變速器設(shè)計文獻綜述

/機械變速器設(shè)計文獻綜述摘要車輛的經(jīng)濟性、動力性、駕乘舒適性不僅僅取決于汽車的發(fā)動機，而且在很大程度上依靠于變速器，以及變速器和發(fā)動機的匹配。本文對國內(nèi)外的變速器產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況，國內(nèi)外先進的變速器設(shè)計方法、科學的設(shè)計開發(fā)流程等做了簡要的介紹，依據(jù)我國變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)呈現(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，先進設(shè)計方法，開發(fā)流程，計算機幫助設(shè)計AbstractTheeconomy,powerandridecomfortofvehiclesdependsnotonlyontheengine,butalsotoalargedependentonthetransmissionandthematchingoftransmissionandengine.Inthispaper,thedevelopmentofdomesticandinternationaltransmissionindustry,theadvancedmethodoftransmissiondesignandscientificdevelopmentprocessareintroducedbriefly.SomeissuesoftheChina'stransmissionindustryandproposedsolutionsarealsoputforward.Keywords:transmission,theadvancedmethodofdesign,developmentprocesses,computer-aideddesign1.探討意義汽車工業(yè)已經(jīng)成為中國經(jīng)濟發(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)的必定產(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。它是用來變更發(fā)動機傳到驅(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)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經(jīng)濟性指標。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，這是變速箱演化過程的首要催產(chǎn)素。由此可見，對汽車的變速器進行探討具有特別重要的意義。2.國內(nèi)外變速器的發(fā)展及先進設(shè)計方法2.1國內(nèi)外汽車變速器的現(xiàn)狀變速器用來變更發(fā)動機傳到驅(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)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成[1],[2]。在中國，手動變速器照舊是車用變速器的主流。國內(nèi)外的汽車制造和銷售數(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，不斷被自動變速器占據(jù)。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)料到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快速增加，可以預(yù)見，帶有自動變速器的汽車是將來市場的主導產(chǎn)品，發(fā)展和駕馭自動變速器制造技術(shù)是追逐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)上的持續(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)流程也慢慢和國外接軌。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、細化顧客需求、設(shè)定開發(fā)目標等）。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]。依據(jù)市場的需求來確定的設(shè)計方案探討方向，對顧客需求進行科學分析并用于完善設(shè)計，通過計算機幫助和科學分析來完成設(shè)計。這種科學的設(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)達國家存在著確定的差距，其中一個重要緣由就是設(shè)計手段落后，發(fā)達國家在機械產(chǎn)品設(shè)計上早以進入了分析設(shè)計階段，他們利用計算機幫助設(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、牢靠性設(shè)計等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，接受機械CAD系統(tǒng)在計算機上進行建模、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，削減了試驗費用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計手段仍處于以閱歷設(shè)計為主的二維設(shè)計階段，設(shè)計完成后在投產(chǎn)中往往要進行很大的改動，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長，性能質(zhì)量低等。為變更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行了大量的探討和試驗，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。同時作為圖形系統(tǒng)必需供應(yīng)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須要。美國的CAD技術(shù)始終處于領(lǐng)先地位，其主要目標就是建立完善的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，但涉及各公司的標準和技術(shù)規(guī)范及試驗都很保密，不行能公開。和國外相比，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)已起先進行CAD的探討，在產(chǎn)品的改進設(shè)計、設(shè)計后的計算機繪圖及有限元分析等方面已接連取得一些效果。但總的來講國內(nèi)工廠多數(shù)是依靠傳統(tǒng)的設(shè)計方法—閱歷類比法，對引進產(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。接受現(xiàn)代設(shè)計方法，是提高自行設(shè)計、消化吸取和國產(chǎn)化的極其重要手段。3．我國當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，駕駛閱歷欠缺的司機數(shù)量的急劇增加以及石油價格的不斷上漲，能源危機似乎不堪一擊，人們迫切須要一種操縱簡便、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)系到將來我國變速器行業(yè)發(fā)展的核心問題[10]。中國自動變速器產(chǎn)業(yè)受阻的主要緣由是，專業(yè)化、模塊化、機電液氣配套產(chǎn)業(yè)鏈沒有形成以及數(shù)控化加工和檢測線的短缺。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，假如不能較快地實現(xiàn)自主產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，自主的自動變速器產(chǎn)業(yè)將有被摧垮的緊急。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)日益嚴峻，許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)對外資依靠性日益加強，每年的進口額已達100億元左右。隨著這種局面的加劇，預(yù)料將來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)對方案依據(jù)我國汽車變速器的技術(shù)條件和市場狀況，對于將來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)外的汽車制造和銷售數(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，不斷被自動變速器占據(jù)。可以預(yù)見，帶有自動功能變速器的汽車是將來市場的主導產(chǎn)品，發(fā)展和駕馭自動變速器制造技術(shù)是追逐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，而且還將影響到將來整車競爭的格局[9]。60年前，我國一窮二白，還不具備汽車生產(chǎn)實力。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)實力已接近國際先進水平。目前我國汽車業(yè)的“十二五”規(guī)劃正在制定中，總體目標仍是強調(diào)我國汽車工業(yè)發(fā)展要從汽車大國向汽車強國轉(zhuǎn)變。將來五年，中國汽車業(yè)將從過去的做大規(guī)模轉(zhuǎn)向做強實力。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。只要我們接著加大對汽車專業(yè)人才培育的支持力度，堅決不移地堅持自主開發(fā)，實行更科學的開發(fā)流程，多利用先進的計算機幫助方法來參和設(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[1]王望予.汽車設(shè)計[M].第4版.北京：機械工業(yè)出版社，2004:78-113.[2]陳家瑞.汽車構(gòu)造(下)[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2009:41-97[3]吳修義.國內(nèi)組合式機械變速器的現(xiàn)狀和發(fā)展.重型汽車[J],2003(6):11-14[4]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):12-16[5]吳修義.國內(nèi)組合式機械變速器的現(xiàn)狀和發(fā)展.重型汽車[J],2003(6):35-41[6]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):23-29[7]馬超圣.對汽車機械變速器齒輪設(shè)計中幾個問題的探討.汽車探討和開發(fā)[J],2003(3):44-48[8]高維山.變速