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大牵引力和速度的变化，以适应汽车不同条件下的需要；（2）在发动机曲轴旋转
方向不变的前提下，使汽车能倒向行驶；（3）利用空档中断发动机向驱动轮的动
力传递，以使发动机能够启动和怠速运转，并满足汽车暂时停车和滑行的需要；
（4）利用变速系统作为动力输出装置驱动其他机构。[1,2]
除了结构简单、操纵方便的特点之外，机械式变速器还有传动效率高、工作
可靠、寿命长、制造工艺成熟等优点。但其换挡冲击大、体积大等缺点也不容忽
视。[3]
1.2 机械可靠性设计的相关概念
将可靠性指标直接设计到零件中去，从而提高产品可靠性的各种设计方法统
称为机械可靠性设计。机械可靠性设计,又称机械概率设计，是以提高机械产品
可靠性的为目标的、以概率论与数理统计理论为基础，综合运用数学、物理、工
程力、机械工程学、人-机工程学、系统工程学、运筹学等多方面的只是来研究
机械工程的最佳设计问题。有代表性的机械可靠性设计方法有 TICP 法，概率设
计法，平均故障率法，稳健性设计等。
机械可靠性设计的特点，首先是它采用了可靠度或其它可靠性指标，来确保结构
的可靠性，而传统机械设是用安全系数来保证结构的可靠性。因此，机械可靠性
设计方法对失效可能性的认识和估计都比较合理。其次，机械可靠性设计除引入
可靠度或其他可靠性指标之外，还对结构的安全系数做了统计分析，这样得出的
安全系数比传统机械设计中的安全系数更符合实际，因为它已经是与可靠度相联
系的安全系数。因此，从对结构安全性的评价来看，机械可靠性设计有可靠度和
安全系数两个指标，而传统的机械设计只有安全系数这样一个指标。
机械可靠性设计是以基于应力-强度分布干涉模型的应力-强度分布干涉理
论为基础的设计方法。工程设计中，常用的分布函数概率密度函数曲线都是以横
坐标为渐近线的，所以应力的概率密度函数和强度的概率密度函数必定有相交的
区域。该区域就是零件可能出现失效的区域，称之为干涉区。下图图 1中的干涉
区仅表示干涉的可能性，如果应力 S1大于强度 r1，引起干涉，零件失效；强度
r2大于应力S2，尽管他们在干涉区内，但不会导致零件失效。
图1-1 应力-强度干涉模型
从应力-强度干涉模型可知，就统计数学的观点而言，由于干涉的存在，任一设
计都存在着故障或失效的概率。机械零件的可靠度主要取决于应力-强度分布曲
线干涉的程度。如果应力与强度的概率分布曲线已知，就可以根据其干涉模型计
算该零件的可靠度。
1.3 论文的选题背景及意义
汽车作为大批量生产的典型机械产品，其可靠程度受到工程师们的高度重视。
大量试验资料与用户调查表明，国产汽车的 60%以上的故障与设计有关。为了满
足企业的生存的需要、用户的使用需要、现代汽车技术发展的需要、军事战备的
需要，汽车可靠性工程应运而生。其中可靠性设计是可靠性工程的重要分支，因
为产品的可靠性很大程度上取决于设计的准确性。 机械式变速器作为汽车传动系
统的重要组成部分，其可靠度对整车的使用可靠性有重要的影响。如何将机械可
靠性设计应用到机械式变速传动机构设计中去的研究能很大程度上提高变速器
的可靠性，从而保证整车的使用性能。
1.4 论文的主要研究内容
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