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汽車(chē)變速器可靠性設(shè)計(jì)研究
（作者未知） 2011/9/28
摘要:汽車(chē)變速器是整個(gè)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中相對(duì)關(guān)鍵的一個(gè)部件，其設(shè)計(jì)的好與壞將直接影響汽車(chē)實(shí)際使用性能，文章對(duì)汽車(chē)變速器的可靠性設(shè)計(jì)做了理論上的推導(dǎo)，最后還對(duì)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法的具體運(yùn)用提出了一個(gè)可操作框架。
關(guān)鍵詞:機(jī)械式變速器；可靠性；優(yōu)化設(shè)計(jì)
0前言
汽車(chē)的發(fā)展史上，機(jī)械式齒輪變速器有著主要的地位，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，瞬時(shí)傳動(dòng)系數(shù)為一個(gè)常量、效率高，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)工藝成熟通用，保養(yǎng)便捷。因此機(jī)械式齒輪變速器是目前運(yùn)用廣泛的汽車(chē)變速器。隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，新技術(shù)的不斷運(yùn)用，自動(dòng)變速器和無(wú)極變速器在汽車(chē)上也大量運(yùn)用，它們的操作簡(jiǎn)易的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，使得機(jī)械式齒輪變速器的市場(chǎng)占有率逐步下降。但近來(lái)AMT技術(shù)的出現(xiàn)又為機(jī)械式齒輪變速器帶來(lái)了新的活力，因此對(duì)于機(jī)械式齒輪變速器的研究還是有一定意義的。針對(duì)以上分析，文章對(duì)汽車(chē)機(jī)械式變速器的可靠性設(shè)計(jì)做相關(guān)研究[1]。
1相關(guān)研究
1.1機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析是指為滿足機(jī)械產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的功能性設(shè)計(jì)。目前世界上已廣泛使用的如故障模式及影響分析、故障樹(shù)分析、可靠性預(yù)測(cè)、概率設(shè)計(jì)等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法及手段在國(guó)內(nèi)的可靠性設(shè)計(jì)方面應(yīng)用還不充分。分析系統(tǒng)研制階段的主要任務(wù)，并結(jié)合工程實(shí)際中開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)分析工作的經(jīng)驗(yàn)可知，各種可靠性設(shè)計(jì)分析工作主要集中在技術(shù)指標(biāo)論證階段、方案論證階段和工程研制階段，包括可靠性要求制定、可靠性建模、預(yù)計(jì)分配、故障模式影響、危害性分析、故障樹(shù)分析和可靠性仿真分析等�？煽啃栽O(shè)計(jì)分析工作從宏觀上可以分為定性設(shè)計(jì)分析和定量設(shè)計(jì)分析，可靠性定性分析方法相對(duì)應(yīng)用廣泛，并且得到了工程驗(yàn)證，而定量設(shè)計(jì)分析的方法則是機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)分析中的難點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，特別是在數(shù)字化環(huán)境中如何利用CAD/CAE工具進(jìn)行定量的機(jī)械可靠性參數(shù)設(shè)計(jì)也是今后重要的發(fā)展方向[2]。
1.2汽車(chē)變速器相關(guān)研究對(duì)機(jī)械式變速器來(lái)說(shuō)，在最大傳動(dòng)比的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)需要將負(fù)荷最大爬坡度、低檔最大動(dòng)力輸出、最大附著力輸出以及最低穩(wěn)定車(chē)速輸出當(dāng)作設(shè)計(jì)的約束條件。汽車(chē)機(jī)械式變速器最小和最大傳動(dòng)比確定后，還需要確定中間各檔的傳動(dòng)比。通常，中間各檔傳動(dòng)比的確定需要考慮較多的因素，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定的難度，設(shè)計(jì)者一般采用以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。從理論上來(lái)說(shuō)，檔位增多可以?xún)?yōu)化汽車(chē)的整體動(dòng)力燃油比，但如果變速器前進(jìn)檔位超過(guò)5個(gè)時(shí)，會(huì)使整個(gè)變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，操作者的操縱也相應(yīng)變得復(fù)雜，因此，機(jī)械式變速器檔位通常不超過(guò)5個(gè)。從以上分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于變速器每個(gè)檔位具體傳動(dòng)比的分配目前還沒(méi)有一個(gè)可以量化、精確化的操作方法，都是經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定的具體比值，不符合設(shè)計(jì)過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性，存在明顯缺陷。伴隨著設(shè)計(jì)方法的主觀因素大，在評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方法上，同樣還沒(méi)有一個(gè)量化可行的評(píng)價(jià)模式。文章針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)理論推導(dǎo)，提出了一種機(jī)械式變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
2汽車(chē)變速器可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)
2.1目標(biāo)函數(shù)中心距最小，是為了最小化一對(duì)齒輪間的徑向尺寸，從而采取實(shí)際中心距最小作為優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)計(jì)思路，其目標(biāo)函數(shù)為f=acosαt/cos’αt。在上式中a為理論值，αt為端面壓力角值，cos’αt為端面嚙合角值[3]。最大重合度，是以給定的中心距為前提，齒輪嚙合平穩(wěn)煤炭技術(shù)基本混合遺傳算法流程框架的條件下，目標(biāo)使一對(duì)斜齒圓柱齒輪擁有較大的度量值，其目標(biāo)函數(shù)為f=1/εα+εβ1 1。上式中：εα為端面重合值，εβ為軸向重合值。體積最小，是一般機(jī)械設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)，具體到機(jī)械式齒輪變速器上就是要求在一定承載能力前提下，使一對(duì)齒輪體積為最小。其中目標(biāo)函數(shù)為f=π4×d2a1+d2a21 1×b，式中da1是小齒輪分度圓的直徑，da2是大齒輪分度圓的直徑，b是齒輪寬度。驅(qū)動(dòng)功率極限發(fā)揮率，是在結(jié)合每個(gè)檔位使用頻率不同的情況下，不同的使用條件對(duì)速比值，其目標(biāo)函數(shù)為Pdlim=Pemaxvmax-vmin1 1-ni=1ΣwiwAiPemaxvmax-vmin1 1，上式中Pdlim為功率發(fā)揮極限率，Pemax為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率，vmax為最大車(chē)速，vmin為最小車(chē)速，Ai為計(jì)算系數(shù)，wi為第i檔的利用率系數(shù)，w為各檔利用率系數(shù)平均值。
2.2約束條件
2.2.1最大傳動(dòng)比約束條件最大傳動(dòng)比定義為：變速器I檔傳動(dòng)比i1和主減速器傳動(dòng)比i0的積。它受汽車(chē)路面的附著力和汽車(chē)最大爬坡度兩個(gè)條件影響，其推導(dǎo)如下：由驅(qū)動(dòng)輪與路面附著條件得：i1≤G2φrrTemaxi0ηΤ；得到約束條件：g11X 1=i1-G2φrrTemaxi0ηΤ≤0；根據(jù)最大爬坡度：i1≥mg fcosαmax+sinαmax1 1rrTemaxi0ηT；則有：g21X（未完，下一頁(yè)）
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