全輪驅(qū)動重型商用車動力傳動系布置分析

蔣治軍

摘 要：文章通過某全輪驅(qū)動重型商用車動力傳動系統(tǒng)的布置、計(jì)算和校核，說明該類車型的布置設(shè)計(jì)和優(yōu)化。提供了該類車型動力傳動系開發(fā)的思路和方法，以及設(shè)計(jì)流程和關(guān)鍵因數(shù)，以期提高所開發(fā)車型的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短研發(fā)周期和降低研發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：全輪驅(qū)動；動力傳動；布置；優(yōu)化

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，重型商用車作為一種生產(chǎn)工具也在快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，特別是適應(yīng)野外作業(yè)、惡劣復(fù)雜路況的全輪驅(qū)動車型，因其較高的越野性能和承載能力，在民用領(lǐng)域也得到廣泛的使用。相對普通的后輪驅(qū)動車型，因全輪驅(qū)動車型增加了分動器，同時(shí)前橋具有驅(qū)動功能，以及傳動軸的增加，對于該類車型動力傳動系的布置，顯得極為重要和相對復(fù)雜，滿足傳動軸當(dāng)量夾角也較為困難。

文章通過某全輪驅(qū)動車型動力傳動系的布置和優(yōu)化分析，提供了該類車型設(shè)計(jì)開發(fā)的思路和方法，以提高所開發(fā)車型的可靠性和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 動力傳動初步布置

1.1 前橋、中橋及后橋布置

由整車布置硬點(diǎn)及各項(xiàng)參數(shù)（軸距、離地高度、前懸、后懸等）、前后懸架高度初步確定出前橋及中后橋的位置，待發(fā)動機(jī)及分動器位置確定后，傳動軸夾角、長度校核時(shí)做調(diào)整和優(yōu)化。前橋及中后橋初步位置亦可在發(fā)動機(jī)位置確定后再做布置。

1.2 發(fā)動機(jī)、離合器及變速器布置

1.2.1 發(fā)動機(jī)布置

根據(jù)整車總布置中確定的駕駛室、發(fā)動機(jī)、前軸的相互位置關(guān)系及駕駛室、發(fā)動機(jī)、散熱器總成的外形圖，考慮如下幾點(diǎn)，確定出發(fā)動機(jī)的布置位置：

（1）低發(fā)動機(jī)罩駕駛室地板在極限位置（駕駛室向下運(yùn)動約40mm，根據(jù)駕駛室懸置不同而確定）與發(fā)動機(jī)的距離，需滿足？垠25mm；（2）前軸上跳至上極限位置時(shí)，發(fā)動機(jī)油底殼與前軸距離；（3）油底殼與轉(zhuǎn)向橫拉桿的間隙：除前軸垂直跳動量外，需考慮前簧變形而造成的前軸轉(zhuǎn)角（約3°～4°）所要求的額外間隙；（4）散熱器與風(fēng)扇需留40mm以上間隙，同時(shí)風(fēng)扇中心與散熱器芯部中心需對齊；（5）曲軸中心線與車架上表面有一前高后低的夾角（約3°）。

綜合上述要求，即可初步確定出發(fā)動機(jī)的布置位置。通過如下三個(gè)參數(shù)進(jìn)行表達(dá)：飛輪殼后端面至前軸中心距離、曲軸中心與前軸中心交點(diǎn)至車架下翼面距離、發(fā)動機(jī)后傾角度。

1.2.2 變速器及離合器布置

對于重型商用車，離合器及變速器與發(fā)動機(jī)剛性連接為一整體，在發(fā)動機(jī)布置位置確定后即確定出其位置。

1.3 分動器布置

在發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、前軸、中后橋位置初步確定后，考慮整車離地間隙（分動器最低點(diǎn)應(yīng)位于最小離地間隙之上）及與車架上平面關(guān)系（分動器做高點(diǎn)應(yīng)位于車架上平面之下），及傳動軸長度、夾角要求，結(jié)合傳動軸的布置一起進(jìn)行確定。

2 傳動軸布置

2.1 傳動軸長度布置

若軸距較長，傳動系由幾個(gè)分段傳動軸組成，除變速器至分動器段傳動軸外，各傳動軸的長度需基本一致，且最短傳動軸長度需滿足工藝制造及強(qiáng)度要求的最短長度。中間傳動軸和伸縮傳動軸之前的長度差不得超過600mm，且各個(gè)傳動軸之間的長度差亦不能超過400mm。對于伸縮傳動軸，需保留足夠的伸縮余量，以使傳動軸在最短工作狀態(tài)時(shí)至少30mm的壓縮余量。同時(shí)，傳動軸在最長工作狀態(tài)時(shí)傳動軸滑動軸套應(yīng)覆蓋花鍵軸端一定的長度，其長度應(yīng)為花鍵軸端自身直徑的2倍左右。

2.2 傳動軸角度布置

中間傳動軸與中后驅(qū)動橋輸入中心線的傾角相同，相對于發(fā)動機(jī)-離合器-變速器的傾角差不能超過1°。當(dāng)車輛滿載時(shí)，中后驅(qū)動橋輸入法蘭凸緣的高度低于變速器輸出凸緣的高度時(shí)，必須保證差速器殼體和從動軸的傾角大于發(fā)動機(jī)-離合器-變速器軸線的傾角。另一方面，如果車輛滿載時(shí)中后驅(qū)動橋輸入法蘭凸緣的高度高于變速箱輸出法蘭凸緣的高度，差速器殼體和從動軸的傾角必須小于發(fā)動機(jī)-離合器-變速器軸線的傾角。

3 傳動軸計(jì)算校核

傳動軸計(jì)算示意圖：

完成動力傳動布置后，需參考上圖進(jìn)行傳動軸長度和夾角的計(jì)算校核。根據(jù)各總成的外形尺寸及整體布置位置，通過簡單地在excel中編輯公式計(jì)算即可快速得出。需滿足的要求為：傳動軸當(dāng)量夾角需小于3°，最后換算出來的傳動軸許用轉(zhuǎn)速需小于設(shè)計(jì)允許最大轉(zhuǎn)速。

4 布置調(diào)整

根據(jù)上述傳動軸計(jì)算結(jié)果可以看出，動力傳動的布置滿足要求。但在實(shí)際車型的開發(fā)中，并不能一次性完成，需進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整和優(yōu)化。特別是在發(fā)動機(jī)、離合器、變速器及前橋、中后驅(qū)動橋位置已確定的情況下，主要調(diào)整分動器的布置位置，直至傳動的布置、夾角、當(dāng)量夾角及轉(zhuǎn)動慣量滿足要求。同時(shí)，動力傳動的布置還需進(jìn)行法規(guī)限制校核和其它間隙校核，如傳動軸與排氣管的距離、傳動軸與車架的間隙等。在不滿足要求的情況下需進(jìn)行布置調(diào)整。通常該過程需反復(fù)進(jìn)行，形成動力傳動布置的流程：布置輸入（動力總成數(shù)模、整車參數(shù)要求等），之后進(jìn)行動力總成布置，完成傳動軸校核、法規(guī)限制校核和其它間隙校核，進(jìn)行布置調(diào)整后形成布置報(bào)告。

5 結(jié)束語

通過某全輪驅(qū)動卡車的動力傳動系統(tǒng)布置、分析以及傳動軸的計(jì)算和校核，比較詳細(xì)地介紹了該類車型的動力傳動系統(tǒng)布置和校核，及如何系統(tǒng)地進(jìn)行傳動軸的計(jì)算和校核。用來指導(dǎo)全輪驅(qū)動車型動力傳動系統(tǒng)的布置優(yōu)化設(shè)計(jì)，有益于提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，縮短開發(fā)時(shí)間，降低開發(fā)成本。也對我們更好的開發(fā)和布置、設(shè)計(jì)全輪驅(qū)動車型具有良好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]余志生.汽車?yán)碚?五版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.7.

[2]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊·設(shè)計(jì)篇[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]林秉華.最新汽車設(shè)計(jì)使用手冊[M].哈爾濱：黑龍江人民出版社，2005.

[4]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工程出版社，2004.8.

[5]徐達(dá)，蔣崇賢.專用汽車設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.12.

[6]白玉婷.論汽車改裝車設(shè)計(jì).城市車輛，1998（4）.

[7]陳家瑞.汽車構(gòu)造.4版[M].北京：人民交通出版社，2002.