輕卡極限貨箱重載車型底盤總布置方案設計

李新紅

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 緒論

汽車的發(fā)展已有100多年的發(fā)展歷程，期間凝聚了人類的智慧使汽車不斷改進和創(chuàng)新，隨著信息技術、機械設備、石油、交通、電子商務、化工等多個行業(yè)的相互支撐，不斷地推動汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，如今汽車的多功能性，多樣性極大地提高了社會經(jīng)濟生活的水平，成為當今社會廣泛應用的交通運輸工具。

中國的汽車工業(yè)從誕生到現(xiàn)在經(jīng)歷了若干發(fā)展階段，如今中國汽車行業(yè)也在汽車領域中贏得了自己的一席之地。我國汽車企業(yè)技術創(chuàng)新和品牌主要體現(xiàn)在載貨汽車上，面對充滿機遇和挑戰(zhàn)的市場競爭，我們在汽車結構，汽車使用材料，汽車性能，汽車節(jié)能環(huán)保和安全方面的技術要不斷地創(chuàng)新，滿足市場需求。

汽車總布置設計的原則：對設計方案及設計結果進行法規(guī)分析，以保證最終設計的產品滿足法律、法規(guī)的要求；了解客戶需求并對其進行量化分析，提出能夠滿足客戶需求的整車產品概念與方案；保證整車動力匹配、電子裝配以及整車主要總成的幾何布置設計與運動校核，協(xié)調各系統(tǒng)方案的設計；繪制整車總布置圖（2D，3D），協(xié)調部件安裝，使整車虛擬裝配協(xié)調完整，完成電子樣車組裝；完成整車各項計算工作，分析參考車型各項性能以及結構。

本款極限貨箱重載版車型嚴格按照總布置設計原則開展。與競品車相比，性價比高，有較好的動力性、整車爬坡度及承載力，且造價成本相對較低，滿足西南，西北等山區(qū)區(qū)域的需求。

2 產品開發(fā)需求及總布置方案

2.1 產品開發(fā)需求

開發(fā)滿足國V排放的高性價比產品，鞏固發(fā)展產品在市場的領先優(yōu)勢，開發(fā)車型軸距 3845mm，最大總質量10500kg，采用標準型駕駛室，3.8L發(fā)動機，最大傳遞扭矩為539N·m變速器，增加離合助力、動轉、排輔，中控鎖，鋁合金油箱，鋁合金儲氣筒，多功能方向盤（帶定速巡航、娛樂控制），ABS，2300mm寬貨箱，LED日間行車燈，加寬倒車鏡。從而提升輕卡產品在西北、西南等山區(qū)區(qū)域的市場競爭力。

2.2 總布置方案

在現(xiàn)有輕卡產品基礎上縮短軸距, 采用最大傳遞扭矩為539N·m變速器，提升整車爬坡度；增加離合助力、動轉，提高整車的操縱輕便性；采用直通梁車架，采用子午輪胎，2300mm寬貨箱，提升整車承載力；標配排氣輔助制動，斷氣剎，充分滿足山區(qū)長坡的制動可靠性要求；空調裝置，MP3提高整車的乘坐舒適性；其余主配置保持與基礎車型一致，以提高產品通用性。設計中貫徹先進的設計理念，注重IT信息技術在設計中的應用。設計中應貫徹國標、行業(yè)及企業(yè)標準，重視國家發(fā)布的與國際接軌的有關汽車標準。

3 產品配置相關參數(shù)

3.1 發(fā)動機

發(fā)動機采用★★型號;

額定功率/轉速：115kw/2600rpm;

最大扭矩/轉速：500Nm/(1200-1900)rpm;

排量：3.8L發(fā)動機凈質量：335kg；

發(fā)動機帶φ350膜片彈簧離合器；

發(fā)動機外形圖如下：

圖1 發(fā)動機正視圖

圖2 發(fā)動機左視圖

3.2 離合器

離合器通常安裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。在車輛行駛過程中，車輛掛擋起步時，左腳逐漸抬起離合器踏板，右腳逐漸踏下加速踏板使發(fā)動機的供油量增大，才能使車輛緩緩起步。換擋時，只有將離合器踏板踏下后，才可能避免變速器齒輪打齒沖擊；緊急制動時若來不及踩離合踏板時，發(fā)動機和傳動系統(tǒng)都受到很大沖擊，但發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的機件并沒有因此而過載損壞。

本設計采用膜片彈簧離合器，為了使離合器接合柔和，啟動平穩(wěn)，從動盤鋼片通常采用薄彈簧鋼板制成，單片離合器從動盤鋼片具有軸向彈性結構，摩擦襯片應有較大的摩擦因數(shù)、良好的耐磨性和耐熱性。摩擦襯片做成塊狀，使飛輪和壓盤表面更多的暴露在空氣中，提高散熱能力，而且塊狀摩擦片不易變形，降低從動盤翹曲的傾向，容易做到分離徹底。同時也提高了使用壽命。

采用膜片彈簧離合器，它具有以下優(yōu)點：

（1）膜片彈簧兼起壓緊彈簧及分離杠桿的雙重作用，從而使離合器結構有很大的簡化，而且縮短了離合器的軸間距；

（2）膜片彈簧在高速下不會因離心力產生彎曲而導致彈簧壓緊力下降，即高速時壓緊力穩(wěn)定；

（3）膜片彈簧離合器結構簡單，軸向尺寸小，彈性特性好、操縱輕便；

（4）膜片彈簧與壓盤的整個圓周接觸，從而使壓緊力均勻分布、摩擦襯片磨損均勻、彈力不受離心力影響；

離合器主要基本性能參數(shù)確定：

摩擦系數(shù)f的確定，影響離合器摩擦系數(shù)的因素很多，很復雜，本設計不詳細討論，通過查閱文獻資料并與企業(yè)咨詢后確定取f=0.25。

離合器后備系數(shù)β的確定，后備系數(shù)是膜片彈簧離合器選取的一個重要參數(shù)，它最能體現(xiàn)離合器傳遞給發(fā)動機的最大轉矩的可靠度。

以下用φ300，φ350膜片彈簧離合器的后備系數(shù)計算比較：

表1

φ350離合器后備系數(shù) β=1.55，滿足設計要求，φ300離合器后備系數(shù)β=0.84，不滿足設計要求，通過計算比較選擇φ350離合器。

3.3 變速箱

變速器使車輛在行駛過程中遇到復雜道路時，能夠使汽車驅動力和車速能在相當大的范圍變化，同時使發(fā)動機在功率較高而油耗較低的工況下工作，在汽車發(fā)動機旋轉方向不變的情況下，用倒擋使汽車反方向行駛；在發(fā)動機不熄火情況下，用空擋中斷動力傳遞，便于汽車起動、怠速、換擋以及動力輸出。

變速箱采用兩軸是變速箱，倒擋為常嚙合齒輪并用同步器換擋；同步器多裝在輸出軸，因為一檔主動齒輪尺寸小，同步器裝在輸出軸上有困難，而高擋同步器可以裝在輸入軸后端。

這樣設計結構簡單，輪廓尺寸小，布置方便中間檔位傳動軸效率高和噪聲低的優(yōu)點。

現(xiàn)選擇兩款變速器作對比，后橋主減速比選取4.875；A型：許用最大輸入扭矩539Nm，各檔速比如下：

表2

變速器Ⅰ型扭矩校核：

Ⅰ型變速器最大允許輸入扭矩為Tt=539N?m，后備系數(shù)

滿足設計要求，同時Ⅰ型變速器扭矩較富裕。

B型：許用最大輸入扭矩450Nm，各檔速比如下：

表3

變速器Ⅱ型扭矩校核：

Ⅱ型變速器最大允許輸入扭矩為Tt=450N?m，后備系數(shù)

通過設計計算選用Ⅱ型變速器后備系數(shù)偏小，不能夠傳遞大的轉矩，使離合器因滑磨而使磨損加快，縮短離合器使用壽命。

兩個變速箱通過計算并進行對比分析，最終選擇選擇變速器A型。

3.4 傳動軸

此極限重載版貨車采用兩節(jié)傳動軸雙聯(lián)機構；

根據(jù)設計開發(fā)要求傳動軸軸管管徑為Φ90×3，對該車傳動系校核是否滿足設計要求。

扭轉應力校核：

表4

據(jù)上述計算，傳動軸軸管的扭轉應力為88.27MPa，小于180MPa的許用應力，滿足設計要求。

注：材料屈服極限 300MPa，考慮到快速連接沖擊等因素，取安全系數(shù)為2.5，則許用應力為180 MPa。

傳動軸長度校核：

因整車相對于基礎車型軸距發(fā)生變化，傳動軸長度要做相應調整。傳動軸尺寸校核圖如下：

圖3 傳動軸尺寸校圖

經(jīng)過傳動系尺寸鏈校核，傳動軸裝置出專用，在現(xiàn)有傳動軸裝置的基礎上傳動軸長度縮短855mm；

臨界轉速計算：

在選擇傳動軸長度和斷面尺寸時，應考慮使傳動軸有足夠高的臨界轉速。假設斷面均勻一致，兩端自由支撐的彈性橫梁，由機械振動理論可知，對應的臨界轉速為：

傳動軸的臨界轉速為：

式中，nk為傳動軸的臨界轉速(r／min)；LC為傳動軸長度(mm)，即兩萬向節(jié)中心之間的距離；dc和Dc分別為傳動軸軸管的內、外徑(mm)。

在設計傳動軸時，取安全系數(shù) K=nk／nmax=1.2～2.0，K=1.2用于精確動平衡、高精度的伸縮花鍵及萬向節(jié)間隙比較小時，nmax為傳動軸的最高轉速(r／min)。

安全系數(shù)校核：

表5

傳動軸臨界轉速安全系數(shù)為3.28＞1.5，滿足要求。

傳動軸當量夾角校核：

結果如下：

表6

說明： 應使?jié)M載和空載兩種工況下的當量夾角盡量不大于3°，另外，應該使萬向節(jié)傳動兩端的夾角盡量相等，其數(shù)值在滿載靜止時不應大于4°，空載最大不應超過7°。傳動軸長1915mm，傳動軸相位采用+-+，當量夾角計算滿足要求。

3.5 前橋

借用，工字梁，額定軸荷3500kg，前輪距：1660mm, 板簧距：860m。

3.6 后橋

借用，軸管梁，額定軸荷 7500kg，后輪距：1728mm，板簧距：1015mm，最大輸出扭矩：14200N.m；

所選的后橋速比應保證汽車最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性；工作平穩(wěn)，噪聲小，傳動效率高，具有必要的離地間隙；在保證足夠的強度和剛度的條件下力求質量小，拆裝調整方便；

后橋扭矩校核：

后橋最大輸出扭矩Tr=14200N?m，發(fā)動機扭矩500N·m，變速器1檔速比6.091，傳動系機械效率為0.9，后橋主減速比與基礎車型保持一致即4.875；

則后橋輸出扭矩：

T=500×6.091×4.875×0.9=13362.13N?m＜Tr=14200N?m，滿足設計要求。

3.7 車架

在基礎車型車架基礎上，車架縱梁調整為貫通式雙層大梁，由于軸距縮短，第四橫梁出專用，取消第六橫梁，車架相關參數(shù)如下：

軸距：3845mm，車架斷面尺寸：235mm×75mm×6mm；

3.8 油箱

油箱裝置分組專用，采用 210L鋁合金油箱，滿足開發(fā)需求。

3.9 輪胎

標配 8.25R20 14PR，選配8.25R20 16PR。

3.10 駕駛室

借用分組標準型駕駛室，非承載式車身，承載人數(shù)3人。

3.11 專用分組變動說明

表7

3.12 總布置設計草圖

圖4 總布置設計草圖

4 結論

通過對此款車型的設計，對整車進行可行性分析，盈利能力分析以及法規(guī)符合性分析，保證整車動力性、經(jīng)濟性、整車爬坡度及承載力達到設計要求，滿足市場需求，使此款車在市場中有較高的競爭力。

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