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摘要：在交通業迅猛發展中，汽車銷售量逐年上漲，汽車的可靠性與安全性更加重要。在汽車設計當中，變速器尤為重要。變速器是將發動機的動力傳輸給汽車，帶動汽車正常行駛的設備。車速調整是通過變速器得以實現，其設計的可靠性會直接決定汽車行使的安全性。本文分析了汽車機械式變速器的可靠性，探究了汽車機械式變速器優化設計的具體情況，闡述了試驗設計與結果，僅供參考。
關鍵詞：汽車；機械式；變速器
1汽車變速器發展歷程
自從汽車變速器出現在人們的視野之后，內燃機成為主要的動力裝置。其中，活塞式內燃機成為汽車應用的裝置類型?；钊絻热紮C的質量較輕、操作方便、體積較小，但是其也存在轉速范圍小與轉矩范圍小等缺陷[1]。因此，可以將變速器與主減速器置入傳動系統中，從而達到增矩、減速的效果，平衡經濟與動力性的問題。變速器的價值主要表現在兩個方面，第一個方面是將傳動比的轉變作為出發點，拓展車輪的轉矩與轉速變動范圍，確保汽車能夠應對各種復雜情況。第二個方面是針對動力傳遞實施中斷處理，協助發動機完成啟動和怠速。從操作方法的不同來看，變速器可以劃分為自動和半自動等不同類型。從傳動比變化來看，變速器可以劃分為無級式、綜合式、有級式。
2汽車機械式變速器的可靠性
2.1變速齒輪。變速器體積是對設計效果產生影響的要素之一。因此，在保證車輛行駛平穩與滿足動力需求的前提下，合理縮小體積。并且，還需要探究動力結構的精密程度，進而減少生產成本。加強研究程度方面，能夠對“機械式”變速器體積帶來直接作用，從而保證其體積在適合的單位之內，并將優化關鍵融入變速器齒輪中。通常情況下，“機械式”變速器的變速齒輪主要是空心結構，其結構框直徑與變速器軸徑溫和[2]。根據實際情況可以得知，將空心結構作為實心結構進行研究，在很大程度上可以縮減研究流程，并且獲取準確地研究結論。從整體情況來看，分析變速齒輪的安全性和可靠性，在這個過程中，大部分參數和系統平穩運行有緊密的聯系，并且對齒輪轉動的重合性作用更加明顯。
2.2變速器軸。變速器是操控應力傳輸的主要構成部件，其機構較為復雜。因此，必須保證變速器結構剛度與穩定性。連接花鍵的目的是便于齒輪運行，荷載承載表現良好，需要具備異向性與最終性?；ㄦI齒根較淺，當變速轉動時，能夠為變速器轉動提供安全性及穩定性的保障。保障軸承具備可靠性，也是主要要點，其應與軸承結構特點保持一致性。正常情況下，第一軸的軸承采取向心球，后軸承是向心球軸承。第二軸的前軸主要采取滾針軸承或者滾子軸承，不斷選擇“單列向心球軸承”。在運行中，需要汽車根據軸承的安全性、可靠性實行規范，進而滿足相關需求。
3汽車機械式變速器優化設計的具體情況
3.1齒輪參數通常情況，采取現代方法設計優化汽車零件系統和機械式變速器，促使有效提高汽車的性能[3]。在這一基礎上，針對汽車零部件和汽車性能等結構，結合數字化核算，進而有效提升汽車的舒適性與實用性。但是對于機械式變速器，采取現代設計方法進行優化后，為保證汽車的性能符合設計要求，從而實現輕量化的目標，需要在優化后的機械式變速器中，進而確保變速器的性能更加穩定。3.1.1確定齒輪參數。在確定初選模數和中心距后，變速器的重量會根據中心距的增加而增加。模數大小會對齒輪強度帶來較大影響，一般采取公式初選的方法明確模數。在確定齒寬和壓力角時，齒輪的抗彎強度與接觸強度會根據壓力角的增加而提升。結合公式計算齒角，若齒角過大，會增加負載，從而齒輪承載力下降。在明確齒數時，計算變位系數后，齒輪重合力度會根據螺旋角斜齒輪而加大，在降低噪音的基礎上。再次計算軸承的軸向力，從而確定輪齒數。通過分析齒輪失效的原因，提升齒輪的承載力，從而確定變位系數[4]。3.1.2計算齒輪強度與尺寸因參數數量比較多，結合具體情況計算齒輪參數。其中，主要包括基圓直徑、變位系數和分度元直徑的計算，必須保證各個數據的精準性。在判斷變速器齒輪有效性的過程中，需要通過計算齒輪強度得以實現。當齒輪出現損壞與故障時，主要表現為齒面膠合和齒輪折斷、齒面點蝕。通過確保齒面具備抗點蝕能力，保證在工作時間中齒輪可以正常工作，結論利用公式獲取。在動力傳遞的過程中，應該保證齒輪處在懸臂狀態，在保證齒輪具備可靠性之后，達到強化機械式變速器的安全性和可靠性的目的。
3.2變速器的模型。將輕量化設計作為發展趨勢的機械式變速器，輕量化設計會導致汽車運行的可靠性檢索，發生可靠性降低的概率增加。在設計變速器的過程中，應該權衡兩者關系，變速器轉動和換擋應該做到對應改變。變速器齒輪的體積縮小為輕量化合計的核心，機械式變速器中包含大量的齒輪，當齒輪的體積之和達到最小，便可作為“輕量化設計”的函數[5]。在機械式變速器中，將bi作為齒輪寬度，di表示齒輪分度元直徑，如公式所示。齒輪傳動采取“漸開線圓柱齒輪”，兩個齒輪分度圓的壓力角與模數在嚙合狀態下是相等的，一擋齒輪與倒擋齒輪之間取相同數值的螺旋角與模數。倒擋傳動比會對倒擋齒輪體積帶來直接的影響，在設計前擋位齒輪之后，倒擋齒輪的各個參數可以結合倒擋轉動比核算。當βi代表i檔齒輪螺旋角，bi代表齒輪齒寬，mni代表齒輪模數。其中，i=1、2、3、4、5。zi代表齒輪齒數，其中，i=1、2、3、4……、10，齒輪系體積公式如下所示。將變速器的傳動比間關系作為依據，將上式轉變成函數，表達是為“F（x）=V”。在明確設計變量之后，建立約束條件，求解目標函數，縮小變速器的系統體積，進而實現可靠性與輕量化兼顧設計的目的[6]。在設計的過程中，考慮到涉及的參數較多和變速器影響因素，設計變速器的復雜性上升。為實現簡化設計，僅將重要參數當作優化設計的變量。其中，公式為。
3.3明確約束條件。3.3.1變速器轉動比約束。轉動系統的最大轉動比約束較多，主要包括最低車速、最大爬坡度、汽車附著力。在路面正常行駛的汽車，必須保證驅動輪不出現打滑的情況。將i0代表“減速器轉動比”，將i1代表變速器轉動比，兩者的乘積是最大的轉動比。約束條件是將驅動輪和附著條件作為依據，公式如下。Temax代表發動機的最大轉矩，約束條件將爬坡度作為主要依據，具體公式如下。3.3.2中心距的約束條件。變速器的體積大小與中心距有直接的關系，需要對其實施約束，進而達到輕量化的目的。在保證設計強度符合需求的前提下，最大程度地縮減中心距的數值，變速器的傳動比值達到最大。并且，還需要確保發動機的轉矩達到最大。
3.4連接的優化設計。連接對汽車機械轉動系統來講具有重要作用，這便要求設計人員采取合理的設計方案，保證連接具有可靠性。在設計的過程中，應該結合鏈接的鏈接信息和結構等進行統一處理，不可以僅考慮某一個要素。整合機械零件的復雜性較高，為保證連接的質量與效率，首要工作是安裝鉚釘和螺栓等連接，這是保證位置精準的主要途徑。為保證機械零件的承受能力達到有關標準，應該采取加工鍵槽和鉆孔的方式，從而進行評估判斷。為保證連接的可靠性，還應該重視接頭的強度與耐磨性。
3.5優化變速器軸承。設計變速器的軸承，能夠為安裝傳動部件提供便利，從而提高變速軸承的流利程度與整體性。從整體情況看，保證軸承的剛度與強度是設計者的主要目標，這便規定工作人員必須重視兩個指標，科學地控制軸承的重量與材料，保證軸段直徑符合標準，從而為設計其他零件奠定基礎。積極分析與設計軸結構，在定力荷載的部位會形成應力荷載，其具有的可靠性也會為優化設計質量提供參考。
4實驗設計與結果
本文采取“多目標函數”的方法作為可靠優化方法，從而將多目標的問題轉變為兩個目標問題。通過線性加權進行求解，根據多目標函數利用統一目標法和線性加權法，將其轉變成單目標函數，最后形成完整的評價函數。權系數是各個單位最優化數值的倒數，W1和W2分別表示目標函數的“加權系數”，、為目標函數最優值。公式為。為提升優化精度，在優化與編程的過程中，采取“多重循環方法”與“VB編程語言”，進而有效解決局部解散和離散變量的問題。在優化的過程中，需要優化、，從而獲得加權系數W1與加權系數W2，對傳動齒輪采取統一的目標函數實現優化工作。通過優化參數，對比改進之前的齒數和模數，改進之后的齒數和模數均減小。改進之后的齒輪體積減少，進而提升變速器可靠性，有效地平衡變速器的可靠性與輕量化設計，為變速器提供決策支持與數據支持。
5結束語
綜上所述，為提升驅動控制器性能，最大程度地滿足安全駕駛的需求，深入探究優化設計機械式變速器的路徑。當代大部分企業的變速器種類為“機械式”變速器。因此，在設計變速器時，應該進行全方面的判斷，通過多元化的設計方式，從多方向和多角度完善變速器，進而滿足變速器可靠性的需求。在嚴格控制優化程度方面，建立“機械式”變速器優化模型，明確螺旋角、齒寬和齒數的約束條件，提升變速器優化設計的完善性與合理性，促使汽車的性能更加穩定。
參考文獻：
[1]劉怡然.汽車機械式變速器優化設計實現路徑分析[J].南方農機，2019，50(24)：32.
[2]李時蕾.汽車機械式變速器優化設計實現路徑分析[J].微型電腦應用，2019，35(5)：139-141.
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[4]吳超.汽車機械式變速器的可靠性優化設計探究[J].技術與市場，2017，24(2)：93.
[5]尤建祥.汽車機械式變速器變速傳動機構可靠性優化設計[J].汽車實用技術，2016(2)：57-58+69.
[6]陳旻.汽車機械式變速器的可靠性優化設計[J].武漢工業學院學報，2016，31(3)：22-25.
作者:林梅 李敏 李曉可 李紅梅 張霞 單位:成都師范學院物理與工程技術學院
