汽车变速系统的性能与力学分析

刘军

【摘要】汽车作为现代科技发展的重要成果，在经济高速发展中已从以前的谋生工具向享受工具转变，尤其小汽车，它已经成为人们日常生活中不可或缺的工作与生活的用品。生活水准的提高，在一定程度上使得汽车消费人群对汽车性能有了更高的要求。变速系统是汽车的重要组成部分，它的性能除了满足转动工作要求之外，还要满足结构特性要求。一般来说，好的结构性能可以整体提高汽车的动力性能、安全性能和美观性能。此外，变速系统良好经济性还能有效地助力企业拓展市场。

【关键词】汽车变速系统 分析 维护

一、汽车变速系统性能分析基础

（一）汽车变速系统的工作原理

内燃机自发明以来，科研人员一直致力于改进其内部构造和它的转动系统。经过近1个多世纪的发展，内燃机已经成为各类车辆的主要动力。为汽车提供动力的都是活塞式内燃机，它的特点是转矩幅度较小，因此，为汽车提供动的内燃机的体积不至于太大，同时，汽车行驶的路况相当复杂，这也要求汽车的牵引力和行驶速度要空间幅度较大的范围里变化；内燃机的曲轴转动方向始终是同一方向，而汽车不仅有前行，还有倒车。解决上述两大问题的重任就落到了汽车的变速系统上。汽车传动系统中的变速系统的功能主要体现在以下四个方面：

首先是改变传动比。这种功能设计是为了弥补内燃机转矩变化幅度小的缺陷，因为内燃机转矩幅度小无法提供持续的、大的牵引力，行驶速度也会受到影响。而改变传动比的好处在于它能在现有条件下保证汽车行驶所需的持续牵引力，从理论上来看，还能有效扩大牵引力，同时，汽车行驶的速度变化幅度可以扩大。

其次是在不改变汽车发动机曲轴旋转方向的前提下，使汽车传动能满足倒车的动力要求。在需要断开发动机与驱动轮间的动力传递时，采用空档来实现。正由于设计了空档，才能保证在临时停靠和下坡滑行不至于损坏变速箱内的内部部件，达到延长汽车使用寿命的目的。

最后是变速系统还具备动力输出的功能，这一功能能给汽车其他部件提供动力支持，比如卸车的液压举升装置等。

（二）汽车变速系统性能分析内容及分析平台构建

汽车工业随着经济的快速发展和居民生活水平的不断提高而快速发展起来，业内竞争可谓白热化，为了生存与发展，汽车制造商均在车型多样化、动力转动稳定化和车内设计个性化等方面比拼，其中汽车消费者最看重的是汽车变速系统设计，为了满足消费者的需求，汽车变速系统性能设计就成了汽车设计的核心领域。汽车变速系统实现的功能是改变发动力转动到驱动轮上的转矩幅度、转速和驱动方向的，这是力保在不同行车路况下汽车能持续获得适合不同路况的动力要求，还能让发动机工作处于最佳状态。变速器的设计是否科学会直接影响汽车的动力性和经济性指标。为了拓展市场，各大汽车制造商使出浑身解数，在变速系统设计上下功夫，以提高汽车的整体性能。一般来说，汽车变速系统应满足的性能主要有三个方面：一是能保证发动机正常工作。二是良好的构造性能。三是良好的经济性能。物美价廉是占领市场出奇制胜的法宝，汽车市场也是如此，成本低决定了汽车售价能在消费群体接受的范围之内，有利于拓展市场空间。

二、汽车变速系统的力学分析

（一）汽车变速系统的静力学分析

静力学分析是有限元分析的较为重要的一种方法，一直被汽车工业工程设计广泛应用。汽车变速系统是由各类嵌入式齿轮和轴承构成，要测变速系统性能就必须对构成变速系统中齿轮和轴承进行静力分析。静力学分析的项目主要包括在没有惯性和阻尼效应载负下对变速系统中的部件位移、应力和应变力三项。静力学分析一般要事先假定载荷和响应一致，它们不会随着时间的推移而有所变化，而在分析时，施加给汽车的载荷包括外部物体施加的压力、汽车运行中的稳态惯性力、位移载荷以及因摩擦产生的温度载荷等。对上述性能的静力学分析的意义在于这些分析数据能有效地衡量汽车在承载负荷的性能。

（二）汽车变速系统的动力学分析

汽车不是静态的物品，它是作现代高效的交通工具而存在的，是货物的搬运工。因此，汽车的变速系统的动力学分析更为重要。动力学分析通常是指汽车在惯性和阻尼效应下，对各类构造、构件进行动力学性能检测用来判定构造设计是否科学和部件性能优劣的工作。汽车变速系统是除发动机之外最为重要的部件，要保证其在汽车运行中正常工作，对其设计和部件性能进行动力学分析是必不可少的。实际调查表明：旋转结构损坏绝大多数情况是由共振引发的振动压力导致的，加上旋转结构处于旋转状态，同时它所受的外界激振力又较为复杂，为了避免损伤，设计时就更有必要对关键部件进行完整的动力学设计与分析。

三、汽车变速系统性能分析评价

任何一种交通工具的整个生命周期都包括产品需求、产品界定、工艺设计与制造、装配、使用、维修和回收七个阶段。同理，作为汽车的核心部件的变速系统也经历上述七个阶段，在前六个阶段，性能评价对于汽车品质提升意义非同一般。对汽车变速系统性能的评价是工程实际操作过程中以评价决策理论为指导来解决变速系统的性能评估问题的实践活动。这项活动是产品监督、产品安全性能、稳定性能提升的重要保障，同时，它还能促进汽车生产率的提高。在变速系统设计阶段，性能评价是确保产品性能最优化前提，通过它能对设计理念、方法和效果进行全方位衡量。在设计实践中，并行设计受很多不可控因素影响，加上变速系统的部件多变的特性，设计正确与否很难得到保证，而性能評价决策能确保设计朝着正确的方向推进，有利于全面及时根据变速系统的性能评价的反馈信息改进设计，使工艺设计与制造同步完成，避免耗工时和成本推升的现象发生，更为关键的是缩短产品的开发周期，提高设计的质量。在汽车变速系统性能评价中会遇到不同问题，需要进行各类复杂的决策问题，因此，建构一个适应汽车变速系统研发不同周期的、不同层次的综合评价的决策模型是相当必要的。

参考文献：

[1]钱江，刘洪波，刘义强等.自动变速器自动变速的设计与研究[J].汽车实用技术，2017，（2）.

[2]余秋兰.汽车无级变速传动系统控制研究[J].现代制造技术与装备，2016，（3）.

[3]罗小林，蒙鹏宇，钟武昌.汽车变速器的噪声源分析与降噪设计[J]机械制造，2016，（1）.endprint