輕卡某山地版車型底盤總布置方案設(shè)計(jì)

宋心雷

（安徽江淮汽車集團(tuán)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(shè)計(jì)

宋心雷

（安徽江淮汽車集團(tuán)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(chǔ)上，開發(fā)一款適應(yīng)西南及福建山區(qū)特性的4×2整車產(chǎn)品，匹配某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，軸距3308mm，最大總質(zhì)量4490kg，標(biāo)準(zhǔn)型駕駛室，增大變速器扭矩，增加離合助力、動(dòng)轉(zhuǎn)、排輔，選裝子午胎及空調(diào)裝置，提升輕卡產(chǎn)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(jīng)歷了130多年的發(fā)展過程。由于社會(huì)需求的不斷增長和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，汽車設(shè)計(jì)日臻精巧，其運(yùn)輸生產(chǎn)率和各項(xiàng)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(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活不可或缺的運(yùn)輸工具。汽車工業(yè)的規(guī)模和其產(chǎn)品的質(zhì)量也成為衡量一個(gè)國家技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。

一個(gè)成功的汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)該使產(chǎn)品滿足技術(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和工藝造型等方面的要求：它的技術(shù)性能應(yīng)該滿足用戶的要求和適應(yīng)各種使用條件，還必須符合社會(huì)和政府各種法規(guī)的要求，還應(yīng)該是造價(jià)低廉，用材合理，制造和維修簡便，使用經(jīng)濟(jì)性好且可靠耐用。

汽車總布置設(shè)計(jì)的原則：主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求（對(duì)技術(shù)先進(jìn)性、工藝性、繼承性、生產(chǎn)成本和零部件通用化）；需考慮哪些變型；同時(shí)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(dāng)使用、經(jīng)濟(jì)和制造三方面要求發(fā)生矛盾時(shí)應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

本款 4×2山地版車型是按照以上總布置設(shè)計(jì)原則來設(shè)計(jì)的。相對(duì)于競品，有較好的動(dòng)力性、整車爬坡度及承載力，且造價(jià)成本相對(duì)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(yīng)西南及福建山區(qū)特性的4×2整車產(chǎn)品，搭載XX型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，軸距3308mm，最大總質(zhì)量4490kg， 標(biāo)準(zhǔn)型駕駛室，增大變速器扭矩，增加離合助力、動(dòng)轉(zhuǎn)、排輔，選裝子午胎及空調(diào)裝置，提升輕卡產(chǎn)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(chǎn)品發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力基礎(chǔ)上,換裝變速器，提升整車爬坡度；增加離合助力、動(dòng)轉(zhuǎn)，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(biāo)配排氣輔助制動(dòng)，充分滿足山區(qū)長坡的制動(dòng)可靠性要求；選裝空調(diào)裝置，提高整車的乘坐舒適性；其余主配置保持與基礎(chǔ)車型一致，以提高產(chǎn)品通用性。同時(shí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足整車“通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化”要求。

2、主配置選擇

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)采用XX型號(hào)；

額定功率/轉(zhuǎn)速：70kw/3200rpm；

最大扭矩/轉(zhuǎn)速：245Nm/2200rpm；

排量：3.0L發(fā)動(dòng)機(jī)凈質(zhì)量：300kg；

發(fā)動(dòng)機(jī)帶φ300膜片彈簧離合器；

發(fā)動(dòng)機(jī)外形圖如下：

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)正視圖

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)左視圖

2.2 離合器

離合器處于傳動(dòng)系的首端，用來切斷和實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，以保證：在起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順接合，使汽車能平穩(wěn)起步，在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)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(dòng)載荷時(shí)保護(hù)傳動(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī)的最大扭矩而且傳遞轉(zhuǎn)矩的能力有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備；分離時(shí)要徹底迅速；接合時(shí)要平順柔和，以保證汽車起步平穩(wěn)，沒有抖動(dòng)和沖擊，離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕黃當(dāng)時(shí)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(diǎn)：

（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(nèi)保持大致不變，因而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力大致不變；

（2）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)減少，質(zhì)量減小，離合器軸向尺寸縮短；

（4）易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)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(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)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(jì)算比較：

表1

φ300離合器后備系數(shù) β=1.71，滿足設(shè)計(jì)要求，φ255離合器后備系數(shù)β=1.06，不滿足設(shè)計(jì)要求，通過計(jì)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(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車得到不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。

為保證變速器具有良好的工作性能，對(duì)變速器有以下基本要求：

（1）應(yīng)正確選擇變速器的檔數(shù)和傳動(dòng)比，以保證汽車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)；

（2）換擋迅速、省力，以便縮短加速時(shí)間并提高汽車動(dòng)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(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的1.05～1.1倍。

現(xiàn)選擇兩款變速器作對(duì)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(shè)計(jì)要求，同時(shí)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(jì)算選用Ⅱ型變速器后備系數(shù)偏小，同時(shí)市場反饋該變速器在整車行駛過程中存在打齒現(xiàn)象。

動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性比較：

表4

通過動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性比較，兩個(gè)變速箱各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)相近，結(jié)合變速器后備系數(shù)計(jì)算，綜合后選擇變速器Ⅰ型。

2.4 傳動(dòng)軸

該款山地版車型采用兩節(jié)傳動(dòng)軸，即中間傳動(dòng)軸和后橋傳動(dòng)軸；

傳動(dòng)軸軸管管徑為Φ69×2.3，對(duì)于該款車校核其是否滿足要求。

扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核：

表5

據(jù)上述計(jì)算，傳動(dòng)軸軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為84.25MPa，小于120MPa的許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)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(yīng)力為120 MPa。

傳動(dòng)軸長度校核：

因整車相對(duì)于基礎(chǔ)車型變速箱長度發(fā)生變化，傳動(dòng)軸中間傳動(dòng)軸長度要做相應(yīng)調(diào)整。傳動(dòng)軸尺寸校核截圖如下：

圖3 傳動(dòng)軸尺寸校核截圖

經(jīng)過傳動(dòng)系尺寸鏈校核，傳動(dòng)軸裝置出專用，在現(xiàn)有傳動(dòng)軸裝置的基礎(chǔ)上增加中間傳動(dòng)軸長度6mm；

臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算：

在選擇傳動(dòng)軸長度和斷面尺寸時(shí)，應(yīng)考慮使傳動(dòng)軸有足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。假設(shè)斷面均勻一致，兩端自由支撐的彈性橫梁，由機(jī)械振動(dòng)理論可知，對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速為：

傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為：

式中，nk為傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速(r／min)；LC為傳動(dòng)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(dòng)軸軸管的內(nèi)、外徑(mm)。

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

安全系數(shù)校核：

表6

傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)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(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速校核選擇長度最長傳動(dòng)軸尺寸。

傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角校核：

同基礎(chǔ)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(dòng)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(dòng)器規(guī)格：Φ320×85mm，最大輸出扭矩：8500N.m；

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

通過動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，后橋速比由基礎(chǔ)車型 5.571調(diào)整為6.142；

后橋扭矩校核：

后橋最大輸出扭矩Tr=8500N?m，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩245N·m，變速器1檔速比5.347，傳動(dòng)系機(jī)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(chǔ)車型車架基礎(chǔ)上，車架縱梁調(diào)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(guān)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(guān)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(biāo)配 6.50-16，選配6.50R16。

2.10 駕駛室

借用分組標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)說明見（表7）2.12 總布置草圖

圖4 總布置草圖

3、結(jié)論

本論文通過對(duì)汽車各大總成件的選擇來設(shè)計(jì)某款山地版車型，相對(duì)于主要競品有較好的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性，由于整車零部件設(shè)計(jì)基于“通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化”要求，該車型造價(jià)成本相對(duì)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(jià)值。

[1] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[2] 濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[z].北京：高等教育出版社,2001.

[3] 陳家瑞主編.汽車構(gòu)造[z].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4] 余志生主編.汽車?yán)碚摚ǖ谌妫z].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[5] 盧秉恒主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[z].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[6] 張洪欣主編.汽車設(shè)計(jì)[z].北京：機(jī)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(tuán)股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)管理工作。

該車型主要針對(duì)競品同等軸距產(chǎn)品開發(fā)，要求整車性能匹配優(yōu)于競品，價(jià)格與競品相當(dāng)。通過對(duì)西南及福建市場調(diào)研，該地區(qū)多為山區(qū)，對(duì)整車的爬坡性能、制動(dòng)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(yīng)西南及福建多山區(qū)的山地版產(chǎn)品。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.005