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[摘 要]汽车变速器是汽车传动系统中重要的组成部分，对汽车整体操控性、动力性以及稳定性有着直接影响。本文对汽车机械式变速器变速传动机构的可靠性设计进行研究，以可靠度分配角度分析和模型构建方式为基础，并通过MATLAB模型建造，对传动机构的可靠性优化设计进行探讨，希望对汽车整体设计起到一定帮助作用。
[关键词]机械式变速器；变速传动机构；可靠性；优化设计
中图分类号：TH903 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
前言：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，因此广泛應用于汽车行业之中。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。
1.汽车机械式变速器变速传动机构可靠性的优化设计
在汽车运行过程中，变速器对车辆的安全性和可操作性具有重要影响，针对于汽车变速器的可靠性设计，不单要实现换挡传动作用，还要保证汽车在行使过程中具有较高的稳定性能。
1.1 汽车变速器可靠度的分配
汽车变速器的可靠度分配，主要作用是提高传动机构中变速器的稳定性。在实际分配工作中，需要对设计费用、设计技术以及工作的复杂程度等进行详细考虑。首先，可以假设变速器出现的零件故障相互独立，对其他零件不产生任何影响。其次，需要将机械式变速器传动机构的可靠度进行合理分配，这其中包括轴承、变速轴承以及变速齿轮等。其中，可以将变速轴承的可靠度分解为轴疲劳刚度和疲劳刚度，将变速之轮分解为齿轮接触疲劳刚度和齿轮弯曲疲劳刚度。在變速器整体元件中，轴承的易损程度较高，需要在日常维护中定期更换，因此在可靠性的分配过程中可以不予考虑，为了方便研究，本文将变速齿轮的可靠度表示为Rc弯和Rc接，将花键的可靠性表示为Rj强，将变速轴的疲劳强度表示为Rs强和Rs刚。根据可靠性的分配原则，可以将机械变速器传动机构的可靠度分配模型表示为Rs=Rc弯·Rc接·Rj强·Rs强·Rs刚[1]。
1.2 变速器齿轮的可靠性优化设计数学模型的建立
1.2.1 建立目标函数
在变速器齿轮系的可靠性优化过程中，数学模型的建立需要以齿轮传动的最大化复合度以及最大化的变速体积为目标函数，此目标函数是满足汽车整体动力平稳和安全的必要前提条件。在产品制造过程中，变速器的体积越小，材料投入量就越少。在齿轮运行过程中，重合度越大，其噪音量就会越小，这样有利于汽车传动系统动载荷量的有效降低。
1.2.2 选取设计变量
在汽车机械式变速齿轮系统设计过程中，涉及到很多关联参数，本文为了方便论述，只选取了其中五个参数为例，以此来说明优化设计中的变量要求，其中具体参数名称为：捏和齿轮模数、常齿合齿轮模数、螺旋角、齿宽以及变速比。
1.2.3 约束条件的确认
在设计过程中，一般的约束条件如下：变速器格挡传动比的约束；可靠性约束；以及边界约束等。这里注重介绍一下传动比约束，对于变速器来说，最大传动比等于一档传动比和主减速器传动比的乘积，改参数的约束受到汽车的最大爬坡度和路面干扰力的约束。
1.3 变速器轴的可靠性设计
变速器在设计过程中一般较为复杂，就变速器主轴来说，包括轴劲、轴肩、退刀槽以及齿轮段。对于变速器轴结构来说，首先要保证有足够的强度，才能保证下一步可靠性优化设计的进行，并保证制造材料得到有效节省。另外，通过尽量减少轴径的方式，可以很大程度上提高传动系统的工作性能。在轴承系统中，第二个轴承结构相对来说较为复杂，而且施工环境相对较为恶劣。
1.3.1 动力输出轴静强度的可靠性设计
在汽车变速器轴结构分布中，轴的应力分布和危险截面分布基本上处于正态分布现象，因此，在设计过程中首先应该将轴的简易结构图画出，然后对其受力进行仔细分析，得出相应的受力和力矩，最终在将转矩和弯矩图画出，这样，可以确定出轴截面整体的受力情况，根据以后数据计算出轴径。
1.3.2 动力输出轴刚度的可靠性设计
在变速器轴刚度的可靠性设计过程中，主要包括挠角、扭转角和偏转角的设计组成。因此，可以根据上述设计来进行可靠度的合理分配：R刚=R扭·R挠·R偏。并在设计过程中，可以假设三者在数值上服从正太分布变化。变速器在工作过程中每个档位的受力大小和位置均有所不同，所以在计算过程中相对比较麻烦，需要进行分开计算，但在计算方法的选择上几乎一致。
2.基于MATLAB多目标可靠性设计优化
2.1 MATLAB工具箱
该工具箱在使用过程中，可以表现出较强的优势和性能。作为一种优化工具箱来说，可以将线性或者非线性等问题的求解效率提高。在这种可靠性优化设计中，如果加入MATLAB优化设计，则需要对单个目标来实现优化设计，最终得出最佳的重合度和体积数值，从而确保联合优化计算的稳定进行。针对于计算结果，可以让齿轮目标设计具备科学合理性，图1是MATLAB工具箱示意图。
2.2 齿轮参数
在齿轮使用过程中，一定要保证齿轮的齿数为整数，而且在齿轮模数确定上，需要与当前设计标准相符。在齿轮互相啮合过程中，大齿轮的齿数要避免与小齿轮产生倍数关系。在此项要求下，需要对齿轮的设计进行优化，尤其是在齿轮参数设计中，另外，在齿轮参数处理过程中，如果参数设计出现问题，就会引发接触、啮合强度不高等一系列问题，因此，要得到相关设计人员的高度重视[2]。
2.3 在程序调试上的优化处理
在程序调试过程中，需要按照使用顺序依次实施优化处理工作，具体来说，只要同通过初始数值的改变，保证其他约束条件不变，就可以确保调试过程的合理性。另外，针对不同的初始数值的优化结果，通过分析对比之后，明确各个条件在计算结果上存在何种不同。与此同时，也可以将目标函数和其他变量最为不变的前提条件，将约束条件也彻底撤去，并将最终结果与约束条件存在时的结果进行对比，一次来确定变速器整体运行对约束条件的敏感程度。通过上述过程中的一系列优化措施，可以得出以下结果：当变速器处于一档时，小齿轮的弯曲疲劳强度对最终的优化结果产生的影响最为强烈。
总结：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] 吴超.汽车机械式变速器的可靠性优化设计探究[J].技术与市场，2017，02：93.
[2] 孙自强.解析汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J].现代制造技术与装备，2017，01：66+68.
[关键词]机械式变速器；变速传动机构；可靠性；优化设计
中图分类号：TH903 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
前言：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，因此广泛應用于汽车行业之中。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。
1.汽车机械式变速器变速传动机构可靠性的优化设计
在汽车运行过程中，变速器对车辆的安全性和可操作性具有重要影响，针对于汽车变速器的可靠性设计，不单要实现换挡传动作用，还要保证汽车在行使过程中具有较高的稳定性能。
1.1 汽车变速器可靠度的分配
汽车变速器的可靠度分配，主要作用是提高传动机构中变速器的稳定性。在实际分配工作中，需要对设计费用、设计技术以及工作的复杂程度等进行详细考虑。首先，可以假设变速器出现的零件故障相互独立，对其他零件不产生任何影响。其次，需要将机械式变速器传动机构的可靠度进行合理分配，这其中包括轴承、变速轴承以及变速齿轮等。其中，可以将变速轴承的可靠度分解为轴疲劳刚度和疲劳刚度，将变速之轮分解为齿轮接触疲劳刚度和齿轮弯曲疲劳刚度。在變速器整体元件中，轴承的易损程度较高，需要在日常维护中定期更换，因此在可靠性的分配过程中可以不予考虑，为了方便研究，本文将变速齿轮的可靠度表示为Rc弯和Rc接，将花键的可靠性表示为Rj强，将变速轴的疲劳强度表示为Rs强和Rs刚。根据可靠性的分配原则，可以将机械变速器传动机构的可靠度分配模型表示为Rs=Rc弯·Rc接·Rj强·Rs强·Rs刚[1]。
1.2 变速器齿轮的可靠性优化设计数学模型的建立
1.2.1 建立目标函数
在变速器齿轮系的可靠性优化过程中，数学模型的建立需要以齿轮传动的最大化复合度以及最大化的变速体积为目标函数，此目标函数是满足汽车整体动力平稳和安全的必要前提条件。在产品制造过程中，变速器的体积越小，材料投入量就越少。在齿轮运行过程中，重合度越大，其噪音量就会越小，这样有利于汽车传动系统动载荷量的有效降低。
1.2.2 选取设计变量
在汽车机械式变速齿轮系统设计过程中，涉及到很多关联参数，本文为了方便论述，只选取了其中五个参数为例，以此来说明优化设计中的变量要求，其中具体参数名称为：捏和齿轮模数、常齿合齿轮模数、螺旋角、齿宽以及变速比。
1.2.3 约束条件的确认
在设计过程中，一般的约束条件如下：变速器格挡传动比的约束；可靠性约束；以及边界约束等。这里注重介绍一下传动比约束，对于变速器来说，最大传动比等于一档传动比和主减速器传动比的乘积，改参数的约束受到汽车的最大爬坡度和路面干扰力的约束。
1.3 变速器轴的可靠性设计
变速器在设计过程中一般较为复杂，就变速器主轴来说，包括轴劲、轴肩、退刀槽以及齿轮段。对于变速器轴结构来说，首先要保证有足够的强度，才能保证下一步可靠性优化设计的进行，并保证制造材料得到有效节省。另外，通过尽量减少轴径的方式，可以很大程度上提高传动系统的工作性能。在轴承系统中，第二个轴承结构相对来说较为复杂，而且施工环境相对较为恶劣。
1.3.1 动力输出轴静强度的可靠性设计
在汽车变速器轴结构分布中，轴的应力分布和危险截面分布基本上处于正态分布现象，因此，在设计过程中首先应该将轴的简易结构图画出，然后对其受力进行仔细分析，得出相应的受力和力矩，最终在将转矩和弯矩图画出，这样，可以确定出轴截面整体的受力情况，根据以后数据计算出轴径。
1.3.2 动力输出轴刚度的可靠性设计
在变速器轴刚度的可靠性设计过程中，主要包括挠角、扭转角和偏转角的设计组成。因此，可以根据上述设计来进行可靠度的合理分配：R刚=R扭·R挠·R偏。并在设计过程中，可以假设三者在数值上服从正太分布变化。变速器在工作过程中每个档位的受力大小和位置均有所不同，所以在计算过程中相对比较麻烦，需要进行分开计算，但在计算方法的选择上几乎一致。
2.基于MATLAB多目标可靠性设计优化
2.1 MATLAB工具箱
该工具箱在使用过程中，可以表现出较强的优势和性能。作为一种优化工具箱来说，可以将线性或者非线性等问题的求解效率提高。在这种可靠性优化设计中，如果加入MATLAB优化设计，则需要对单个目标来实现优化设计，最终得出最佳的重合度和体积数值，从而确保联合优化计算的稳定进行。针对于计算结果，可以让齿轮目标设计具备科学合理性，图1是MATLAB工具箱示意图。
2.2 齿轮参数
在齿轮使用过程中，一定要保证齿轮的齿数为整数，而且在齿轮模数确定上，需要与当前设计标准相符。在齿轮互相啮合过程中，大齿轮的齿数要避免与小齿轮产生倍数关系。在此项要求下，需要对齿轮的设计进行优化，尤其是在齿轮参数设计中，另外，在齿轮参数处理过程中，如果参数设计出现问题，就会引发接触、啮合强度不高等一系列问题，因此，要得到相关设计人员的高度重视[2]。
2.3 在程序调试上的优化处理
在程序调试过程中，需要按照使用顺序依次实施优化处理工作，具体来说，只要同通过初始数值的改变，保证其他约束条件不变，就可以确保调试过程的合理性。另外，针对不同的初始数值的优化结果，通过分析对比之后，明确各个条件在计算结果上存在何种不同。与此同时，也可以将目标函数和其他变量最为不变的前提条件，将约束条件也彻底撤去，并将最终结果与约束条件存在时的结果进行对比，一次来确定变速器整体运行对约束条件的敏感程度。通过上述过程中的一系列优化措施，可以得出以下结果：当变速器处于一档时，小齿轮的弯曲疲劳强度对最终的优化结果产生的影响最为强烈。
总结：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] 吴超.汽车机械式变速器的可靠性优化设计探究[J].技术与市场，2017，02：93.
[2] 孙自强.解析汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J].现代制造技术与装备，2017，01：66+68.