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摘要：当今社会，汽车已经从一个奢侈品变成生活必需品，性能优越的汽车更受追捧。变速器作为汽车传动系统的重要组成部分之一，不同的路况选择不同的档位可以使汽车行驶更平稳快速、油耗更低、经济性能更好，同时其可靠的变速也对汽车行驶中的安全提供了必要保障，因此对汽车变速器等传动机构是否可靠进行探讨有着重要作用。本文介绍了汽车变速器的工作原理，主要对变速传动机构进行可靠性分析。
关键词：汽车变速器；变速传动；可靠性分析
引言：汽车产生到普及仅用了百余年，其出现改变了人们的生活模式，让人们的出行更加快捷方便。内燃机的出现使得石油产品的利用效率有了质的提升，汽车也逐渐采用内燃机作为动力源。现代汽车体积一般不大，且大多采用往复活塞式的内燃机，这种内燃机具有体积小、质量轻、使用简单方便、可靠性高等优点，但其转矩和转速变化范围很小，无法满足各种现实条件，使得汽车的经济性大打折扣。变速器可以起到改变汽车传动比，增大车轮转速范围、发动机转向不变而进行倒车操作、产生空挡等作用，便于汽车启动，提高汽车运行的经济性和稳定性。
一、汽车变速器简介及原理
变速器主要由变速传动机构和操作机构组成，变速器主要包括有级式、无级式和综合式三种类别。其中有级式变速器使用最多，采用齿轮传递能量，传动比值为某几个固定数值，与齿轮齿数有关；无级式变速器是指传动比在一定范围内可以连续可调，电力式和液力式的变速器已经有所应用，无级变速器可以根据车辆行驶状况调节车辆转速到最佳值，此时汽车发动机的效率最高，使得燃油利用效率最大，更为经济；综合式变速器是有级式变速器和无级式变速器相结合，采用液力变速器和机械式变速器，即可以实现多区段的连续调速，也可以适当解决无级式变速器可靠性差的问题，近年来发展迅速。
机械式变速器是最常用的变速器，其采用齿轮变速，动力输入轴与发动机转轴相连，作为动力输入端，之后通过齿轮啮合带动后续动力输出轴，一般通过多轴级联可以逐渐改变传动比。存在倒档中间齿轮，可以使得特定轴的旋转方向与前轴相反，进而使轮胎倒退，实现倒车功能。
二、可靠性分析
目前，汽车变速器可靠性分析优化的研究已经有三十多年的历史，主要可以分为两大阶段：第一阶段是对结构元件等组成器件的失效概率作为目标函数进行建模分析；第二阶段是对变速器整体系统的失效概率作为目标函数进行建模。本文从以下几个方面对变速器可靠性进行分析探讨。
1.传动机构可靠度的分配
可靠度分配是为了系统整体更加可靠，使每一个子系统和零部件都分担部分系统整体可靠度。传动机构可靠度的分配一般考虑以下因素：子系统实现功能、复杂程度、使用频次、价格、尺寸等条件。常用的可靠度分配方法包括比例分配法、再分配法和专家评分法。变速器使用时间较长后，由于磨损或锈蚀等自然现象使得其各零件的性能逐渐降低甚至失效，导致故障的产生，变速器各部件联系紧密，如果部分器件或机构无法工作，很可能导致整个变速器无法使用。故在进行可靠度分配时要进行假设并做出适当近似，即认为各零件故障相互独立，且故障率为常值。根据以上选择原则，将整个变速传动机构系统的可靠度分配给各零件。变速传动机构一般包括变速齿轮、花键、变速器轴、轴承四部分，如图1所示。
2.齿轮的可靠性分析
汽车变速器的尺寸是一个重要的因素，在合理的范围内尺寸足够小不仅能够减小体积节省材料，对汽车的动力性与可靠性也有重要意义。其中，齿轮是机械式变速器的主要构成部分，占据了绝大部分的体积，因此变速齿轮的体积最小化便成为首要考虑的设计目标。
在机械式变速器齿轮系统设计过程中，参数众多很难一一考虑，因此必须有所取舍才能使得设计工作得以实现。首先，由于实心齿轮对可靠性的优化结果影响不大，在设计时将空心的齿轮认作实心。在优化计算完成之后，可以在实心体积的基础上去掉孔径的体积来修正变速齿轮的实际尺寸。其次，在齿轮的一系列设计参数中，将對变速器传动平稳性影响最大的齿轮传动重合度作为主要考虑的设计目标。齿轮重合度与变速器传动平稳性之间存在重合度越大传动越平稳、噪声越小的关系，同时可以降低传动过程中的动载荷，因此可靠性优化时取重合度最大为设计目标。另外，齿轮模数、齿数、齿轮变位系数、齿轮螺旋角、齿宽、压力角以及齿顶高系数等等均为齿轮的设计参数，设计过程中如果考虑所有参数优化过程将难以实现，因此只选取重要参数作为设计变量，如齿轮的螺旋角、齿数、齿宽、模数以及变速器的变速比。
3.花键可靠性分析
花键联接由内、外花键组成，均为多齿零件，以位于内圆柱与外圆柱来加以区分。花键为变速器的平稳性运行起着重要作用，如：承载能力强、应力集中小、对轴承的削弱度小、导向性能优良。因此花键的选用也尤为重要。花键受挤压应力的计算公式如下：
其中： 为转矩； 为花键各齿之间的载荷不均匀系数； 为齿数； 为齿轮的工作高度度； 为齿轮长度； 为花键的平均直径。
此外，在优化设计中，可以将应力与强度分布按照正态分布来加以计算。
4.轴承选择
轴承作为一个动元件，是极易受损的，但同时它也是变速器轴的支撑元件，在变速器系统中起着至关重要的作用，因此只有选择合适的轴承变速器才能发挥它的作用。轴承的选取一般遵循两个步骤：按照国标，根据不同变速器的机构布置结构来对照选取；验证轴承的寿命与耐久性。一般来说，轴承滚动体与滚道表面的接触疲劳值是轴承耐久性的评价标准。
三、结语
汽车变速器是否可靠直接影响了汽车的整体性能，对其可靠性进行分析探讨有着实际意义。本文主要分析了机械式变速器变速传动机构的可靠性，对变速器传动系统进行了可靠度分配，重点对齿轮、花键和轴承的可靠性进行探讨，为变速器设计时重点考虑部件结构提供分析依据，提高传动系统整体可靠性。
参考文献：
[1]蒋春明. 汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计[D].南京航空航天大学，2007.
[2]刘江. 汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计[J]. 企业技术开发，2012，02：90+94.
[3]高敬. 汽车变速器变速传动机构可靠性分析[J]. 科技创新导报，2009，16：91.
[4]尚锐，黄健，王仲鑫. 载货汽车变速器可靠性优化设计探析[J]. 制造业自动化，2013，20：111-114.
关键词：汽车变速器；变速传动；可靠性分析
引言：汽车产生到普及仅用了百余年，其出现改变了人们的生活模式，让人们的出行更加快捷方便。内燃机的出现使得石油产品的利用效率有了质的提升，汽车也逐渐采用内燃机作为动力源。现代汽车体积一般不大，且大多采用往复活塞式的内燃机，这种内燃机具有体积小、质量轻、使用简单方便、可靠性高等优点，但其转矩和转速变化范围很小，无法满足各种现实条件，使得汽车的经济性大打折扣。变速器可以起到改变汽车传动比，增大车轮转速范围、发动机转向不变而进行倒车操作、产生空挡等作用，便于汽车启动，提高汽车运行的经济性和稳定性。
一、汽车变速器简介及原理
变速器主要由变速传动机构和操作机构组成，变速器主要包括有级式、无级式和综合式三种类别。其中有级式变速器使用最多，采用齿轮传递能量，传动比值为某几个固定数值，与齿轮齿数有关；无级式变速器是指传动比在一定范围内可以连续可调，电力式和液力式的变速器已经有所应用，无级变速器可以根据车辆行驶状况调节车辆转速到最佳值，此时汽车发动机的效率最高，使得燃油利用效率最大，更为经济；综合式变速器是有级式变速器和无级式变速器相结合，采用液力变速器和机械式变速器，即可以实现多区段的连续调速，也可以适当解决无级式变速器可靠性差的问题，近年来发展迅速。
机械式变速器是最常用的变速器，其采用齿轮变速，动力输入轴与发动机转轴相连，作为动力输入端，之后通过齿轮啮合带动后续动力输出轴，一般通过多轴级联可以逐渐改变传动比。存在倒档中间齿轮，可以使得特定轴的旋转方向与前轴相反，进而使轮胎倒退，实现倒车功能。
二、可靠性分析
目前，汽车变速器可靠性分析优化的研究已经有三十多年的历史，主要可以分为两大阶段：第一阶段是对结构元件等组成器件的失效概率作为目标函数进行建模分析；第二阶段是对变速器整体系统的失效概率作为目标函数进行建模。本文从以下几个方面对变速器可靠性进行分析探讨。
1.传动机构可靠度的分配
可靠度分配是为了系统整体更加可靠，使每一个子系统和零部件都分担部分系统整体可靠度。传动机构可靠度的分配一般考虑以下因素：子系统实现功能、复杂程度、使用频次、价格、尺寸等条件。常用的可靠度分配方法包括比例分配法、再分配法和专家评分法。变速器使用时间较长后，由于磨损或锈蚀等自然现象使得其各零件的性能逐渐降低甚至失效，导致故障的产生，变速器各部件联系紧密，如果部分器件或机构无法工作，很可能导致整个变速器无法使用。故在进行可靠度分配时要进行假设并做出适当近似，即认为各零件故障相互独立，且故障率为常值。根据以上选择原则，将整个变速传动机构系统的可靠度分配给各零件。变速传动机构一般包括变速齿轮、花键、变速器轴、轴承四部分，如图1所示。
2.齿轮的可靠性分析
汽车变速器的尺寸是一个重要的因素，在合理的范围内尺寸足够小不仅能够减小体积节省材料，对汽车的动力性与可靠性也有重要意义。其中，齿轮是机械式变速器的主要构成部分，占据了绝大部分的体积，因此变速齿轮的体积最小化便成为首要考虑的设计目标。
在机械式变速器齿轮系统设计过程中，参数众多很难一一考虑，因此必须有所取舍才能使得设计工作得以实现。首先，由于实心齿轮对可靠性的优化结果影响不大，在设计时将空心的齿轮认作实心。在优化计算完成之后，可以在实心体积的基础上去掉孔径的体积来修正变速齿轮的实际尺寸。其次，在齿轮的一系列设计参数中，将對变速器传动平稳性影响最大的齿轮传动重合度作为主要考虑的设计目标。齿轮重合度与变速器传动平稳性之间存在重合度越大传动越平稳、噪声越小的关系，同时可以降低传动过程中的动载荷，因此可靠性优化时取重合度最大为设计目标。另外，齿轮模数、齿数、齿轮变位系数、齿轮螺旋角、齿宽、压力角以及齿顶高系数等等均为齿轮的设计参数，设计过程中如果考虑所有参数优化过程将难以实现，因此只选取重要参数作为设计变量，如齿轮的螺旋角、齿数、齿宽、模数以及变速器的变速比。
3.花键可靠性分析
花键联接由内、外花键组成，均为多齿零件，以位于内圆柱与外圆柱来加以区分。花键为变速器的平稳性运行起着重要作用，如：承载能力强、应力集中小、对轴承的削弱度小、导向性能优良。因此花键的选用也尤为重要。花键受挤压应力的计算公式如下：
其中： 为转矩； 为花键各齿之间的载荷不均匀系数； 为齿数； 为齿轮的工作高度度； 为齿轮长度； 为花键的平均直径。
此外，在优化设计中，可以将应力与强度分布按照正态分布来加以计算。
4.轴承选择
轴承作为一个动元件，是极易受损的，但同时它也是变速器轴的支撑元件，在变速器系统中起着至关重要的作用，因此只有选择合适的轴承变速器才能发挥它的作用。轴承的选取一般遵循两个步骤：按照国标，根据不同变速器的机构布置结构来对照选取；验证轴承的寿命与耐久性。一般来说，轴承滚动体与滚道表面的接触疲劳值是轴承耐久性的评价标准。
三、结语
汽车变速器是否可靠直接影响了汽车的整体性能，对其可靠性进行分析探讨有着实际意义。本文主要分析了机械式变速器变速传动机构的可靠性，对变速器传动系统进行了可靠度分配，重点对齿轮、花键和轴承的可靠性进行探讨，为变速器设计时重点考虑部件结构提供分析依据，提高传动系统整体可靠性。
参考文献：
[1]蒋春明. 汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计[D].南京航空航天大学，2007.
[2]刘江. 汽车机械式变速器变速传动机构可靠性优化设计[J]. 企业技术开发，2012，02：90+94.
[3]高敬. 汽车变速器变速传动机构可靠性分析[J]. 科技创新导报，2009，16：91.
[4]尚锐，黄健，王仲鑫. 载货汽车变速器可靠性优化设计探析[J]. 制造业自动化，2013，20：111-114.