变速器设计文献综述

机械变速器设计文献综述摘要车辆的经济性、动力性、驾乘舒适性不仅仅取决于汽车的发动机，而且在很大程度上依赖于变速器，以及变速器与发动机的匹配。本文对国内外的变速器产业发展情况，国内外先进的变速器设计方法、科学的设计开发流程等做了简要的介绍，根据我国变速器产业的发展现状提出一些问题，并提出了一些合理的解决方案。关键词：变速器，先进设计方法，开发流程，计算机辅助设计AbstractTheeconomy,powerandridecomfortofvehiclesdependsnotonlyontheengine,butalsotoalargedependentonthetransmissionandthematchingoftransmissionandengine.Inthispaper,thedevelopmentofdomesticandinternationaltransmissionindustry,theadvancedmethodoftransmissiondesignandscientificdevelopmentprocessareintroducedbriefly.SomeissuesoftheChina'stransmissionindustryandproposedsolutionsarealsoputforward.Keywords:transmission,theadvancedmethodofdesign,developmentprocesses,computer-aideddesign1.研究意义汽车工业已经成为中国经济发展的支柱产业之一，汽车企业对各系统部件的设计需求旺盛。变速器是伴随着汽车工业出现的必然产物，是汽车上的必需品而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速,目的是在各种行驶工况下,使汽车获得不同的牵引力和速度,同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。在完成了最基本的传动功能之外，我们对变速器的要求也是越来越高，这是变速箱演变过程的首要催产素。由此可见，对汽车的变速器进行研究具有十分重要的意义。2.国内外变速器的发展及先进设计方法2.1国内外汽车变速器的现状变速器用来改变发动机传到驱轮上的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。变速器由变速传动机构和操纵机构组成[1],[2]。在中国，手动变速器仍然是车用变速器的主流。国内外的汽车制造与销售数据显示，人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。在欧洲市场，原本是手动变速器的市场，不断被自动变速器占领。如在英国.现在装配自动变速器的汽车占汽车总量的15%。而5年前，这个数字是13.5%。预计到2012年，北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡；2013年欧洲变速器市场上，配备手动自动一体的变速器将占20%。而在中国市场上，自动变速器的份额也在迅速增加，可以预见，带有自动变速器的汽车是未来市场的主导产品，发展和掌握自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造潮流的方向。而优先开发手动自动一体变速器具有技术上的延续性，对我国来说具有更大的优势[3],[4],[5]。2.2国内外变速器的先进设计方法近十年以来，我国变速器产业在新产品开发方面特别重视，无论是从资金的投入，还是人力物力的投入，都是空前巨大的。十几年前，我们开发的大部分变速器产品都有一个共同的特点，就是这些新产品的开发流程是不完整的，而随着我国这些年的高速发展，我国变速器产品的设计开发流程也逐渐与国外接轨。一个完整的变速器新产品的设计开发流程通常包括：l.潜在顾客的信息收集。2.变速器市场调查、确定开发方向。3.制定技术方案（识别顾客关键需求、确定布置方案、细化顾客需求、设定开发目标等）。4.可行性分析。5概念设计（Ratio的选择、道路载荷谱的确定、建立分析模型、Package及静态动态间隙分析等）[6]。根据市场的需求来确定的设计方案研究方向，对顾客需求进行科学分析并用于完善设计，通过计算机辅助和科学分析来完成设计。这种科学的设计方法可以有效缩短研发周期，节约研发成本，以尽可能小的代价生产出符合市场需求的优质产品。我国的汽车及各种车辆的零部件产品在性能和质量上和发达国家存在着一定的差距，其中一个重要原因就是设计手段落后，发达国家在机械产品设计上早以进入了分析设计阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化设计、可靠性设计等应用到产品设计中，采用机械CAD系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查，实现三维设计，大大地提高产品设计的一次成功率，减少了试验费用，缩短了产品更新周期。而我们的设计手段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段，设计完成后在投产中往往要进行很大的改动，使得产品开发周期很长，性能质量低等。为改变我国的车辆零部件的生产和设计手段的落后状况，缩短新产品的开发周期，提高市场竞争力，有必要开发一些适合中国国情的汽车及零部件的CAD系统，对已开发的CAD系统需进一步提高和完善[7],[8]。随着CAD技术的发展和应用，许多国家和部门都对其进行了大量的研究和试验，随之开发并形成一些成套硬件和软件系统。在美国、日本及欧洲发达国家中，利用CAD技术解决众多繁琐的设计和分析计算。形成了以图形系统为基础、以数据库为核心、以工具系统为支撑和以分析计算为应用的集成化系统。在日本，CAD的主要发展方向是提高图形的处理技术，以更高的绘图质量和速度来提高产品的设计质量、缩短设计的周期。同时作为图形系统必须提供更为通用的接口，同CAM系统连接以满足加工制造自动化的需要。美国的CAD技术一直处于领先地位，其主要目标就是建立完善的CAD/CAM集成系统。美国汽车工业最早应用了CAD系统。美国通用汽车公司、福特汽车公司等都已广泛应用CAD技术。他们将结构、强度、刚度等计算、三维实体造型应用于汽车的设计开发中，将CAD、CAPP、CAM、CAE集成，使生产效率提高，产品质量得到保证，市场响应速度提高，从而大大地提高了他们的竞争力，为他们带来了巨大的经济效益。他们应用的CAD软件主要有PRO/E、UG、CATIA、IGES等。[11],[12]。国外的这些汽车公司已有CAD程序，但涉及各公司的标准和技术规范及试验都很保密，不可能公开。与国外相比，我国的汽车工业在CAD方面起步较晚，发展比较慢。目前一些高校和大中型企业已开始进行CAD的研究，在产品的改进设计、设计后的计算机绘图及有限元分析等方面已陆续取得一些效果。但总的来讲国内工厂多数是依赖传统的设计方法—经验类比法，对引进产品主要是测绘仿制，难以满足现代汽车工业发展的客观要求。采用现代设计方法，是提高自行设计、消化吸收和国产化的极其重要手段。3．我国当前面临的问题变速器是传统汽车和混合动力电动汽车动力传动系统的重要部件。变速器的性能对整车的动力性、经济性、舒适性等有着重要的影响。近年来，随着汽车保有量的大幅上升，驾驶经验欠缺的司机数量的急剧增加以及石油价格的不断上涨，能源危机似乎一触即发，人们迫切需要一种操纵简便、节能环保的汽车。随着人们对车辆驾驶舒适性的要求不断提高，自动变速器的应用越来越广泛。自主开发自动变速器是近年来国内变速器企业面临的又一巨大挑战，同时也是关系到未来我国变速器行业发展的核心问题[10]。中国自动变速器产业受阻的主要原因是，专业化、模块化、机电液气配套产业链没有形成以及数控化加工与检测线的短缺。中国国内变速器产业正面临由手动到自动的快速转型期，如果不能较快地实现自主产品的产业化，自主的自动变速器产业将有被摧垮的危险。随着中国市场对外开放程度的加大以及我国汽车工业的持续高速发展，诸多国际变速器巨头，包括采埃孚、伊顿、艾里逊、博格华纳等，纷纷涌入中国抢占市场。中国变速器企业面临的挑战日益严峻，很多的国际自动变速器巨头已经完成了其在中国的战略布局。只卖产品、不卖核心技术的手段使中国的自动变速器产业对外资依赖性日益加强，每年的进口额已达100亿元左右。随着这种局面的加剧，预计未来3到5年我国的变速器行业将面临深度的洗牌和市场整合。因此我国汽车企业在变速器领域的研发投入，布局和技术创新显得尤为重要。4．应对方案根据我国汽车变速器的技术条件和市场情况，对于未来20年的中国市场，可以得出以下结论：手动变速器在短期内仍将主导市场，但自动变速器将不断受到市场青睐，其中，双离合器技术潜力巨大。国内外的汽车制造与销售数据显示，人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。在欧洲市场，原本是手动变速器的市场，不断被自动变速器占领。可以预见，带有自动功能变速器的汽车是未来市场的主导产品，发展和掌握自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造潮流的方向。变速器将成为企业提高产品竞争力的利器以及消费者购车行为中关注的重点，汽车企业在变速器领域的技术创新将是关系到汽车企业发展竞争的关键，而且还将影响到未来整车竞争的格局[9]。60年前，我国一穷二白，还不具备汽车生产能力。但是经过了60年的发展，国内手动变速器的开发、生产能力已接近国际先进水平。目前我国汽车业的“十二五”规划正在制定中，总体目标仍是强调我国汽车工业发展要从汽车大国向汽车强国转变。未来五年，中国汽车业将从过去的做大规模转向做强实力。具体来看，一方面提倡发展包括新能源汽车在内的节能汽车；另一方面，提倡通过兼并重组、淘汰落后产能来解决结构性产能过剩问题。而就变速器产业来看，虽然目前自动变速器成为中国变速器行业进一步发展的拦路虎，但是我国已发展成为全球性的汽车产销大国。只要我们继续加大对汽车专业人才培养的支持力度，坚定不移地坚持自主开发，采取更科学的开发流程，多利用先进的计算机辅助方法来参与设计，中国变速器企业定能够突破自动变速器的技术瓶颈，为变速器行业新的征程开个好头。参考文献[1]王望予.汽车设计[M].第4版.北京：机械工业出版社，2004:78-113.[2]陈家瑞.汽车构造(下)[M].第3版.北京：机械工业出版社，2009:41-97[3]吴修义.国内组合式机械变速器的现状与发展.重型汽车[J],2003(6):11-14[4]王力.中国汽车变速器行业发展的五大阶段.中国汽车报[J],2009(8):12-16[5]吴修义.国内组合式机械变速器的现状与发展.重型汽车[J],2003(6):35-41[6]张轶.变速器产品设计开发流程探讨.汽齿科技[J]，2008(1):23-29[7]马超圣.对汽车机械变速器齿轮设计中几个问题的探讨.汽车研究与开发[J],2003(3):44-48[8]高维山.变速器[M].北京:人民交通出版社,2004:40-77[9]吴光强,孙贤安.汽车自动变速器发展综述.同济大学学报[J],第38卷第10期:44-48[10]汪志远,高飞,张开龙.变速器发展动态及应用前景.汽齿科技[J]，2010(10):34-38[11]吴修义.机械变速器在汽车上的安装要求.轻型汽车技术[J],1998(5):22-27[12]郭占正,孙冬梅,苑士华,杜玖玉.轻型汽车变速操纵系统及其设计[J].拖拉机与农用运输车,2008(7):36-41