽车的机械式变速器轴主要包括轴颈、轴肩、齿轮段和退刀槽和过 渡段。变速器轴的结构非常复杂，前文也提到过，变速器的轴需要 承载变速齿轮，因此，首先要考虑的就是轴的刚性和强度，在确保 刚性和强度的情况下，才能开展其他方面的可靠性优化设计。通过 尽量减少轴径的方法，从而更大程度的提高花键和轴承的工作性能。 在汽车变速器轴的优化设计过程中，最为困难的设计部分一般都是 第二轴的结构，其工况也是最为恶劣的，所以要对第二轴的设计进 行仔细的研究与探讨。

3.2 动力输出轴静强度可靠性设计

由于机械式变速器轴的结构相对复杂，优化时可以考虑用截面 轴取代阶梯轴。因为轴的应力分布情况和危险截面分布情况基本都 是呈现正态分布。所以，在动力输出轴静强度进行可靠性优化设计 时，需要先画出变速器轴的结构简图，根据图纸对各受力点进行受 力分析，得出相应的受力和力距之后，再绘出扭矩和弯距图，确保 轴能够承受危险截面的强度，最后根据规定好的可靠度计算出轴 径。

3.3 动力输出轴刚度的可靠性设计

汽车变速器动力输出轴刚度由轴的挠角、轴扭转角和轴截面偏 转角组成。由于三者都是服从于正态分布的随机变量，设计时可对 着三者分别进行假设。根据变速器的每个档位的受力大小和位置都 有所不同的特点，需要对这三者分别进行计算，但是其基本的计算 方法都是一致的。

结语 ：

综上所述，本研究简单针对汽车机械式变速器转动传动机构的 可靠性的优化设计进行简要分析。因为变速器在汽车来看，它是汽 车的关键的零部件，可靠性会对汽车的整车质量的稳定性和可靠性 产生影响。所以需要对变速器的可靠性进行研究，在进行设计的时 候，也必须将可靠性纳入到设计过程中。只有这样才能够更好地保 证汽车机械式变速器的转动机构能够具有较好的可靠性。

参考文献：

[1]莫愁，陈吉清，兰凤崇.混合动力汽车动力集成传动机构 的设计与分析[J].汽车工程，2016，05（01）：

[2]陈俊武，李娜，武文娟.汽车机械式变速器变速传动机构 可靠性优化设计[J].中外企业家，2016，07（06）：