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摘要：近年来，随着科技的不断发展，机械式变速器以及自身制造工艺越来越成熟，而且建造成本低，稳定性较高，因此广泛应用于汽车行业之中。然而从实际设计结果上来看，机械式变速器的应用依然存在很多不足，比如说换挡冲击大、体积较大等问题，严重影响了汽车整体的平稳运行，上述问题需要可靠性的优化设计方案来进行解决。
关键词：汽车机械；变速传动机构；可靠性；优化设计
1机械优化设计介绍
机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论、方法和标准规范等建立反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。
机械优化设计目前是一门比较热门的学科。优化设计已经越来越科学化、系统化，它包含着数学规划方面的理论与方法，同时也与计算机程序设计紧密结合。随着时代的进步，计算机技术发展迅速，在机械优化设计中得到广泛的应用。为使得所期望的指标达到最优，计算机的数值计算可以轻松解决很多问题。有时所期望的指标不止一个，数学规划与计算机设计程序的结合可以清楚的分析其中的问题并解决所遇到的难题，从而使得多目标达到综合最优。优化设计在工程设计中可以大大提高产品的设计效率，同时保证产品的设计质量到达最优。为了得到较为完善的或者最合适的设计方案，优化设计被应用到各个行业领域，机械优化设计在工程设计领域中处于越来越重要的位置，被认为是一种非常重要的科学设计方法。
2分析当前机械式变速器变速传动机构的可靠性
分析机械式变速器变速传动机构的可靠性主要是对其内部各机构之间的可靠度分配情况进行分析，同时也要分析汽车实际操作过程中是否与变速器内部的机构之间的可靠度分配具有复合性。在实际的分析过程中，需要结合汽车的实际运行情况来分析，设计人员首先要对传动荷载的分布情况有一个全面的了解，其次还要了解变速器的制造成本以及整体的工艺水平，进而设计出最佳的优化方案。下面分别对汽车机械式的变速器内部的齿轮、轴以及轴承等机构进行分析。
2.1分析变速齿轮可靠性
想要缩小变速器的体积就要将变速齿轮作为设计重点，在满足汽车运行稳定性和保证充足动力的条件下减小变速齿轮的体积，才能实现缩小变速器箱体的体积。同时还要仔细研究动力控制机构的精密程度，将变速器体积控制在一个合理范围之内，进而实现变速器的可靠性优化设计，并且最大限度减少制造成本。汽车的机械式变速器的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。通过上述结构情况分析，可以从齿轮的制式方面入手进行可靠性优化设计，可以考虑用实心结构来代替空心结构进行设计，这样一来，可以有效的简化分析过程，还能够保证所获取的相关结果更加可靠和准确。在进行机械式变速齿轮可靠性能分析的时候，很多参数会对系统稳定性产生影响，因此还要注意与其它参数之间的关系。
2.2变速器轴的可靠性
变速器是通过箱体内部各种规格的齿轮之间相互啮合来实现不同大小的动力传递，因此，对于变速器轴的可靠性设计也非常重要。变速器轴承载着多个变速齿轮，所以对变速器轴的结构刚度有很大的要求，设计时可以考虑在不改变轴稳定性和刚度的情况下，通过更换制造材料在减少轴的重量，以此提高传动系统的灵活性，同时也能使车辆整体重量变轻，进而减少油耗。
2.3轴承可靠性分析
变速齿轮能够变速器轴上顺利的转动离不开轴承的配合，所以也需要对对轴承的可靠性进行分析。在汽车机械式变速器轴承可靠性分析过程中，应参照相应的汽车轴承可靠性规范进行，兼顾运行可靠性与系统使用寿命的实际需求。根据实际观察，当汽车运行过一段时间之后，变速器轴承出现了较为严重的接触性疲劳损坏，因此，可以将动载荷对于轴承寿命的影响作为可靠性设计的重点内容。
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3机械优化设计理论
3.1机械优化设计理论内容
体现的主要优势就是将机械以及优化两个部分完美结合在一起，借助一些高科技的方式，选择能保障预期的设计目标能够顺利完成的详细方案以及各类参数。目前来看，设计上借助了现代科技的力量以及更加先进的组合方式，也就是时代进步为机械优化制作了前所未有的便捷环境，可以提供不同的方案进行分析以及选择，让思维得到强力扩充，整体上工作量还是会减少很多。
3.2机械优化设计理论方法
首先，原本使用的陈旧优化方式其实与先进的技术以及全新流程是不匹配的，无论是程序上还是方法上，无非是利用一些物理原理来实现的，但是新方法完全不是这样的模式。寻找到更加合理的解决方式，主要特点就是针对性比较强，效率比较高。吸纳性优化则是选择适当的变量以及约束条件，得到合理的目标函数，特点就是求解非常简单，设计精度比较高。非线性规划也是用线性规划的一些概念来实施，主要是非常无约束直接以及间接的方法，特点就是有着比较广的设计范围，稳定性非常高，精度也比较好，操作起来简单实用。
其次是现代设计理论，与传统的设计理论有一定差别，并不需要针对变量以及约束条件进行分析以及总结，采用的是遗传方法、模拟退火法等，取得最佳的结果，并不需要凭借直观的感觉以及经验，只是分析方案的强度以及刚度，不断进行校核，这样可以让设计方案达到最佳的程度。
4可靠性优化设计
4.1可靠性优化设计的概念
可靠性是让产品达到确定功能的一种特性，可靠性的优化设计就是为了保证产品在工作中不会产生损坏，采用的一种设计方法以及准则。要想实现可靠性的优化，就要强化安全性以及系统性。可靠性优化是综合性强的一个设计领域，将概率学、数理统计等多个领域结合在一起，实现对设计的优化，常用的设计涉及到设计变量，设计人员可以用概率以及统计的方法对参数以及尺寸进行优化，这种设计方法可以分成优化目标的优化设计以及约束条件的优化设计两种。
4.2变速器轴可靠性设计
变速器轴在机械变速中是非常关键的一项传动部件，熟知的一些变速器中，所有的旋转部件都是在轴上进行安装的，并借助轴实现了定位。设计人员在变速器轴的设计上要注意三个方面，分别是刚度、硬度以及材料重量。前两个因素是最关键的，在前两个因素满足的情况下，尽可能优化重量以及材料。主要内容进行确定轴段的直径，为其他部门要留出足够的空间，适当提升同步能力以及操作换挡，让操作变得更加轻便可靠，提升操作换挡的舒适性。
4.3联接可靠性设计
联接是汽车机械变速中同样非常关键的部分，设计人员在这部分的优化设计中，一定要保证联接机构与各零件配合系统，不要只考虑到一个方面的设计，忽视了整体性上的配合。机械零件种类繁多，为了让联接更加有效，就要设计好安装联接件，保证零件位置的准确性，并具备足够的承载力，保证联接的稳定性以及可靠性。
结语：
综上所述，通过对机械式变速器变速传动机构的可靠性进行优化能够确保汽车的运行的可靠性和平稳性。在此基础上，采用建立目标函数与模型的方式，对变速器进行优化，弥补传统变速器设计中存在的不足之处。相信在未来，随着科技发展的不断进步，机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计一定会得到更进一步的发展。
参考文献:
[1]李鹏飞.汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计[J].科技传播,2014,6(17):195+201.
[2]刘逸潇.汽车机械变速传动机构可靠性的优化设计[J].中国新技术新产品,2014(07):95.
[3]刘江.汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计[J].企业技术开发,2012,31(02):90+94.
论文作者:孟庆杰,史铁龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
标签：变速器论文; 可靠性论文; 优化设计论文; 汽车论文; 机械论文; 机构论文; 方法论文; 《电力设备》2018年第32期论文;