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某軍用越野汽車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2019-06-12 23:25:53· 來源：EDC電驅(qū)未來 作者：李麗軍
1 概述汽車傳動(dòng)系是位于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)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
1 概述
汽車傳動(dòng)系是位于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)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(dòng)車輪能適應(yīng)差速要求，使動(dòng)力傳遞能根據(jù)需要順利結(jié)合與分離。
2 設(shè)計(jì)要求
表1 整車參數(shù)
根據(jù)研制方案報(bào)告，整車技術(shù)參數(shù)見表1，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)見表2。
表2 發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)踐使用情況，以及本車發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩及功率參數(shù)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為2500N·m，在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，需有效降低傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)載核。根據(jù)國(guó)內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)成熟資源，在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件選型過程中，變速器首先液力機(jī)械自動(dòng)變速器，參數(shù)見表3。
3.2 傳動(dòng)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(dòng)比影響的主要作戰(zhàn)使用性能指標(biāo)，傳動(dòng)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(shè)計(jì)時(shí)以傳動(dòng)系速比范圍為邊界條件，以分動(dòng)器速比和驅(qū)動(dòng)橋速比為設(shè)計(jì)變量，以分動(dòng)器高擋時(shí)整車最大爬坡度、分動(dòng)器低擋時(shí)最高車速為約束條件，以0～60km/h加速時(shí)間及多工況燃油消耗為目標(biāo)，分析不同分動(dòng)器和橋速比對(duì)目標(biāo)參數(shù)的影響，確定分動(dòng)器高檔與橋速比乘積為6.0。
3.2.1 驅(qū)動(dòng)橋參數(shù)的確定
根據(jù)速比對(duì)加速時(shí)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(dòng)橋速比為6.733。
3.2.2 分動(dòng)器速比的確定
根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求，分動(dòng)器選用全時(shí)驅(qū)動(dòng)分動(dòng)器。根據(jù)《車輛傳動(dòng)系統(tǒng)分析》推薦，克服最大坡道的速度，應(yīng)保證在變矩器效率＞0.75工況進(jìn)行。根據(jù)已知參數(shù)，分動(dòng)器高擋及橋速比以加速時(shí)間以及百公里油耗為優(yōu)化目標(biāo)，分動(dòng)器低擋及橋速比以動(dòng)力性為目標(biāo)，以最高車速、最大爬坡度為優(yōu)化條件，得出分動(dòng)器參數(shù)。優(yōu)選后，滿足該指標(biāo)參數(shù)的分動(dòng)器參數(shù)見表4。
表4 分動(dòng)器技術(shù)參數(shù)
4 傳動(dòng)系強(qiáng)度校核
4.1 變速器
發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。因此變速器選擇合理，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足使用要求。
4.2 分動(dòng)器
根據(jù)對(duì)變速器各擋位輸出扭矩計(jì)算及各擋位使用時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，按照變速器輸出扭矩12500N·m計(jì)算傳動(dòng)系疲勞壽命，按照變速器輸出扭矩17500N·m校核傳動(dòng)系靜強(qiáng)度。
分動(dòng)器的最大允許為25000N·m，大于變速器最大輸出扭矩，靜強(qiáng)度滿足要求；分動(dòng)器疲勞壽命計(jì)算中，齒輪齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度均能夠滿足使用要求。
4.3 驅(qū)動(dòng)橋
驅(qū)動(dòng)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(dòng)軸
該車包括分動(dòng)器到前橋Ⅱ傳動(dòng)軸、前橋Ⅱ到前橋Ⅰ傳動(dòng)軸、分動(dòng)器到后橋Ⅰ傳動(dòng)軸、后橋Ⅰ到后橋Ⅱ傳動(dòng)軸、變速器到分動(dòng)器傳動(dòng)軸，共采用了2種規(guī)格的傳動(dòng)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(dòng)系傳動(dòng)軸各萬向節(jié)傳動(dòng)夾角見表6。
進(jìn)行校核時(shí)，在2種規(guī)格中各選取一根工況最惡劣的進(jìn)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(dòng)器與后橋Ⅰ的聯(lián)接；φ92×6.5規(guī)格僅應(yīng)用于前橋Ⅰ和前橋Ⅱ的聯(lián)接。
a）最大扭矩計(jì)算
根據(jù)傳動(dòng)軸傳遞扭矩情況及整車布置需要，前橋Ⅱ-前橋Ⅰ傳動(dòng)軸軸管規(guī)格為φ92×6.5mm，其余傳動(dòng)軸軸管規(guī)格為φ 120×6mm。
按表6所示，φ120×6mm傳動(dòng)軸傳遞扭矩最大為變速器與分動(dòng)器最大扭矩
T 變分max=18720N·m，φ92×6.5mm 傳動(dòng)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(dòng)軸允許最大扭矩計(jì)算軸管的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ
式中：
[τ]—許用應(yīng)力，取[τ]=
Tj—傳動(dòng)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(jì)算，T 變分max＜T1，T 前分max＜T2
由以上計(jì)算可知，該軍車各總成間的最大扭矩均小于傳動(dòng)軸管的額定最大扭矩，故傳動(dòng)軸管完全符合設(shè)計(jì)要求。
c）傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速nc
式中：
K—安全系數(shù)，應(yīng)大于1.2；
L—傳動(dòng)軸長(zhǎng)，取兩萬向節(jié)之中心距mm；
前橋Ⅰ到前橋Ⅱ傳動(dòng)軸A長(zhǎng)度L=1244mm，最高轉(zhuǎn)速nA=3868r/min；
變速器到分動(dòng)器的傳動(dòng)軸B長(zhǎng)度L=1241mm，最高轉(zhuǎn)速nB=3443r/min；
傳動(dòng)軸A臨界轉(zhuǎn)速：
帶入?yún)?shù)ncA=7924r/min，KA=2.0
傳動(dòng)軸B臨界轉(zhuǎn)速：
帶入?yún)?shù)ncB=10483r/min，KB=3.0
每根傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速留有足夠的安全余量，因此傳動(dòng)軸滿足要求。
d）十字軸萬向節(jié)及花鍵校核
設(shè)計(jì)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(chǎng)得到驗(yàn)證，故在此不再校核。
5 結(jié)論
變速器經(jīng)過臺(tái)架試驗(yàn)20000小時(shí)無故障，臺(tái)架試驗(yàn)壽命大于100萬公里，收集定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)典型路譜作為臺(tái)架試驗(yàn)的輸入，確保臺(tái)架試驗(yàn)的可信性，且該變速器經(jīng)過了15萬臺(tái)，5年時(shí)間民品應(yīng)用的檢驗(yàn)，其系列型號(hào)經(jīng)過了軍車12000公里考驗(yàn)0故障運(yùn)行。
同樣分動(dòng)器、橋經(jīng)過臺(tái)架靜扭、疲勞壽命試驗(yàn)，并且通過30000公里可靠性試驗(yàn)，驗(yàn)證該該車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全滿足使用要求。
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