摘要：随着我国经济的快速发展，汽车在人们的日常生活中已经被普遍使用，同时对于汽车各个部件的性能要求越来越高。现在汽车变速器除了有良好的动力性能外，在一定的工作状况下质量要轻、材料要省、体积要小和成本要低，所以轻量化成为评价变速器设计水平的重要指标之一。对于变速器设计的优化，是在保证部件的刚度和强度合适的条件下，来追求变速器齿轮和轴系质量的最小。基于此，本文首先对汽车机械变速传动机构可靠性的优化设计的原因进行了概述，详细探讨了机械式变速器可靠性优化设计，旨在进一步提高汽车的使用性能。
关键词：汽车；机械式变速器；可靠性优化设计
汽车作为目前我国最重要的交通工具之一，对人们的生活、工作带来了较大的便利。从汽车采用内燃机作为动力装置以来，变速器成为了汽车传动机构最重要的组成部分。变速器不仅能改变汽车的传动比，扩大车轮距和转速的范围，还可以使发动机工作在最有利的工况范围内，对汽车整体的结构稳定以及实用性能有着不可或缺的作用。机械式变速器具有寿命长、稳定性高、成本低等优势，且得到了广泛的应用，但是其也具有体积大、换挡冲击大等劣势，如何改善机械式变速器的结构与使用性能，提高其传动的可靠性，成为了汽车设计人员和技术人员共同关注的热点。
1 进行汽车机械变速传动机构可靠性的优化设计的原因
近年来，随着科学技术的发展，汽车工业也得到了空前的发展，私家汽车逐渐走进了中国的千家万户。正是由于汽车的普遍使用，人们对汽车性能的要求越来越高。众所周知，汽车的动力装置是以内燃机为主，而变速器是汽车传动系统不可或缺的一部分，对汽车性能有着至关重要的影响。汽车变速器主要有以下作用：经过科学地计算与理论分析，来适当地改变汽车的传动比，使发动机处于最好的工作范围内；实现减速，让动力系统停止工作；在发动机旋转方向不变的基础上，实现汽车的倒退行驶功能。合理地优化设计变速器可以降低汽车耗油量，同时增加汽车驾驶平稳性和可操控性，显著提高汽车性能。目前汽车机械变速传动机构被广泛用于汽车中，这种变速器具有传动效率高、使用期限长、设计工艺较为成熟等优点，但同时具有切换档位不稳定、变速器体积大、可靠性不高等自身缺陷，因此对汽车机械变速传动机构可靠性进行优化设计成为了相关研究领域的热点。
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
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。
3.4 联接结构可靠性优化设计
连接结构在汽车变速器传递动力的过程中发挥着重要作用，设计人员在做联接结构可靠性设计时，不能只考虑单方面的原因，而忽视了整体结构的配合性，设计优化联接结构时要结合各零件的形状和配合情况，确保优化之后，各零件之间相互协调。变速器内部的机械零件结构多样，非常复杂，为了提高联接结构的有效性，必须要在各联接处安装其他的辅助零件，如铆钉、螺栓或键等固定件，确保联接稳定和位置准确，同时还要保证有足够大的承载能力。此外，为保证联接结构可靠性，设计人员对紧固件的规格需要进行确定，尽可能采用少规格的标准件。
4 结束语
综上所述，机械式变速器仍是大部分汽车普遍采用的变速器，其功能的稳定性直接关系着汽车的动力性能，因此，研究人员必须对机械式变速器进行深入研究，充分了解机械式变速器的情况，优化设计变速器的齿轮、档位、传动轴等核心部件。我们要通过严格的设计程序和先进的设计方法，保证变速器的安全性与稳定性，提高我国汽车的动力水平，大幅度提高机械式变速器的设计能力。
参考文献：
[1]游年华.汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J].装备制造技术，2016，11：86-87+90.
[2]闫福刚.汽车机械式变速器的可靠性优化设计研究[J].科技风，2016，16：139.
论文作者:刘婷婷
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/15
标签：变速器论文; 汽车论文; 可靠性论文; 结构论文; 优化设计论文; 动力论文; 轴承论文; 《基层建设》2018年第19期论文;