變速器設(shè)計文獻(xiàn)綜述

1、機(jī)械變速器設(shè)計文獻(xiàn)綜述摘 要 車輛的經(jīng)濟(jì)性、動力性、駕乘舒適性不僅僅取決于汽車的發(fā)動機(jī)，而且在很大程度上依賴于變速器，以及變速器與發(fā)動機(jī)的匹配。本文對國內(nèi)外的變速器產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，國內(nèi)外先進(jìn)的變速器設(shè)計方法、科學(xué)的設(shè)計開發(fā)流程等做了簡要的介紹，根據(jù)我國變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀提出一些問題，并提出了一些合理的解決方案。關(guān)鍵詞：變速器，先進(jìn)設(shè)計方法，開發(fā)流程，計算機(jī)輔助設(shè)計Abstract The economy, power and ride comfort of vehicles depends not only on the engine, but also to a large dependen

2、t on the transmission and the matching of transmission and engine .In this paper, the development of domestic and international transmission industry, the advanced method of transmission design and scientific development process are introduced briefly .Some issues of the Chinas transmission industry

3、 and proposed solutions are also put forward.Key words: transmission, the advanced method of design, development processes, computer-aided design1.研究意義汽車工業(yè)已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車企業(yè)對各系統(tǒng)部件的設(shè)計需求旺盛。變速器是伴隨著汽車工業(yè)出現(xiàn)的必然產(chǎn)物，是汽車上的必需品而變速器設(shè)計是汽車設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速, 目的是在各種行駛工況下, 使汽車獲得不同的牽引力和速度, 同時使發(fā)動機(jī)在最有利

4、的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在完成了最基本的傳動功能之外，我們對變速器的要求也是越來越高，這是變速箱演變過程的首要催產(chǎn)素。由此可見，對汽車的變速器進(jìn)行研究具有十分重要的意義。2.國內(nèi)外變速器的發(fā)展及先進(jìn)設(shè)計方法2.1國內(nèi)外汽車變速器的現(xiàn)狀變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器由變速傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成1,2。在中國，手動變速器仍然是車用變速器的主流。國內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人們對汽車駕乘的舒適性越來越重視。在歐洲市場，原本是手動變速器的市場，不斷被

5、自動變速器占領(lǐng)。如在英國.現(xiàn)在裝配自動變速器的汽車占汽車總量的15%。而5年前，這個數(shù)字是13.5%。預(yù)計到2012年，北美市場出售的汽車中將只有6%是手動擋；2013年歐洲變速器市場上，配備手動自動一體的變速器將占20%。而在中國市場上，自動變速器的份額也在迅速增加，可以預(yù)見，帶有自動變速器的汽車是未來市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，發(fā)展和掌握自動變速器制造技術(shù)是追趕世界變速器制造潮流的方向。而優(yōu)先開發(fā)手動自動一體變速器具有技術(shù)上的延續(xù)性，對我國來說具有更大的優(yōu)勢3,4,5。2.2國內(nèi)外變速器的先進(jìn)設(shè)計方法近十年以來，我國變速器產(chǎn)業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)方面特別重視，無論是從資金的投入，還是人力物力的投入，都是空前巨

6、大的。十幾年前，我們開發(fā)的大部分變速器產(chǎn)品都有一個共同的特點，就是這些新產(chǎn)品的開發(fā)流程是不完整的，而隨著我國這些年的高速發(fā)展，我國變速器產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)流程也逐漸與國外接軌。一個完整的變速器新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)流程通常包括：l.潛在顧客的信息收集。2.變速器市場調(diào)查、確定開發(fā)方向。3.制定技術(shù)方案（識別顧客關(guān)鍵需求、確定布置方案、細(xì)化顧客需求、設(shè)定開發(fā)目標(biāo)等）。4.可行性分析。5 概念設(shè)計（Ratio的選擇、道路載荷譜的確定、建立分析模型、Package及靜態(tài)動態(tài)間隙分析等）6。根據(jù)市場的需求來確定的設(shè)計方案研究方向，對顧客需求進(jìn)行科學(xué)分析并用于完善設(shè)計，通過計算機(jī)輔助和科學(xué)分析來完成設(shè)計。這種科學(xué)

7、的設(shè)計方法可以有效縮短研發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)成本，以盡可能小的代價生產(chǎn)出符合市場需求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。我國的汽車及各種車輛的零部件產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上和發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距，其中一個重要原因就是設(shè)計手段落后，發(fā)達(dá)國家在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計上早以進(jìn)入了分析設(shè)計階段，他們利用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，采用機(jī)械CAD系統(tǒng)在計算機(jī)上進(jìn)行建模、分析、仿真、干涉檢查，實現(xiàn)三維設(shè)計，大大地提高產(chǎn)品設(shè)計的一次成功率，減少了試驗費(fèi)用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計手段仍處于以經(jīng)驗設(shè)計為主的二維設(shè)計階段，設(shè)計完成后在投產(chǎn)中往往要進(jìn)行很大的改動，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長

8、，性能質(zhì)量低等。為改變我國的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的CAD系統(tǒng)，對已開發(fā)的CAD系統(tǒng)需進(jìn)一步提高和完善7,8。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，許多國家和部門都對其進(jìn)行了大量的研究和試驗，隨之開發(fā)并形成一些成套硬件和軟件系統(tǒng)。在美國、日本及歐洲發(fā)達(dá)國家中，利用CAD技術(shù)解決眾多繁瑣的設(shè)計和分析計算。形成了以圖形系統(tǒng)為基礎(chǔ)、以數(shù)據(jù)庫為核心、以工具系統(tǒng)為支撐和以分析計算為應(yīng)用的集成化系統(tǒng)。在日本，CAD的主要發(fā)展方向是提高圖形的處理技術(shù)，以更高的繪圖質(zhì)量和速度來提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計的周期。同時作為圖形系

9、統(tǒng)必須提供更為通用的接口，同CAM系統(tǒng)連接以滿足加工制造自動化的需要。美國的CAD技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位，其主要目標(biāo)就是建立完善的CAD/CAM集成系統(tǒng)。美國汽車工業(yè)最早應(yīng)用了CAD系統(tǒng)。美國通用汽車公司、福特汽車公司等都已廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)。他們將結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛度等計算、三維實體造型應(yīng)用于汽車的設(shè)計開發(fā)中，將CAD、CAPP、CAM、CAE集成，使生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，市場響應(yīng)速度提高，從而大大地提高了他們的競爭力，為他們帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。他們應(yīng)用的CAD軟件主要有PRO/E、UG、CATIA、IGES等。11,12。國外的這些汽車公司已有CAD程序，但涉及各公司的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范

10、及試驗都很保密，不可能公開。與國外相比，我國的汽車工業(yè)在CAD方面起步較晚，發(fā)展比較慢。目前一些高校和大中型企業(yè)已開始進(jìn)行CAD的研究，在產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計、設(shè)計后的計算機(jī)繪圖及有限元分析等方面已陸續(xù)取得一些效果。但總的來講國內(nèi)工廠多數(shù)是依賴傳統(tǒng)的設(shè)計方法經(jīng)驗類比法，對引進(jìn)產(chǎn)品主要是測繪仿制，難以滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的客觀要求。采用現(xiàn)代設(shè)計方法，是提高自行設(shè)計、消化吸收和國產(chǎn)化的極其重要手段。3我國當(dāng)前面臨的問題變速器是傳統(tǒng)汽車和混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)的重要部件。變速器的性能對整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等有著重要的影響。近年來， 隨著汽車保有量的大幅上升，駕駛經(jīng)驗欠缺的司機(jī)數(shù)量的急劇增加以

11、及石油價格的不斷上漲，能源危機(jī)似乎一觸即發(fā)，人們迫切需要一種操縱簡便、節(jié)能環(huán)保的汽車。隨著人們對車輛駕駛舒適性的要求不斷提高，自動變速器的應(yīng)用越來越廣泛。自主開發(fā)自動變速器是近年來國內(nèi)變速器企業(yè)面臨的又一巨大挑戰(zhàn)，同時也是關(guān)系到未來我國變速器行業(yè)發(fā)展的核心問題10。中國自動變速器產(chǎn)業(yè)受阻的主要原因是，專業(yè)化、模塊化、機(jī)電液氣配套產(chǎn)業(yè)鏈沒有形成以及數(shù)控化加工與檢測線的短缺。中國國內(nèi)變速器產(chǎn)業(yè)正面臨由手動到自動的快速轉(zhuǎn)型期，如果不能較快地實現(xiàn)自主產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，自主的自動變速器產(chǎn)業(yè)將有被摧垮的危險。隨著中國市場對外開放程度的加大以及我國汽車工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，諸多國際變速器巨頭，包括采埃孚、伊頓、艾

12、里遜、博格華納等，紛紛涌入中國搶占市場。中國變速器企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻，很多的國際自動變速器巨頭已經(jīng)完成了其在中國的戰(zhàn)略布局。只賣產(chǎn)品、不賣核心技術(shù)的手段使中國的自動變速器產(chǎn)業(yè)對外資依賴性日益加強(qiáng)，每年的進(jìn)口額已達(dá)100億元左右。隨著這種局面的加劇，預(yù)計未來3到5年我國的變速器行業(yè)將面臨深度的洗牌和市場整合。因此我國汽車企業(yè)在變速器領(lǐng)域的研發(fā)投入，布局和技術(shù)創(chuàng)新顯得尤為重要。4應(yīng)對方案根據(jù)我國汽車變速器的技術(shù)條件和市場情況，對于未來20年的中國市場，可以得出以下結(jié)論：手動變速器在短期內(nèi)仍將主導(dǎo)市場，但自動變速器將不斷受到市場青睞，其中，雙離合器技術(shù)潛力巨大。國內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人

13、們對汽車駕乘的舒適性越來越重視。在歐洲市場，原本是手動變速器的市場，不斷被自動變速器占領(lǐng)?？梢灶A(yù)見，帶有自動功能變速器的汽車是未來市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，發(fā)展和掌握自動變速器制造技術(shù)是追趕世界變速器制造潮流的方向。變速器將成為企業(yè)提高產(chǎn)品競爭力的利器以及消費(fèi)者購車行為中關(guān)注的重點，汽車企業(yè)在變速器領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新將是關(guān)系到汽車企業(yè)發(fā)展競爭的關(guān)鍵，而且還將影響到未來整車競爭的格局9。60年前，我國一窮二白，還不具備汽車生產(chǎn)能力。但是經(jīng)過了60年的發(fā)展，國內(nèi)手動變速器的開發(fā)、生產(chǎn)能力已接近國際先進(jìn)水平。目前我國汽車業(yè)的“十二五”規(guī)劃正在制定中，總體目標(biāo)仍是強(qiáng)調(diào)我國汽車工業(yè)發(fā)展要從汽車大國向汽車強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。未來

14、五年，中國汽車業(yè)將從過去的做大規(guī)模轉(zhuǎn)向做強(qiáng)實力。具體來看，一方面提倡發(fā)展包括新能源汽車在內(nèi)的節(jié)能汽車；另一方面，提倡通過兼并重組、淘汰落后產(chǎn)能來解決結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩問題。而就變速器產(chǎn)業(yè)來看，雖然目前自動變速器成為中國變速器行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的攔路虎，但是我國已發(fā)展成為全球性的汽車產(chǎn)銷大國。只要我們繼續(xù)加大對汽車專業(yè)人才培養(yǎng)的支持力度，堅定不移地堅持自主開發(fā)，采取更科學(xué)的開發(fā)流程，多利用先進(jìn)的計算機(jī)輔助方法來參與設(shè)計，中國變速器企業(yè)定能夠突破自動變速器的技術(shù)瓶頸，為變速器行業(yè)新的征程開個好頭。參考文獻(xiàn)1 王望予. 汽車設(shè)計M.第4版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004:78-113.2 陳家瑞. 汽車構(gòu)造(下)M.第3版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:41-973 吳修義.國內(nèi)組合式機(jī)械變速器的現(xiàn)狀與發(fā)展.重型汽車J,2003(6):11-144 王力.中國汽車變速器行業(yè)發(fā)展的五大階段.中國汽車報J,2009(8):12-165 吳修義.國內(nèi)組合式機(jī)械變速器的現(xiàn)狀與發(fā)展.重型汽車J,2003(6):35-416 張 軼. 變速器產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)流程探討.汽齒科技J，2008(1):23-297 馬超圣.對汽車機(jī)械變速器齒輪設(shè)計中幾個問題的探討.汽車研究與開發(fā)J,2003(3):