某軍用越野汽車傳動系統(tǒng)設計

李麗軍，魏金琳，許永霞

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

1 概述

汽車傳動系是位于汽車發(fā)動機與驅(qū)動車輪之間的傳遞裝置。其功用為保證汽車在各種行駛條件下所必須的牽引力與車速，使它們之間能協(xié)調(diào)變化并有足夠的變化范圍，保證汽車能倒車及左右驅(qū)動車輪能適應差速要求，使動力傳遞能根據(jù)需要順利結(jié)合與分離。

2 設計要求

表1 整車參數(shù)

根據(jù)研制方案報告，整車技術(shù)參數(shù)見表1，發(fā)動機參數(shù)見表2。

表2 發(fā)動機主要參數(shù)

3 總成選型

3.1 變速器選型

3.1.1 變速器型式選擇

表3 變速器技術(shù)參數(shù)

根據(jù)軍用越野汽車的實踐使用情況，以及本車發(fā)動機的扭矩及功率參數(shù)，由于發(fā)動機最大扭矩為2500N·m，在傳動系統(tǒng)的設計過程中，需有效降低傳動系統(tǒng)的動載核。根據(jù)國內(nèi)傳動系統(tǒng)成熟資源，在動力傳動系統(tǒng)部件選型過程中，變速器首先液力機械自動變速器，參數(shù)見表3。

3.2 傳動系速比的確定

由整車最高車速及最低穩(wěn)定車速等受傳動比影響的主要作戰(zhàn)使用性能指標，傳動系速比限定條件為：

由于變速器總成條件限制，速比已確定，因此設計時以傳動系速比范圍為邊界條件，以分動器速比和驅(qū)動橋速比為設計變量，以分動器高擋時整車最大爬坡度、分動器低擋時最高車速為約束條件，以0～60km/h加速時間及多工況燃油消耗為目標，分析不同分動器和橋速比對目標參數(shù)的影響，確定分動器高檔與橋速比乘積為6.0。

3.2.1 驅(qū)動橋參數(shù)的確定

根據(jù)速比對加速時間和燃油消耗的分析結(jié)果，考慮到現(xiàn)有產(chǎn)品系列化、通用化，確定驅(qū)動橋速比為6.733。

3.2.2 分動器速比的確定

根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標要求，分動器選用全時驅(qū)動分動器。根據(jù)《車輛傳動系統(tǒng)分析》推薦，克服最大坡道的速度，應保證在變矩器效率＞0.75工況進行。根據(jù)已知參數(shù)，分動器高擋及橋速比以加速時間以及百公里油耗為優(yōu)化目標，分動器低擋及橋速比以動力性為目標，以最高車速、最大爬坡度為優(yōu)化條件，得出分動器參數(shù)。優(yōu)選后，滿足該指標參數(shù)的分動器參數(shù)見表4。

表4 分動器技術(shù)參數(shù)

4 傳動系強度校核

4.1 變速器

發(fā)動機最大輸出扭矩為2500N·m，小于變速器的最大允許輸入扭矩；變速器的額定輸入轉(zhuǎn)速也大于發(fā)動機的最高轉(zhuǎn)速。因此變速器選擇合理，結(jié)構(gòu)強度能夠滿足使用要求。

4.2 分動器

根據(jù)對變速器各擋位輸出扭矩計算及各擋位使用時間的統(tǒng)計，按照變速器輸出扭矩12500N·m計算傳動系疲勞壽命，按照變速器輸出扭矩17500N·m校核傳動系靜強度。

分動器的最大允許為25000N·m，大于變速器最大輸出扭矩，靜強度滿足要求；分動器疲勞壽命計算中，齒輪齒根彎曲強度和齒面接觸強度均能夠滿足使用要求。

4.3 驅(qū)動橋

驅(qū)動橋中段速比1.706，輪邊部分速比3.947。

前橋Ⅰ額定輸入扭矩：12400 N·m

前橋Ⅱ額定輸入扭矩：24800 N·m

后橋Ⅰ額定輸入扭矩：24800 N·m

后橋Ⅱ額定輸入扭矩：12400 N·m

非貫通橋允許最大輸入扭矩，貫通橋允許最大輸入扭矩，能夠滿足使用要求。

4.4 傳動軸

該車包括分動器到前橋Ⅱ傳動軸、前橋Ⅱ到前橋Ⅰ傳動軸、分動器到后橋Ⅰ傳動軸、后橋Ⅰ到后橋Ⅱ傳動軸、變速器到分動器傳動軸，共采用了2種規(guī)格的傳動軸，軸管規(guī)格分別為：電焊鋼管φ120×6mm和電焊鋼管φ92×6.5mm。傳動系傳動軸各萬向節(jié)傳動夾角見表6。

進行校核時，在2種規(guī)格中各選取一根工況最惡劣的進行校核。根據(jù)整車方案，φ120×6mm規(guī)格最惡劣工況出現(xiàn)在分動器與后橋Ⅰ的聯(lián)接；φ92×6.5規(guī)格僅應用于前橋Ⅰ和前橋Ⅱ的聯(lián)接。

a）最大扭矩計算

根據(jù)傳動軸傳遞扭矩情況及整車布置需要，前橋Ⅱ-前橋Ⅰ傳動軸軸管規(guī)格為φ92×6.5mm，其余傳動軸軸管規(guī)格為φ 120×6mm。

按表6所示，φ120×6mm傳動軸傳遞扭矩最大為變速器與分動器最大扭矩

T變分max=18720N·m，φ92×6.5mm 傳動軸傳遞扭矩最大為前橋Ⅱ與前橋Ⅰ間的最大扭矩T前分max=4473N·m。b）傳動軸允許最大扭矩計算軸管的扭轉(zhuǎn)應力τ

式中：

Tj—傳動軸軸管最大允許扭矩；

D、d—軸管外、內(nèi)徑。

規(guī)格為φ120×6mm的軸管的最大允許扭矩T1為：

帶入?yún)?shù)T1=34987N.m

規(guī)格為φ92×6.5mm的軸管的最大扭矩T2為：

帶入?yún)?shù)T2=20919Nm

經(jīng)計算，T變分max＜T1，T前分max＜T2

由以上計算可知，該軍車各總成間的最大扭矩均小于傳動軸管的額定最大扭矩，故傳動軸管完全符合設計要求。

c）傳動軸臨界轉(zhuǎn)速nc

式中：

K—安全系數(shù)，應大于1.2；

L—傳動軸長，取兩萬向節(jié)之中心距mm；

前橋Ⅰ到前橋Ⅱ傳動軸A長度L=1244mm，最高轉(zhuǎn)速nA=3868r/min；

變速器到分動器的傳動軸B長度L=1241mm，最高轉(zhuǎn)速nB=3443r/min；

傳動軸A臨界轉(zhuǎn)速：

帶入?yún)?shù)ncA=7924r/min，KA=2.0

傳動軸B臨界轉(zhuǎn)速：

帶入?yún)?shù)ncB=10483r/min，KB=3.0

每根傳動軸的轉(zhuǎn)速留有足夠的安全余量，因此傳動軸滿足要求。

d）十字軸萬向節(jié)及花鍵校核

設計選用的十字軸萬向節(jié)及花鍵與斯太爾車通用，技術(shù)成熟可靠，完全能滿足使用要求，并已在二代軍車及民車市場得到驗證，故在此不再校核。

5 結(jié)論

變速器經(jīng)過臺架試驗20000小時無故障，臺架試驗壽命大于100萬公里，收集定遠試驗場典型路譜作為臺架試驗的輸入，確保臺架試驗的可信性，且該變速器經(jīng)過了15萬臺，5年時間民品應用的檢驗，其系列型號經(jīng)過了軍車12000公里考驗0故障運行。

同樣分動器、橋經(jīng)過臺架靜扭、疲勞壽命試驗，并且通過30000公里可靠性試驗，驗證該該車傳動系統(tǒng)設計完全滿足使用要求。