1.本课题研究背景及意义

从上世纪50年代第一辆国产载货汽车下线以来，我国汽车工业经过了50多年的发展，己经成为我国的支柱产业。随着改革开放的深入和社会发展的广泛需求，我国汽车工业发展迅速，汽车保有量逐年上升，截至2016年6月底，全国机动车保有量已达2.85亿辆，其中汽车1.84亿辆；机动车驾驶人达3.42亿人，其中汽车驾驶人2.96亿人。^[1]。

汽车是重要的交通运输工具，其设计和制造水平是各国科学技术发展水平的重要标志，汽车工业是资金密集、技术密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。世界各个工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业^[2]。汽车的研制、生产、销售、营运，与国民经济许多部门都息息相关，对社会经济建设和科学技术发展起重要的推动作用。汽车也是社会物质生活发展水平的标志。汽车的保有量随着国民人均收入水平的提高而增加。在许多发达国家中，汽车的数量巨大并已普及到千家万户，进而促使人们的社会生活方式发生了显著的变化^[3]。

1886年，世界上诞生的第一辆汽车并未安装变速器，直到1902年才由法国人造出了第一部装有变速器的汽车。目前，绝大多数汽车仍采用机械式变速器、分动器、主减速器，构成整车的传动系，其结构简单、操纵方便、造价低廉仍不失为汽车传动系中常用的主要总成^[4-5]。由于汽车上广泛采用活塞式内燃机，其转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化。为此在传动系中设置了变速器。机械式手动汽车变速器因结构简单，传动效率高，制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛的应用。机械式手动变速器在今后相当长的时间里，依然会在我国轻中型货车传动系统中占据主导地位^[6]。

2.国内外研究现状

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。

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。

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。

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。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^[9]。

3.变速器的发展趋势

近年来，随着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，对变速器的性能要求也越来越高。众多的汽车工程师在改进汽车变速器性能的研究中倾注了大量的心血，使变速器技术得到了飞速的发展。机械式变速器是目前使用最为广泛的汽车变速器。虽然它有诸多缺点，如换档冲击大，体积大，操纵麻烦等；但是，它也有很多优点，如传动效率高，工作可靠，寿命长，制造工艺成熟和成本低等。所以，如果能改善机械式变速器上述的缺点，它还是有很大的发展空间的。如果在减小机械式变速器的体积和提高传动平稳性两方面做一些研究，就可以解决这些问题^[11]。

4.本课题相关理论综述

变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种工况下，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。变速器设有空档，可在启动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。需要时，机械式变速器还有动力输出功能。

对机械式变速器提出如下基本要求^[21]：

（1）保证汽车有必要的动力性和经济性。

（2）设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。

（3）设置倒挡，使汽车能倒退行驶。

（4）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。

（5）换挡迅速、省力、方便。

（6）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生。

（7）变速器应当有高的工作效率。

（8）变速器的工作噪声低。

除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。

满足汽车必要的动力性和经济性指标，这与变速器的挡数、传动比范围和各挡传动比有关。汽车工作的条件越复杂、比功率越小，变速器的传动比范围越大。

参考文献：

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[2] 人民网央行分析我国汽车行业现状及未来发展趋势http://www.sina.com.cn 2001年11月2日

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