汽车手动变速器的优化设计分析与研究

倪海明

摘要：汽车手动变速器的影响因素非常多，为了能够保证手动变速器的性能，需要加强手動变速器各项影响参数分析，针对性展开优化设计，从而保证手动变速器使用性能。基于此，本文重点探究汽车手动变速器优化设计方案。

关键词：手动变速器 优化设计 方案

引言：在汽车运行当中，手动变速器作为汽车底盘系统中十分重要的传动部件，可以实现汽车的加速、减速、倒车等，司机通过操作变速杆控制变速器，将输出动力、转速传给传动轴，这样即可为发动机提供动力，从而实现汽车的各项功能。变速器内部包括变速操纵机构、变速传动机构构成。其中传动机构可以改变转矩、转速的方向与参数：操纵机构可以将操作者换挡变速动作传递给传动机构，变换传动比，实现汽车换挡，实现变速、变矩。为了能够保证汽车的运行功能，需要进一步加强变速器优化设计，保证汽车行驶的舒适度。

一、变速器主要零件结构设计方案分析

变速器零件设计需要同时满足性能、生产条件、维护以及“三化”要求。确定变速器结构方案过程中，重点考虑齿轮形式、换挡结构形式、轴承形式、润滑、密封等多样因素。

（一）齿轮形式。相比直齿圆柱齿轮来说，斜齿圆柱齿轮的使用寿命更长，工作噪声低，但是制造工艺复杂，运行中存在着轴向力。变速器常啮合齿轮多数都是采用斜齿圆柱齿轮，虽然会增加啮合齿轮数量，提升传动惯性，但是实用性更强。直齿圆柱齿轮多数应用于抵挡、倒挡，本文的优化设计方案中倒挡采用常啮合方案，所以倒挡也采用斜齿轮传动，只有一档采用直齿圆柱齿轮。

（二）换挡结构。直齿滑动齿轮换挡由于紧凑、结构简单，但是换挡过程不轻便、齿轮断面受到较大的冲击，会家具滑动花键磨损、齿轮寿命降低、噪声大等因素，所以除了一档、倒挡外，其他挡位不适用。

同步器换挡能够确保换挡中不受冲击，可以保证齿轮强度，操作轻便、换挡时间少，能够提升汽车加速性、经济性、安全性，还能够实现自动化操纵。但是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸大，但是随着科学技术不断发展，这些问题已经逐步被解决。

本文设计采用了锁环式同步器，可以通过摩擦作用实现同步。但是在结构层面上可以保证结合套、待啮合花键齿圈达到同步前不接触，避免冲击发生噪声，从而保证变速器性能和使用寿命。

（三）设计要求。由于变速器设计当中需要考虑的因素非常多，例如怎样布置变速器总体方案、总传动比、各个挡位传动比以及各个轴的长度、直径和齿轮模数、齿数等。在设计当中需要针对性对各个零部件进行标准化设计，得出总装配图、零部件图，还要对各个零部件强度进行校核，在此基础上展开虚拟装配、三维建模、运动仿真分析。为了能够确保变速器具备以上功能，需要做到以下几点要求：

1.确保变速器传动比、挡位数满足实际标准，确保和发动机参数相互配比，保证变速器动力性良好，并控制成本。2.设置空挡确保发动机和传动系长时间分离。3.通过变速箱内的倒挡实现汽车倒车。

二、科学设置变速器参数

（一）各个档位速比配置。由于传动比方法非常多，所以要科学选择各挡速比配置。例如轻型货车变速器传动比范围大约在5-6.所以在选择最低挡传动比过程中，需要结合汽车最大爬坡度、驱动齿轮与路面附着力、汽车最低稳定性、减速比、驱动车轮滚动半径等因素综合考虑。

（二）齿轮设计。在齿轮设计当中，需要重点控制齿轮模数，最大荷载、疲劳强度决定了齿轮模数。在齿轮模数设计当中，如果增加齿轮宽度、减少模数方案，虽然这样可以能降低变速器的运行噪声，但也降低了变速器的性能，所以要适当的增加模数、减小齿轮宽、中心距。齿宽对轴向尺寸、运行稳定性、齿轮受力性、齿轮强度等都有直接影响，需要以根据齿轮模数确定齿轮宽度。在参数设计中想，需要考虑第二轴一档齿轮数量、中间轴一档齿轮数量、第二轴一档齿轮与中间轴一档齿轮螺旋角。本文通过对小货车变速器设计中发现，货车齿数大约在12-17之间，第二轴一档齿数最佳为49;中间轴一档齿数为14。修正中心距，大约在116-118mm之间，主要是结合第二轴、中间轴中心距确定，从而得到常啮合传动齿轮副齿数。同时，常啮合传动齿轮与一档齿轮中心距相同。最后，同样采用相同方法确定其他档位齿数以及倒挡齿轮齿数。其中，中间轴上倒挡传动齿数相比一档齿数略少一些。

齿轮变位系数也是设计中非常重要的一环。变位齿轮能够避免齿轮出现根切、配凑中心距等，同时也会影响齿轮强度，提升使用平稳性、耐磨性、抗胶合能力以及降低啮合噪声。总变位系数和齿轮厚度、齿根、抗弯度成正比，考虑到齿轮刚度低，容易吸收冲击振动，所以适当的降低总变位系数可以降低噪声。因此，除了一档、二挡、倒挡外，其他各挡齿轮总变位系数可以适当小一些，从而获取更低的噪声传动。

（三）轴承选择。在轴承选择中，第一轴使用深沟球轴承，采用齿轮轴方法，在发送机分轮上固定一端齿轮轴：第二轴和花键主要是采用渐开线花键连接，由于渐开线花键齿根更厚，应力集中度低、高强度、定心性好。同时，对每个工作元器件进行润滑，第二轴滚针、齿轮应用过盈配合方案，由于中间轴中具有非常多的花键，而应用渐开线花键可以确保齿轮之间的配合性能。变速箱壳体为上下箱，为了保证变速箱接缝位置良好的密封性，需要在壳体接缝位置涂抹水玻璃、封闭油漆。如果是采用左右箱体的连接方案，可以将左箱体凸出位置卡在发动机上，该方法可以让拆卸、安装更加便捷。

结束语：综上所述，为了能够有效提升汽车变速器的设计效能，需要不断加强变速器设计优化工作，合理选择变速器硬件、科学实际元器件参数。在设计前，要推出可行性方案，结合实际设计情况进行整改，采用计算机模拟校核确定最终设计方案，这样才能够改善变速器设计质量。