关键词：汽车机械式变速器；可靠性；优化设计
1、机械式变速器设计概述
汽车发动机输出时的转速一般都非常高，最大的扭矩和功率一般也都在固定的转速区间内不断出现。为了能够使汽车发动机发挥出最佳性能，需要设计一套专门的变速装置，进而对发动机转速与车轮行驶速度等进行有效协调，而这样的装置就是变速器。机械式变速器一般都借助齿轮组，每个齿轮组的齿数一般是固定不变的，因为各挡变速比也是固定的。现代化汽车设计理念与方法的发展，使很多传统手工设计方法不断被淘汰。一些相对先进的现代化设计，如计算机设计、绿色设计、逆向工程设计以及质量设计等方法不断涌现。借助这些先进的设计方法，对汽车机械式变速器结构和性能的优化都有重要的积极作用。
2、存在的不足
当前，在对汽车进行整体性设计或者对汽车的各部分零件进行设计时，一般都会使用现代化设计方法。这一方法最大的优势就是能够借助一些精密的数字化运算使设计得到有效优化，实现设计的最佳功能效果，进而实现零件或者结构的设计优化，使汽车整体得到优化，实现节能与低尾气排放。所以，对汽车的变速器进行设计时，通常也使用现代化优化设计。这种方法设计的变速器，设计的功能和代表性能被优化，但其可靠性是否得到优化还是未知，需借助严密测试了解。有时候，借助现代化优化设计的变速器，性能也可能没有达到相关标准。此外，汽车也需要具备安全性与可靠性，不能盲目追求轻量化与节油效果而忽视可靠性。但是，现代化优化设计的现代化汽车，和变速器可靠性这一要求互相矛盾。所以，结构在进行轻量化设计时必须确保汽车的安全和汽车行驶的可靠性。这就需要将现代化优化设计和可靠性设计相结合。为了实现这一目的，本文在实现轻量化的同时，致力于实现机械式变速器的可靠和安全。
3、汽车机械式变速器可靠性优化设计
3.1变速器设计的模型分析
汽车的轻量化和可靠性设计互相矛盾，所以在对汽车进行设计时，需要对可靠性设计和轻量化之间进行衡量，机械式变速器设计更是如此。机械式变速器一般借助齿轮改变传动比，进而实现汽车的变速和换挡。因此，设计变速器时，实现其轻量化和可靠性，实质是实现齿轮的轻量化和可靠性设计。基于机械式变速器的轻量化设计，主要是由变速器内齿轮系统体积所决定的。所以，要将变速器的齿轮体积最小作为设计目标。因为倒挡的齿轮模数与螺旋角需要和一档的齿轮具有相同取值，而倒挡的齿轮体积由倒挡传动比所决定，设计前进挡的齿轮后，按照倒挡传动比就能够计算倒挡齿轮其他的参数。根据相关公式，可得出齿轮的基本参数相关函数，然后确定设计的变量，建立约束条件，求解目标函数，实现机械式变速器轻量化的目标设计，进而实现可靠性优化目标。
3.2基于机械式变速器齿轮的可靠性复合模型分析
实质上，分析上述模型时，只是从齿轮的体积角度出发，对机械式变速器自身轻量化进行设计，却对可靠性设计涉及很少。所以，下面以传统方法为前提，借助机械式变速器的体积函数模型，对变速器的可靠性进行分析，建立以轻量化和可靠性为基础的复合型模型设计。假设机械式变速器内全部齿轮都可能会出现故障，只要其中某个齿轮出现故障，就可以认为机械式变速器出现了故障。用相应符号代替变速器中齿轮出现的故障，对全部齿轮监测的正确性进行计算。然而，监测设备并不是万能的，齿轮也不可能永远都不出现故障，所以需要建立机械式变速器故障诊断系统。为了能够对故障诊断规则性能进行衡量，需要对误报和侦测的概率进行计算，进而为机械式变速器的齿轮故障模型提供可靠的数据支持。然后，确定设计的变量，建立约束条件求解，得出机械式变速器的可靠性设计函数。联立上述基于机械式变速器轻量化设计函数与可靠性设计函数，使之成为一个多目标的优化函数方程组，展开求解。这样既能够确保实现变速器的轻量化目标设计，也可以确保变速器的可靠性设计。在对这种多目标函数展开求解时，一般方法是把多目标函数慢慢转化成单目标函数，然后再展开求解。从上述分析可见，把监测系统自身因为故障率而造成的可靠性也纳入计算模型内，能够极大地提高机械式变速器整体系统的可靠性分析和计算可信性，进而为深化机械式变速器可靠性设计提供指导和借鉴。
3.3可靠性设计优化的求解
因为本文研究的是多目标优化函数，目标函数也是非线性的多元化函数，具有较多的约束条件，不能求出解析解，所以需要使用专业数学软件求解。Matlab6.5优化函数工具箱内的fmincon函数可以对上述问题进行解决，可先将目标函数与约束条件编写为独立文件。先是目标函数文件，同时建立起非线性约束条件文件，然后编写其他限制性文件，开展多目标多元化非线性函数联立和求解。将本次设计基于机械式变速器中齿轮轻量化和可靠性设计多目标优化设计和只是基于变速器轻量化设计的方案对比进行求解，进而进行验证。
从实际求解的结果对比来看，基于变速器轻量化和可靠性多目标设计后，机械式变速器的齿轮体积明显减少，可靠性大幅度增加，提高了变速器工作的可靠性和诊断故障的正确率，进而提升机械式变速器整体系统的可靠性和计算可信性，从而为提升机械式变速器可靠性提供决策数据支撑。
结束语
变速器是汽车中非常关键的零部件。变速器的可靠性对整个汽车的质量可靠性、稳定性以及安全性都有直接影响，所以需要加强对机械式变速器可靠性的研究。在开展设计时，需要把可靠性纳入设计中，提高对可靠性设计的认识。本文主要对变速器可靠性优化设计的应用进行详细探讨，对现代化设计方法和理论在机械式变速器中的应用进行指导。综上所述，汽车机械式变速器的可靠性优化设计具有重要意义，能够提升汽车的整体质量。因此，相关人员要引起重视，不断优化可靠性设计，有效提升机械式变速器可靠性，促进汽车行业的发展。
参考文献
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