吕平 张敏申
陕西铁鹰特种车有限公司，陕西 宝鸡722405
摘要：对于汽车传动系统而言，变速器是其重要结构，变速器的性能可能在一定程度上影响汽车的整体性能。现阶段，尽管自动化变速器技术已经得到了显著发展，但是由于传统手动机械式变速器所呈现出的结构通常相对简单，且具有较高的传动效率，成本低廉，因此在市场中仍然具有较大的份额。为此，本文将提出合理的机械式变速器优化设计路径，希望可以推动机械式变速器技术的发展。
关键词：机械式变速器；优化设计；现状
在我国经济高度发展的背景下，随着居民收入水平的持续提升，汽车的产量和销量也得到了显著增长。对于汽车而言，变速器是一种十分重要的部件，在选用变速器装置时，需要充分关注其成本和经济性，同时，尊重客户的实际需求。尽管自动变速器是行业未来的主要发展方向，然而，仍然不可忽视机械式变速器的应用价值，为此，需要积极展开对于机械式变速器的优化设计。
1 汽车变速器的发展史
自汽车变速器诞生以来，便将内燃机作为主要的动力装置，其中尤以活塞式内燃机应用最为广泛。活塞式内燃机的质量一般相对较轻，且体积较小，便于操作，然而，与此同时，也常表现出转速和转矩范围过小等弊端。为此，需要在传动系统之中融入变速器和主减速器装置，以实现良好的增距和减速效果，让变速器的经济性和动力性达到良好的平衡状态。变速器的价值通常展现在两个主要方面，其一是以传动比的转变作为重要出发点，让车轮转矩和转速变动范围可以得到充分拓展，让汽车得以充分应对各类复杂情况；其二是针对动力传递进行中断处理，同时，与发动机相协调，实现启动和怠速处理。基于操作方法的视角予以分析，发现可以将变速器分成自动化和半自动化两种形式，基于传动比变化的视角进行分析，一般可以将变速器分成无极式、有极式和综合式几种类型[1]。
2 汽车机械式变速器的优化设计
2.1 相关齿轮参数
首先，要求确定具体的齿轮参数值。在实施机械变速器设计时，要求充分关注中心距和初选模数等问题。通常而言，机械式变速器的重量和中心距的长度成正比例关系，而齿轮的强度则一般与模数大小存在高度关联。在工作实际之中，一般结合既定的公式选择具体的初选模数，如压力角和齿宽等，压力角可能对齿轮的接触强度和抗弯强度产生巨大影响，随着其齿角的不断增加，也相应提高了其负载量。在确定具体的齿数信息时，要求针对变位系数实施综合计算，结合螺旋角的斜齿轮实现良好的齿轮重合力提升效果，在削弱噪音的基础上，提高齿轮的强度。同时，深入分析造成齿轮失效的主要原因，并据此展开对于变位系数的针对性调整。
其次，确定标准齿轮的规格和强度。在齿轮计算过程中可能会涉及许多不同的参数，要求与实际情况相结合予以计算，在此过程中，可能运用到变位系数、分度圆直径、节圆直径等多种不同参数，要求尽力保障参数的准确性，以免影响计算结果的整体准确性。
同时，在汽车动力传递阶段，要求充分确保齿轮的状态，以提升齿轮的可靠性为前提，深入落实轻量化设计理念，让机械式变速器运行的稳定性得到充分保障。
2.2 设计模型
现阶段，在进行汽车机械式变速器设计时，通常采取轻量化设计的方式，以便充分提升汽车运行的可靠性。在实际设计阶段，为了在最大程度上缓解机械式变速器可靠性和质量之间存在的矛盾，要求针对此类因素予以细致全面分析，明确把握二者之间的关系，并以此为前提进行权衡。在汽车实际运行阶段，如果驾驶员在实施换挡操作时调整了变速器的转动比，则可能相应降低齿轮系统的体积。为此，要求结合机械式变速器齿轮体积确定具体的轻量化设计目标函数，以打造具体的函数模型。在齿轮传动时通常采取渐开线圆柱齿轮，并将其保持在相互啮合的状态之中，让齿轮的压力得以保持一致。在结束前进档位齿轮设计后，要求依托于倒挡转动比的方式，针对倒挡齿轮之中的各类参数予以计算，并据此确定具有基本参数信息的函数形式，结合相应的约束条件，针对目标函数予以求解，在最大程度上降低汽车变速器的系统体积，让系统轻量化和可靠性设计的要求得到切实满足[2]。
2.3 约束条件
第一，针对变速器的最大传动比进行约束，对于汽车传动系统而言，可能有多种约束条件影响其最大传动比，如最大爬坡度、汽车附着力等。同时，应尽量避免汽车驱动轮在路面行驶过程中发生打滑。
第二，中心距的约束条件，中心距的规格可能对变速器的质量造成影响，进而影响其最终体积。针对中心距进行约束，可以充分适应轻量化设计的实际需求。一般而言，针对汽车机械式变速器予以设计，需要以充分保障设计强度为基础，在最大程度上缩短中心距，以充分确保发动机的最大转矩。
3.4实验优化设计
利用多目标函数方法实施可靠性优化设计，并将多目标问题进行转化，以呈现为两个目标的问题，并通过线性加权和法的决策方式予以求解。综合利用统一目标法和线性加权法的方式实现对于多目标函数的转化，将其转化为单目标函数，以便建立终极评价函数。使用统一目标法，一般需要为目标提前设定期望值，利用系统约束条件，获得和这一期望值相接近的解。至于线性加权法，则一般结合目标的重要性程度，确定相应的权系数，并结合这一内容实现对于线性组合的寻优处理，据此进行多目标规划问题求解。在确定具体的评价系数后，可以针对单元优化值予以优化，将其作为主要的权系数，为了充分确保其精度，要求利用VB编程语言和计算机编程等方式，以便处理离散变量和局部解有关的问题。同时，需要以此为基础，实现对于模数、齿宽和齿数的充分对比，为机械变速器系统提供充足的数据和决策支持[3]。
结束语：总而言之，汽车变速器的性能将在一定程度上影响汽车的整体性能，针对机械式变速器予以优化设计，可以充分提升变速器的性能，以便在实现轻量化设计的基础上保障汽车运行的质量。在进行机械变速器设计时，需要严格遵循优化流程和步骤，以打造完善的机械式变速器模型，让机械式变速器设计的科学性得到切实提升。
参考文献：
[1]王晨.汽车机械式变速器优化设计实现路径初探[J].内燃机与配件,2021(02):7-8.
[2]林梅,李敏,李晓可,李红梅,张霞.汽车机械式变速器优化设计实现路径分析[J].南方农机,2020,51(19):103-104+106.
[3]王彦婷,武欣,张龙列.汽车机械式变速器优化设计实现路径分析[J].内燃机与配件,2020(14):5-6.