LM01型四驅水陸兩棲車傳動系統設計

蔣國春

摘 要：高速四驅兩棲車，由于其獨特的陸上、水面行駛性能和四驅的越野能力，使得它有著廣泛的民用和軍用市場。目前常見的兩棲車傳動系統為兩驅形式，發動機中置，占用空間大，行駛速度低。本文介紹了一種四驅兩棲車傳動系統，采用發動機后置，變速箱、分動箱和驅動橋一體化設計，并通過計算選擇了合理的發動機功率。

關鍵詞：四驅；水陸兩棲車；傳動系統

中圖分類號：U461 文獻標識碼：A

兩棲車是一種既具備陸上行駛能力又具有水上航行特性的特殊車輛。他能夠像普通車輛一樣在陸上靈活行駛，又可以像船舶一樣在水面上快速航行。由于兩棲車有著廣泛的應用市場，近年來許多國家投入巨大資金研發制造水陸兩棲車。傳動系統是兩棲車的核心，其作用是將發動機功率按需要傳遞給陸上行駛系統或水上行駛系統。陸上行駛系統中，動力再通過變速器、傳動軸、驅動橋等傳遞到車輪，保證車輛陸上行駛。而水上行駛系統是將發動機動力直接或通過變速箱間接傳遞到推進器，從而實現兩棲車在水上行駛。

一、四驅兩棲車傳動系統觀點的提出

目前大多數兩棲車采用傳統的發動機前置布局，導致了兩棲車重心靠前，水上行駛時阻力增加，不利高速行駛。另外，采用螺旋槳作為水上推進器，占用空間大，產生推力小，不利于淺灘行駛。受傳動形式所限，兩驅式兩棲車不適合野外、山地等工況使用。有的兩棲車采用兩臺發動機提供動力，一臺發動機提供的動力用于陸上行駛，另一臺發動機與推進器相連，將動力用于水上行駛，這種傳動系統設計簡單，但重量大，生產成本高。

為了克服上述兩棲車的不足，本文提供一種結構緊湊，占空間小，重量輕，生產成本低的高速四驅水陸兩棲車傳動系統設計。LM01型四驅水陸兩棲車傳動系統設計方案：單臺發動機后置；水陸分動機構實現陸上行駛和水上行駛系統分動；車用變速器箱體、分動器箱體和驅動橋殼體一體化設計；水上推進器采用大功率高效的噴水推進器。

二、傳動系統總體方案設計

為了保證汽車預期的最高車速，方案設計首先需要選擇發動機應有的功率。最高車速雖然僅是動力性中的一個指標，但它實質上也反映了汽車的加速能力與爬坡能力。這是因為最高車速愈高，要求的發動機功率愈大，汽車后備功率大，加速與爬坡能力必然較好。兩棲車在水上行駛時，發動機功率傳遞到與之匹配的噴水推進器上，噴水推進器發揮的功率克服航行時的水阻，發動機功率越大，對提高航行速度越有利。

當前常用汽車比功率來確定發動機應有功率。比功率指發動機最大功率與汽車總質量之比值，它是評價汽車動力性能的綜合指標。為了保證兩棲車在水上的高速性能，各國兩棲車均選用大功率發動機以提高比功率值。根據資料國外高速兩棲車比功率均在60kW/t以上，相應航速在45km/h以上。為了使LM01型兩棲車達到高航速的性能指標，選用110kW大功率發動機，同時兩棲車總質量控制在1.5t以內。LM01型兩棲車的比功率73.3kW/t，接近國外高速兩棲車比功率水平。

此外，需要根據高速艇動力學理論對發動機功率進行估算。LM01型兩棲車水上航速設計指標為48km/h，即25.9節。要實現高航速行駛，必須從排水航行狀態進入滑水航行狀態，航速越快，兩棲車的排水體積越小，用佛汝德系數Fn▽表示為，v為航速，▽為排水體積。，由主機制動功率表查得，所以發動機功率估算為。=0.32×1.5×9.81×0.5144×25.9=62.7kW由于兩棲車的水阻大于船艇，所以選用的發動機功率要大于62.7kW。

由比功率和高速艇動力學估算可得，在傳動系統設計中，選用110kW發動機可以滿足兩棲車的高航速要求。為了與發動機相匹配，噴水推進器功率選用100kW。

三、傳動系統結構設計

LM01型高速四驅兩棲車傳動系統包括陸上行駛系統和水上行駛系統兩部分。如圖1所示，發動機1連接離合器2，離合器與齒輪組3連接。齒輪組由3個圓柱斜齒輪組成，起到傳遞動力、調節發動機與噴水推進器4、驅動橋殼5與地面間距的作用。齒輪采用飛濺潤滑。齒輪組中安裝水、陸分動器6實現齒輪組與水上行駛機構離合作用。水上行駛機構由一對圓柱斜齒輪7、聯軸器8和噴水推進器組成。圓柱齒輪用于減速和換向，聯軸器起到隔振作用，而安裝在車體上的噴水推進器給兩棲車在水面高速行駛提供足夠的推力。各齒輪軸兩端安裝相同的角接觸球軸承9，便于采購、裝配和箱體的加工。齒輪組通過花鍵與變速器中第一軸10相連。變速器前端安裝一對圓柱斜齒輪11，用于換向和減速作用。動力通過換向后傳遞到車用變速器12中。車用變速器的設計結構與傳統車用手動變速器一致。變速器輸出端安裝四驅、兩驅分動器13，實現陸上行駛四驅與兩驅的分動功能。向前與萬向節相連，通過傳動軸14，可以將動力傳遞到前驅動橋15上。向后通過花鍵與后驅動橋主動齒輪16相連，從而帶動被動齒輪17實現陸上行駛。被動齒輪偏置布置，避免與水上行駛機構齒輪干涉。

結論

這款兩棲車傳動系統采用獨特的多箱體組合結構設計，陸上四驅、兩驅自由切換，水上高速航行，擁有這些特性的LM01型兩棲車可以在公路、山地、淺灘、海洋等多種工況下暢通無阻。我國有著遼闊的海岸線和眾多的江河湖泊，四驅高速的水陸兩棲車在地形勘察、防洪抗汛、漁業養殖、商業娛樂等民用和軍用領域必定有著廣泛的市場應用前景。

參考文獻

[1]楊楚泉.水陸兩棲車輛原理與設計[M].北京：國防工業出版社，2003：110-119.

[2]朱珉虎.高速艇與游艇設計手冊[M].北京：珠海出版社，2008：21-34.