全轮驱动重型商用车动力传动系布置分析

蒋治军

摘 要：文章通过某全轮驱动重型商用车动力传动系统的布置、计算和校核，说明该类车型的布置设计和优化。提供了该类车型动力传动系开发的思路和方法，以及设计流程和关键因数，以期提高所开发车型的设计质量，缩短研发周期和降低研发成本。

关键词：全轮驱动；动力传动；布置；优化

前言

随着我国经济快速发展，重型商用车作为一种生产工具也在快速发展和广泛应用，特别是适应野外作业、恶劣复杂路况的全轮驱动车型，因其较高的越野性能和承载能力，在民用领域也得到广泛的使用。相对普通的后轮驱动车型，因全轮驱动车型增加了分动器，同时前桥具有驱动功能，以及传动轴的增加，对于该类车型动力传动系的布置，显得极为重要和相对复杂，满足传动轴当量夹角也较为困难。

文章通过某全轮驱动车型动力传动系的布置和优化分析，提供了该类车型设计开发的思路和方法，以提高所开发车型的可靠性和设计质量。

1 动力传动初步布置

1.1 前桥、中桥及后桥布置

由整车布置硬点及各项参数（轴距、离地高度、前悬、后悬等）、前后悬架高度初步确定出前桥及中后桥的位置，待发动机及分动器位置确定后，传动轴夹角、长度校核时做调整和优化。前桥及中后桥初步位置亦可在发动机位置确定后再做布置。

1.2 发动机、离合器及变速器布置

1.2.1 发动机布置

根据整车总布置中确定的驾驶室、发动机、前轴的相互位置关系及驾驶室、发动机、散热器总成的外形图，考虑如下几点，确定出发动机的布置位置：

（1）低发动机罩驾驶室地板在极限位置（驾驶室向下运动约40mm，根据驾驶室悬置不同而确定）与发动机的距离，需满足？垠25mm；（2）前轴上跳至上极限位置时，发动机油底壳与前轴距离；（3）油底壳与转向横拉杆的间隙：除前轴垂直跳动量外，需考虑前簧变形而造成的前轴转角（约3°～4°）所要求的额外间隙；（4）散热器与风扇需留40mm以上间隙，同时风扇中心与散热器芯部中心需对齐；（5）曲轴中心线与车架上表面有一前高后低的夹角（约3°）。

综合上述要求，即可初步确定出发动机的布置位置。通过如下三个参数进行表达：飞轮壳后端面至前轴中心距离、曲轴中心与前轴中心交点至车架下翼面距离、发动机后倾角度。

1.2.2 变速器及离合器布置

对于重型商用车，离合器及变速器与发动机刚性连接为一整体，在发动机布置位置确定后即确定出其位置。

1.3 分动器布置

在发动机、离合器、变速器、前轴、中后桥位置初步确定后，考虑整车离地间隙（分动器最低点应位于最小离地间隙之上）及与车架上平面关系（分动器做高点应位于车架上平面之下），及传动轴长度、夹角要求，结合传动轴的布置一起进行确定。

2 传动轴布置

2.1 传动轴长度布置

若轴距较长，传动系由几个分段传动轴组成，除变速器至分动器段传动轴外，各传动轴的长度需基本一致，且最短传动轴长度需满足工艺制造及强度要求的最短长度。中间传动轴和伸缩传动轴之前的长度差不得超过600mm，且各个传动轴之间的长度差亦不能超过400mm。对于伸缩传动轴，需保留足够的伸缩余量，以使传动轴在最短工作状态时至少30mm的压缩余量。同时，传动轴在最长工作状态时传动轴滑动轴套应覆盖花键轴端一定的长度，其长度应为花键轴端自身直径的2倍左右。

2.2 传动轴角度布置

中间传动轴与中后驱动桥输入中心线的倾角相同，相对于发动机-离合器-变速器的倾角差不能超过1°。当车辆满载时，中后驱动桥输入法兰凸缘的高度低于变速器输出凸缘的高度时，必须保证差速器壳体和从动轴的倾角大于发动机-离合器-变速器轴线的倾角。另一方面，如果车辆满载时中后驱动桥输入法兰凸缘的高度高于变速箱输出法兰凸缘的高度，差速器壳体和从动轴的倾角必须小于发动机-离合器-变速器轴线的倾角。

3 传动轴计算校核

传动轴计算示意图：

完成动力传动布置后，需参考上图进行传动轴长度和夹角的计算校核。根据各总成的外形尺寸及整体布置位置，通过简单地在excel中编辑公式计算即可快速得出。需满足的要求为：传动轴当量夹角需小于3°，最后换算出来的传动轴许用转速需小于设计允许最大转速。

4 布置调整

根据上述传动轴计算结果可以看出，动力传动的布置满足要求。但在实际车型的开发中，并不能一次性完成，需进行反复的调整和优化。特别是在发动机、离合器、变速器及前桥、中后驱动桥位置已确定的情况下，主要调整分动器的布置位置，直至传动的布置、夹角、当量夹角及转动惯量满足要求。同时，动力传动的布置还需进行法规限制校核和其它间隙校核，如传动轴与排气管的距离、传动轴与车架的间隙等。在不满足要求的情况下需进行布置调整。通常该过程需反复进行，形成动力传动布置的流程：布置输入（动力总成数模、整车参数要求等），之后进行动力总成布置，完成传动轴校核、法规限制校核和其它间隙校核，进行布置调整后形成布置报告。

5 结束语

通过某全轮驱动卡车的动力传动系统布置、分析以及传动轴的计算和校核，比较详细地介绍了该类车型的动力传动系统布置和校核，及如何系统地进行传动轴的计算和校核。用来指导全轮驱动车型动力传动系统的布置优化设计，有益于提高设计效率和质量，缩短开发时间，降低开发成本。也对我们更好的开发和布置、设计全轮驱动车型具有良好的借鉴意义。

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