全輪驅(qū)動(dòng)重型商用車動(dòng)力傳動(dòng)系布置分析

蔣治軍

摘 要：文章通過某全輪驅(qū)動(dòng)重型商用車動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)；動(dòng)力傳動(dòng)；布置；優(yōu)化

前言

隨著我國(guó)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(dòng)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(duì)普通的后輪驅(qū)動(dòng)車型，因全輪驅(qū)動(dòng)車型增加了分動(dòng)器，同時(shí)前橋具有驅(qū)動(dòng)功能，以及傳動(dòng)軸的增加，對(duì)于該類車型動(dòng)力傳動(dòng)系的布置，顯得極為重要和相對(duì)復(fù)雜，滿足傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角也較為困難。

文章通過某全輪驅(qū)動(dòng)車型動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)機(jī)及分動(dòng)器位置確定后，傳動(dòng)軸夾角、長(zhǎng)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(dòng)機(jī)位置確定后再做布置。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器及變速器布置

1.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)布置

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

（1）低發(fā)動(dòng)機(jī)罩駕駛室地板在極限位置（駕駛室向下運(yùn)動(dòng)約40mm，根據(jù)駕駛室懸置不同而確定）與發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)機(jī)后傾角度。

1.2.2 變速器及離合器布置

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

1.3 分動(dòng)器布置

在發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)器做高點(diǎn)應(yīng)位于車架上平面之下），及傳動(dòng)軸長(zhǎng)度、夾角要求，結(jié)合傳動(dòng)軸的布置一起進(jìn)行確定。

2 傳動(dòng)軸布置

2.1 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度布置

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

2.2 傳動(dòng)軸角度布置

中間傳動(dòng)軸與中后驅(qū)動(dòng)橋輸入中心線的傾角相同，相對(duì)于發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸的傾角大于發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸的傾角必須小于發(fā)動(dòng)機(jī)-離合器-變速器軸線的傾角。

3 傳動(dòng)軸計(jì)算校核

傳動(dòng)軸計(jì)算示意圖：

完成動(dòng)力傳動(dòng)布置后，需參考上圖進(jìn)行傳動(dòng)軸長(zhǎng)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(jiǎn)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(dòng)軸當(dāng)量夾角需小于3°，最后換算出來的傳動(dòng)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(dòng)軸計(jì)算結(jié)果可以看出，動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)機(jī)、離合器、變速器及前橋、中后驅(qū)動(dòng)橋位置已確定的情況下，主要調(diào)整分動(dòng)器的布置位置，直至傳動(dòng)的布置、夾角、當(dāng)量夾角及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滿足要求。同時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)軸與排氣管的距離、傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)布置的流程：布置輸入（動(dòng)力總成數(shù)模、整車參數(shù)要求等），之后進(jìn)行動(dòng)力總成布置，完成傳動(dòng)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(dòng)卡車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置、分析以及傳動(dòng)軸的計(jì)算和校核，比較詳細(xì)地介紹了該類車型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置和校核，及如何系統(tǒng)地進(jìn)行傳動(dòng)軸的計(jì)算和校核。用來指導(dǎo)全輪驅(qū)動(dòng)車型動(dòng)力傳動(dòng)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(duì)我們更好的開發(fā)和布置、設(shè)計(jì)全輪驅(qū)動(dòng)車型具有良好的借鑒意義。

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