宋心雷

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

輕卡某山地版車型底盤總布置方案設計

宋心雷

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

根據(jù)市場需求，在現(xiàn)有車型基礎上，開發(fā)一款適應西南及福建山區(qū)特性的4×2整車產品，匹配某型號發(fā)動機，軸距3308mm，最大總質量4490kg，標準型駕駛室，增大變速器扭矩，增加離合助力、動轉、排輔，選裝子午胎及空調裝置，提升輕卡產品在西南及福建地區(qū)的市場競爭力。

4×2；軸距；市場；山區(qū)

CLC NO.:U463.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-14-04

引言

自1886年誕生的第一輛汽車以來，汽車工業(yè)經歷了130多年的發(fā)展過程。由于社會需求的不斷增長和科學技術發(fā)展的推動，汽車設計日臻精巧，其運輸生產率和各項性能都能有很大提高，因此，現(xiàn)代汽車已成為世界各國國民經濟和社會生活不可或缺的運輸工具。汽車工業(yè)的規(guī)模和其產品的質量也成為衡量一個國家技術水平的重要標志之一。

一個成功的汽車產品設計應該使產品滿足技術、社會、經濟和工藝造型等方面的要求：它的技術性能應該滿足用戶的要求和適應各種使用條件，還必須符合社會和政府各種法規(guī)的要求，還應該是造價低廉，用材合理，制造和維修簡便，使用經濟性好且可靠耐用。

汽車總布置設計的原則：主要技術經濟要求（對技術先進性、工藝性、繼承性、生產成本和零部件通用化）；需考慮哪些變型；同時要規(guī)定在各種使用性能中哪些是要優(yōu)先保證的，例如：車速、百公里油耗、爬坡度等；當使用、經濟和制造三方面要求發(fā)生矛盾時應作技術經濟分析。

本款 4×2山地版車型是按照以上總布置設計原則來設計的。相對于競品，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，滿足西南及福建山區(qū)用戶的需求。

1、開發(fā)目的及總體方案

1.1 開發(fā)目的

開發(fā)一款適應西南及福建山區(qū)特性的4×2整車產品，搭載XX型號發(fā)動機，軸距3308mm，最大總質量4490kg， 標準型駕駛室，增大變速器扭矩，增加離合助力、動轉、排輔，選裝子午胎及空調裝置，提升輕卡產品在西南及福建地區(qū)的市場競爭力。

1.2 總體方案

在現(xiàn)有輕卡產品發(fā)動機動力基礎上,換裝變速器，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；采用雙層大梁車架，提升整車承載力；標配排氣輔助制動，充分滿足山區(qū)長坡的制動可靠性要求；選裝空調裝置，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。同時，在產品設計時，應滿足整車“通用化、模塊化、標準化、系列化”要求。

2、主配置選擇

2.1 發(fā)動機

發(fā)動機采用XX型號；

額定功率/轉速：70kw/3200rpm；

最大扭矩/轉速：245Nm/2200rpm；

排量：3.0L發(fā)動機凈質量：300kg；

發(fā)動機帶φ300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

2.2 離合器

離合器處于傳動系的首端，用來切斷和實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞，以保證：在起步時將發(fā)動機與傳動系平順接合，使汽車能平穩(wěn)起步，在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速箱中齒輪之間的沖擊，便于換擋，在工作中受到大的動載荷時保護傳動系，防止其受過大的載荷。

為保證離合器具有良好的工作性能，對汽車離合器提出以下要求：在任何形式情況下能可靠傳遞發(fā)動機的最大扭矩而且傳遞轉矩的能力有適當?shù)膬?；分離時要徹底迅速；接合時要平順柔和，以保證汽車起步平穩(wěn)，沒有抖動和沖擊，離合器從動部分轉動慣量要小，以減輕黃當時齒輪間的沖擊并便于換擋和減小同步器的磨損；操縱輕便，工作可靠，壽命長。

采用膜片彈簧離合器，它具有以下優(yōu)點：

（1）膜片彈簧具有較理想的非線性特性，彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內保持大致不變，因而使離合器在使用中能保持其傳遞轉矩的能力大致不變；

（2）高速旋轉時，壓緊力降低程度緩和，摩擦力矩降低很少，性能穩(wěn)定；

（3）由于膜片彈簧兼起到壓緊和分離杠桿的作用，使結構大為簡化，零件數(shù)減少，質量減小，離合器軸向尺寸縮短；

（4）易于實現(xiàn)良好的通風散熱；

（5）壓力分布均勻；

（6）平衡性好；

離合器主要尺寸選?。?/p>

在現(xiàn)成的膜片彈簧離合器中主要利用后備系數(shù)選取。后備系數(shù)反映的是離合器傳遞發(fā)動機最大轉矩的可靠程度。

以下用φ300，φ255膜片彈簧離合器的后備系數(shù)計算比較：

表1

φ300離合器后備系數(shù) β=1.71，滿足設計要求，φ255離合器后備系數(shù)β=1.06，不滿足設計要求，通過計算比較選擇φ300離合器。

2.3 變速箱

變速器的功用是在不同使用條件下，改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，使汽車得到不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。

為保證變速器具有良好的工作性能，對變速器有以下基本要求：

（1）應正確選擇變速器的檔數(shù)和傳動比，以保證汽車必要的動力性和經濟性指標；

（2）換擋迅速、省力，以便縮短加速時間并提高汽車動力性能；

（3）工作可靠；

（4）變速器扭矩滿足整車匹配，即變速器的額定扭矩應為發(fā)動機最大扭矩的1.05～1.1倍。

現(xiàn)選擇兩款變速器作對比，后橋主減速比選取6.142；

Ⅰ型：許用最大輸入扭矩296Nm，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=296N?m，后備系數(shù)β=Tt/Te=296/245=1.21＞1.05

滿足設計要求，同時Ⅰ型變速器扭矩較富裕。

Ⅱ型：許用最大輸入扭矩245Nm，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=245N?m，后備系數(shù)

β=Tt/Te=245/245=1＜1.05

通過計算選用Ⅱ型變速器后備系數(shù)偏小，同時市場反饋該變速器在整車行駛過程中存在打齒現(xiàn)象。

動力性經濟性比較：

表4

通過動力性及經濟性比較，兩個變速箱各項計算參數(shù)相近，結合變速器后備系數(shù)計算，綜合后選擇變速器Ⅰ型。

2.4 傳動軸

該款山地版車型采用兩節(jié)傳動軸，即中間傳動軸和后橋傳動軸；

傳動軸軸管管徑為Φ69×2.3，對于該款車校核其是否滿足要求。

扭轉應力校核：

表5

據(jù)上述計算，傳動軸軸管的扭轉應力為84.25MPa，小于120MPa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120 MPa。

傳動軸長度校核：

因整車相對于基礎車型變速箱長度發(fā)生變化，傳動軸中間傳動軸長度要做相應調整。傳動軸尺寸校核截圖如下：

圖3 傳動軸尺寸校核截圖

經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增加中間傳動軸長度6mm；

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6

傳動軸臨界轉速安全系數(shù)為2.64＞2，滿足要求。

備注：中傳長度613mm，后傳滿載長度1080mm，傳動軸臨界轉速校核選擇長度最長傳動軸尺寸。

傳動軸當量夾角校核：

同基礎車型保持一致。

2.5 前橋

借用，工字梁，額定軸荷 2000kg，前輪距：1580mm，板簧距：780m，制動器規(guī)格：Φ320×85mm。

2.6 后橋

借用，軸管梁，額定軸荷 4000kg，后輪距：1395mm，板簧距：840mm，制動器規(guī)格：Φ320×85mm，最大輸出扭矩：8500N.m；

所選的后橋速比應保證汽車最佳的動力性和燃油經濟性；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；

通過動力性及經濟性計算，后橋速比由基礎車型 5.571調整為6.142；

后橋扭矩校核：

后橋最大輸出扭矩Tr=8500N?m，發(fā)動機扭矩245N·m，變速器1檔速比5.347，傳動系機械效率為0.9，則后橋輸出扭矩：

T=245×5.347×6.142×0.9 = 7241N?m＜Tr=8500N?m，滿足要求。

表7

2.7 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，第三橫梁因變速器改變，需要出專用第三橫梁，車架相關參數(shù)如下：

軸距：3308mm，車架斷面尺寸：170mm×70mm×（5+4）mm，車架尾部寬度720mm；

備注：相關競品在西南地區(qū)車架縱梁均為雙層大梁。

2.8 油箱

油箱裝置分組借用，油箱大小為90L滿足開發(fā)需求。

2.9 輪胎

標配 6.50-16，選配6.50R16。

2.10 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。

2.11 專用分組變動說明見（表7）2.12 總布置草圖

圖4 總布置草圖

3、結論

本論文通過對汽車各大總成件的選擇來設計某款山地版車型，相對于主要競品有較好的動力、經濟性，由于整車零部件設計基于“通用化、模塊化、標準化、系列化”要求，該車型造價成本相對較低，能大大降低終端用戶的購置成本，為用戶創(chuàng)造更大的價值。

[1] 成大先主編.機械設計手冊[S]. 北京:化學工業(yè)出版社,2004.

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[6] 張洪欣主編.汽車設計[z].北京：機械工業(yè)出版社,1998.

Light trucks version a mountain car chassis layout plan design

Song Xinlei
( AnHui Jianghuai Automobile co. LTD, AnHui Hefei 230601 )

According to market demand, based on the existing models, the development of a mountain and southwest to adapt to the characteristics of Fujian 4 × 2 vehicle products, matching a model of engine, wheelbase 3308mm, the maximum total mass of 4490kg, the standard cab, increase the transmission Torque, increase clutch power, moving, auxiliary row, optional radial tire and air-conditioning devices, light truck products in the southwest and Fujian to enhance the market competitiveness.The model is mainly for the same wheelbase product development, requiring vehicle performance matching is better than competing products, the price and competing products quite. Through the southwest and Fujian market research, the region is mostly mountainous, the vehicle's climbing performance, braking performance, handling performance and bearing capacity requirements are higher. To this end the need to develop a mountainous region to adapt to the southwest and Fujian mountain version of the product.

4×2; wheelbase; market; mountain areas

U463.1

A

1671-7988 (2017)06-14-04

宋心雷（1986-），男，助理工程師。就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車產品研發(fā)技術管理工作。

該車型主要針對競品同等軸距產品開發(fā)，要求整車性能匹配優(yōu)于競品，價格與競品相當。通過對西南及福建市場調研，該地區(qū)多為山區(qū)，對整車的爬坡性能、制動性能、操縱性能以及承載力要求較高。為此需要開發(fā)一款適應西南及福建多山區(qū)的山地版產品。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.005