1、機(jī)械變速器設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述摘 要 車輛的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、駕乘舒適性不僅僅取決于汽車的發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的匹配。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外的變速器產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的變速器設(shè)計(jì)方法、科學(xué)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程等做了簡(jiǎn)要的介紹，根據(jù)我國(guó)變速器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀提出一些問(wèn)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(jì)方法，開(kāi)發(fā)流程，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車企業(yè)對(duì)各系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)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(jì)是汽車設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)之一。它是用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)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(shí)使發(fā)動(dòng)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(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在完成了最基本的傳動(dòng)功能之外，我們對(duì)變速器的要求也是越來(lái)越高，這是變速箱演變過(guò)程的首要催產(chǎn)素。由此可見(jiàn)，對(duì)汽車的變速器進(jìn)行研究具有十分重要的意義。2.國(guó)內(nèi)外變速器的發(fā)展及先進(jìn)設(shè)計(jì)方法2.1國(guó)內(nèi)外汽車變速器的現(xiàn)狀變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)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(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成1,2。在中國(guó)，手動(dòng)變速器仍然是車用變速器的主流。國(guó)內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人們對(duì)汽車駕乘的舒適性越來(lái)越重視。在歐洲市場(chǎng)，原本是手動(dòng)變速器的市場(chǎng)，不斷被

5、自動(dòng)變速器占領(lǐng)。如在英國(guó).現(xiàn)在裝配自動(dòng)變速器的汽車占汽車總量的15%。而5年前，這個(gè)數(shù)字是13.5%。預(yù)計(jì)到2012年，北美市場(chǎng)出售的汽車中將只有6%是手動(dòng)擋；2013年歐洲變速器市場(chǎng)上，配備手動(dòng)自動(dòng)一體的變速器將占20%。而在中國(guó)市場(chǎng)上，自動(dòng)變速器的份額也在迅速增加，可以預(yù)見(jiàn)，帶有自動(dòng)變速器的汽車是未來(lái)市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，發(fā)展和掌握自動(dòng)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(kāi)發(fā)手動(dòng)自動(dòng)一體變速器具有技術(shù)上的延續(xù)性，對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)具有更大的優(yōu)勢(shì)3,4,5。2.2國(guó)內(nèi)外變速器的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法近十年以來(lái)，我國(guó)變速器產(chǎn)業(yè)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面特別重視，無(wú)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(kāi)發(fā)的大部分變速器產(chǎn)品都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是這些新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程是不完整的，而隨著我國(guó)這些年的高速發(fā)展，我國(guó)變速器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程也逐漸與國(guó)外接軌。一個(gè)完整的變速器新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程通常包括：l.潛在顧客的信息收集。2.變速器市場(chǎng)調(diào)查、確定開(kāi)發(fā)方向。3.制定技術(shù)方案（識(shí)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(kāi)發(fā)目標(biāo)等）。4.可行性分析。5 概念設(shè)計(jì)（Ratio的選擇、道路載荷譜的確定、建立分析模型、Package及靜態(tài)動(dòng)態(tài)間隙分析等）6。根據(jù)市場(chǎng)的需求來(lái)確定的設(shè)計(jì)方案研究方向，對(duì)顧客需求進(jìn)行科學(xué)分析并用于完善設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助和科學(xué)分析來(lái)完成設(shè)計(jì)。這種科學(xué)

7、的設(shè)計(jì)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(jià)生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。我國(guó)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(guó)家存在著一定的差距，其中一個(gè)重要原因就是設(shè)計(jì)手段落后，發(fā)達(dá)國(guó)家在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上早以進(jìn)入了分析設(shè)計(jì)階段，他們利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，采用機(jī)械CAD系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建模、分析、仿真、干涉檢查，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，大大地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率，減少了試驗(yàn)費(fèi)用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計(jì)手段仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的二維設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)完成后在投產(chǎn)中往往要進(jìn)行很大的改動(dòng)，使得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期很長(zhǎng)

8、，性能質(zhì)量低等。為改變我國(guó)的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有必要開(kāi)發(fā)一些適合中國(guó)國(guó)情的汽車及零部件的CAD系統(tǒng)，對(duì)已開(kāi)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(guó)家和部門都對(duì)其進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn)，隨之開(kāi)發(fā)并形成一些成套硬件和軟件系統(tǒng)。在美國(guó)、日本及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家中，利用CAD技術(shù)解決眾多繁瑣的設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。形成了以圖形系統(tǒng)為基礎(chǔ)、以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心、以工具系統(tǒng)為支撐和以分析計(jì)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(lái)提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)的周期。同時(shí)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(dòng)化的需要。美國(guó)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(guó)汽車工業(yè)最早應(yīng)用了CAD系統(tǒng)。美國(guó)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(jì)算、三維實(shí)體造型應(yīng)用于汽車的設(shè)計(jì)開(kāi)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(chǎng)響應(yīng)速度提高，從而大大地提高了他們的競(jìng)爭(zhēng)力，為他們帶來(lái)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(guó)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(yàn)都很保密，不可能公開(kāi)。與國(guó)外相比，我國(guó)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(kāi)始進(jìn)行CAD的研究，在產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)后的計(jì)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(lái)講國(guó)內(nèi)工廠多數(shù)是依賴傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)類比法，對(duì)引進(jìn)產(chǎn)品主要是測(cè)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(jì)方法，是提高自行設(shè)計(jì)、消化吸收和國(guó)產(chǎn)化的極其重要手段。3我國(guó)當(dāng)前面臨的問(wèn)題變速器是傳統(tǒng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件。變速器的性能對(duì)整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等有著重要的影響。近年來(lái)， 隨著汽車保有量的大幅上升，駕駛經(jīng)驗(yàn)欠缺的司機(jī)數(shù)量的急劇增加以

11、及石油價(jià)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(jiǎn)便、節(jié)能環(huán)保的汽車。隨著人們對(duì)車輛駕駛舒適性的要求不斷提高，自動(dòng)變速器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。自主開(kāi)發(fā)自動(dòng)變速器是近年來(lái)國(guó)內(nèi)變速器企業(yè)面臨的又一巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)也是關(guān)系到未來(lái)我國(guó)變速器行業(yè)發(fā)展的核心問(wèn)題10。中國(guó)自動(dòng)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(méi)有形成以及數(shù)控化加工與檢測(cè)線的短缺。中國(guó)國(guó)內(nèi)變速器產(chǎn)業(yè)正面臨由手動(dòng)到自動(dòng)的快速轉(zhuǎn)型期，如果不能較快地實(shí)現(xiàn)自主產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，自主的自動(dòng)變速器產(chǎn)業(yè)將有被摧垮的危險(xiǎn)。隨著中國(guó)市場(chǎng)對(duì)外開(kāi)放程度的加大以及我國(guó)汽車工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，諸多國(guó)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(guó)搶占市場(chǎng)。中國(guó)變速器企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻，很多的國(guó)際自動(dòng)變速器巨頭已經(jīng)完成了其在中國(guó)的戰(zhàn)略布局。只賣產(chǎn)品、不賣核心技術(shù)的手段使中國(guó)的自動(dòng)變速器產(chǎn)業(yè)對(duì)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(jì)未來(lái)3到5年我國(guó)的變速器行業(yè)將面臨深度的洗牌和市場(chǎng)整合。因此我國(guó)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(duì)方案根據(jù)我國(guó)汽車變速器的技術(shù)條件和市場(chǎng)情況，對(duì)于未來(lái)20年的中國(guó)市場(chǎng)，可以得出以下結(jié)論：手動(dòng)變速器在短期內(nèi)仍將主導(dǎo)市場(chǎng)，但自動(dòng)變速器將不斷受到市場(chǎng)青睞，其中，雙離合器技術(shù)潛力巨大。國(guó)內(nèi)外的汽車制造與銷售數(shù)據(jù)顯示，人

13、們對(duì)汽車駕乘的舒適性越來(lái)越重視。在歐洲市場(chǎng)，原本是手動(dòng)變速器的市場(chǎng)，不斷被自動(dòng)變速器占領(lǐng)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，帶有自動(dòng)功能變速器的汽車是未來(lái)市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，發(fā)展和掌握自動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)力的利器以及消費(fèi)者購(gòu)車行為中關(guān)注的重點(diǎn)，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(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵，而且還將影響到未來(lái)整車競(jìng)爭(zhēng)的格局9。60年前，我國(guó)一窮二白，還不具備汽車生產(chǎn)能力。但是經(jīng)過(guò)了60年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)手動(dòng)變速器的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)能力已接近國(guó)際先進(jìn)水平。目前我國(guó)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(guó)汽車工業(yè)發(fā)展要從汽車大國(guó)向汽車強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。未來(lái)

14、五年，中國(guó)汽車業(yè)將從過(guò)去的做大規(guī)模轉(zhuǎn)向做強(qiáng)實(shí)力。具體來(lái)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(guò)兼并重組、淘汰落后產(chǎn)能來(lái)解決結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題。而就變速器產(chǎn)業(yè)來(lái)看，雖然目前自動(dòng)變速器成為中國(guó)變速器行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的攔路虎，但是我國(guó)已發(fā)展成為全球性的汽車產(chǎn)銷大國(guó)。只要我們繼續(xù)加大對(duì)汽車專業(yè)人才培養(yǎng)的支持力度，堅(jiān)定不移地堅(jiān)持自主開(kāi)發(fā)，采取更科學(xué)的開(kāi)發(fā)流程，多利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助方法來(lái)參與設(shè)計(jì)，中國(guó)變速器企業(yè)定能夠突破自動(dòng)變速器的技術(shù)瓶頸，為變速器行業(yè)新的征程開(kāi)個(gè)好頭。參考文獻(xiàn)1 王望予. 汽車設(shè)計(jì)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(guó)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(guó)汽車變速器行業(yè)發(fā)展的五大階段.中國(guó)汽車報(bào)J,2009(8):12-165 吳修義.國(guó)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(jì)開(kāi)發(fā)流程探討.汽齒科技J，2008(1):23-297 馬超圣.對(duì)汽車機(jī)械變速器齒輪設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討.汽車研究與開(kāi)發(fā)J,2003(3):