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　　摘要：在汽车的传动系统中，变速器是非常重要的组成部分。变速器的好坏将直接关系到汽车的经济性和动力性、 传动的效率和平稳性、操纵的轻便性和可靠性。而且，随着汽车设计方法的开发以及汽车产业的不断进步，消费者对于 汽车变速器也提出了更高的要求。本文将根据汽车变速器的相关知识对其可靠性设计进行理论分析，进而提出优化的设 计方法，希望能够为具体的生产实践提供指导。 

 

　　关键词：机械式齿轮变速器；可靠性；设计分析 

 

 

　　机械式齿轮变速器在汽车发展史上占据着非常重要 的地位，机械式齿轮变速器因其使用寿命长、效率高、生 产工艺成熟、机械结构简单、保养方便等特点成为运用最 为广泛的变速器。但随着新技术的不断开发应用，无极变 速器与自动变速器在汽车变速器市场占据的份额越来越 大，因为其操作简单的优势明显，使得机械式齿轮变速器 的应用大幅下降。但 AMT 等技术的出现和发展为机械式齿 轮变速器带来了新的春天，因此对机械式齿轮变速器进行 研究，进行可靠性设计分析是非常有意义的。 

 

　　一、汽车变速器可靠性设计的相关知识 1、汽车变速器的发展概述 汽车问世至今已有百余年的历史，汽车的出现为人们 

 

　　生活的改善、世界经济的发展带来了极大的影响，为人类 社会的进步做出了巨大的贡献。变速器在汽车用内燃机作 为动力装置时就成为汽车必不可少的组成部分。往复活塞 式内燃机是现代汽车中应用比较广泛的动力装置，其质量 轻、体积小、使用方便、工作可靠，但它的转速和转矩变 化范围小，如果使用条件的情况比较复杂会对汽车的车速 和牵引力的变化范围提出更高的要求，而往复活塞式内燃 机无法满足这些要求。因此，将主减速器和变速器安装到 汽车的传动系统中，以完成减速增矩的目标来解决性能与 汽车的经济性和动力性之间的矛盾。 

 

　　变速器的功能主要体现在以下方面：一是通过汽车传 动比的改变来使车轮的转速和转矩的变化范围增大，帮助 汽车适应复杂的状况，并且保证发动机的工作处于最佳工 况范围；二是可以使动力传递暂时中断，实现空档来方便 发动机进行怠速、启动等；三是在不改变发动机的旋转方 向的条件下，使汽车能够倒退。根据操纵方式的不同，变 速器可以分为半自动操纵式、自动操纵式与强制操纵式； 根据传动比的变化方式，变速器又分为无级式、有级式与 综合式。 

 

　　2、机械的可靠性设计研究 为了达到机械产品可靠性的需求而进行的设计研究 

 

　　称为机械产品的可靠性设计。现在，国际上使用比较广泛 的可靠性设计方法包括概率设计、可靠性预测、故障树分 析、影响分析以及故障模式等，但是这些方法在国内尚未 得到充分应用。根据进行可靠性设计分析的实践经验与分 析系统在开发阶段的任务可以判断，机械产品的可靠性设 计分析的主要工作内容包括可靠性需求的制定、进行可靠 性分析建模、预计分配研究、故障模式、分析危害性、可 靠性仿真分析、故障树分析等部分，主要集中在工程的研 制阶段、方案和技术指标的论证阶段。从宏观上看，可靠 性分析可以划分为定量设计分析和定性设计分析，其中定 量设计分析是进行机械产品的可靠性设计分析的薄弱环 节和难点，也是今后主要的研究方向。 

 

　　二、新形势下汽车变速器的可靠性优化设计 1、机械优化设计的理论基础 

 

 

　　20 世纪 50 年代数学规划理论的出现和发展是优化设 计的理论基础，60 年代计算机技术的发展为优化设计创 造了有利的条件，将技术人员的精力从繁琐的计算转移到 优化方案的设计上。机械设计中最优化技术的应用始于 60 年代末，其中机构运动参数的优化设计发展较早，在 对凸轮机构、连杆机构等优化设计问题进行研究的基础 上，提出了许多标准化程序。机构动力学优化设计在主动 件力矩、惯性力最优平衡等的优化设计等方面有较大的进 展。最近十几年，机械零部件的优化设计发展迅速，而且 锻压设备、起重运输设备、机床、汽车等的基本工作机构、 基本参数、主体结构等方面的优化设计工作逐渐兴起。 

 

　　随着机械设计优化应用范围的日益广泛，其面临的问 题也越来越多。比如机械产品优化设计中零件标准化、系 列化、通用化的问题，机械优化设计中更高效率方法的挖 掘等，需要相关的研究人员进行更为深入的研究。 

 

　　而计算机辅助设计的出现和发展为上述问题的解决 提供了新的思路。将计算机辅助设计技术引入机械优化设 计方法中能够使优化设计的速度得到极大提升，从而减小 优化设计周期。将计算机辅助设计与优化设计方法结合起 来已经成为进行机械优化设计的新趋势。 

 

　　2、目标函数 

 

　　2.1 最大重合度 最大重合度的前提是给定的中心距，条件是齿轮啮合的平 稳性，目标为保证一对斜齿圆柱齿轮能够有比较大的度量 值。 为其目标函数，其中 、 分别代表端面、轴向的重合值。 

 

　　2.2 中心距最小 中心距最小的设计思路为使一对齿轮间的径向距离最小 化，将优化目标定位为实际中心距最小。 为其目标函数，其中 a 代表理论数值，端面的压力角值和 啮合角值分别由 、 代表。 

 

　　2.3 体积最小 体积最小在机械式齿轮变速器中具体体现为以给定的承 载力为前提，使一对齿轮的体积是最小体积，这同时也是 一般机械设计非常基本的目标。 为其目 

 

　　标函数，其中 b 代表的是齿轮的宽度， 、 分别代表小、大齿轮分度圆的直径。 

 

　　2.4 驱动功率极限发挥率 

 

　　根据不同档位使用频率的差别，在不同使用条件下的对速 比即为驱动功率极限发挥率。 为其 目标函数，其中代表驱动功率发挥极限率， 、分别代表最大和最小车速，代表发动机最大输出功率，w代表档利用率的平均值， 代表 i 档的利用 建筑细部 2014 年 1 期 率系数， 代表计算系数。 

 

    3.对运用算法进行优化 

 

　　随着系统优化设计理论的不断发展，各种新理论、新 技术不断出现，使得优化设计更加的科学、简单。但其自 身的不完善性制约了其应用范围。比如可行方向法、随机 试验法等方法具有程序比较简单的优势，但是其无法完全 解决优化设计中的问题，导致优化设计方法返古现象的出 现。优化运用算法可以将传统优化设计法和遗传算法的优 点结合起来，形成混合遗传算法来扩大其应用范围。 

 

　　结语：可靠性优化设计方法在机械优化设计领域的应 用已经有十几年的历史，但其应用于汽车机械式变速器的 历史还比较短，究其原因主要是汽车机械式变速器具有相 对复杂的结构，而且其不易损坏。而随着科技的不断发展， 人们对于汽车性能的要求也在不断提高，汽车优化设计的 新理论、新方法也随之出现。用传统的设计方法生产的汽 车产品在成本与性能方面已经无法满足人们的要求，因此，我们需要将新理论、新方法引入到汽车产品的设计中， 并且加大计算机辅助设计在优化设计中的参与度，从而使 设计的产品更加适应市场。 

 

　　参考文献： 

 

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