轻卡某山地版车型底盘总布置方案设计

宋心雷

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

轻卡某山地版车型底盘总布置方案设计

宋心雷

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

根据市场需求，在现有车型基础上，开发一款适应西南及福建山区特性的4×2整车产品，匹配某型号发动机，轴距3308mm，最大总质量4490kg，标准型驾驶室，增大变速器扭矩，增加离合助力、动转、排辅，选装子午胎及空调装置，提升轻卡产品在西南及福建地区的市场竞争力。

4×2；轴距；市场；山区

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

引言

自1886年诞生的第一辆汽车以来，汽车工业经历了130多年的发展过程。由于社会需求的不断增长和科学技术发展的推动，汽车设计日臻精巧，其运输生产率和各项性能都能有很大提高，因此，现代汽车已成为世界各国国民经济和社会生活不可或缺的运输工具。汽车工业的规模和其产品的质量也成为衡量一个国家技术水平的重要标志之一。

一个成功的汽车产品设计应该使产品满足技术、社会、经济和工艺造型等方面的要求：它的技术性能应该满足用户的要求和适应各种使用条件，还必须符合社会和政府各种法规的要求，还应该是造价低廉，用材合理，制造和维修简便，使用经济性好且可靠耐用。

汽车总布置设计的原则：主要技术经济要求（对技术先进性、工艺性、继承性、生产成本和零部件通用化）；需考虑哪些变型；同时要规定在各种使用性能中哪些是要优先保证的，例如：车速、百公里油耗、爬坡度等；当使用、经济和制造三方面要求发生矛盾时应作技术经济分析。

本款 4×2山地版车型是按照以上总布置设计原则来设计的。相对于竞品，有较好的动力性、整车爬坡度及承载力，且造价成本相对较低，满足西南及福建山区用户的需求。

1、开发目的及总体方案

1.1 开发目的

开发一款适应西南及福建山区特性的4×2整车产品，搭载XX型号发动机，轴距3308mm，最大总质量4490kg， 标准型驾驶室，增大变速器扭矩，增加离合助力、动转、排辅，选装子午胎及空调装置，提升轻卡产品在西南及福建地区的市场竞争力。

1.2 总体方案

在现有轻卡产品发动机动力基础上,换装变速器，提升整车爬坡度；增加离合助力、动转，提高整车的操纵轻便性；采用双层大梁车架，提升整车承载力；标配排气辅助制动，充分满足山区长坡的制动可靠性要求；选装空调装置，提高整车的乘坐舒适性；其余主配置保持与基础车型一致，以提高产品通用性。同时，在产品设计时，应满足整车“通用化、模块化、标准化、系列化”要求。

2、主配置选择

2.1 发动机

发动机采用XX型号；

额定功率/转速：70kw/3200rpm；

最大扭矩/转速：245Nm/2200rpm；

排量：3.0L发动机净质量：300kg；

发动机带φ300膜片弹簧离合器；

发动机外形图如下：

图1 发动机正视图

图2 发动机左视图

2.2 离合器

离合器处于传动系的首端，用来切断和实现对传动系的动力传递，以保证：在起步时将发动机与传动系平顺接合，使汽车能平稳起步，在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速箱中齿轮之间的冲击，便于换挡，在工作中受到大的动载荷时保护传动系，防止其受过大的载荷。

为保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器提出以下要求：在任何形式情况下能可靠传递发动机的最大扭矩而且传递转矩的能力有适当的储备；分离时要彻底迅速；接合时要平顺柔和，以保证汽车起步平稳，没有抖动和冲击，离合器从动部分转动惯量要小，以减轻黄当时齿轮间的冲击并便于换挡和减小同步器的磨损；操纵轻便，工作可靠，寿命长。

采用膜片弹簧离合器，它具有以下优点：

（1）膜片弹簧具有较理想的非线性特性，弹簧压力在摩擦片磨损范围内保持大致不变，因而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力大致不变；

（2）高速旋转时，压紧力降低程度缓和，摩擦力矩降低很少，性能稳定；

（3）由于膜片弹簧兼起到压紧和分离杠杆的作用，使结构大为简化，零件数减少，质量减小，离合器轴向尺寸缩短；

（4）易于实现良好的通风散热；

（5）压力分布均匀；

（6）平衡性好；

离合器主要尺寸选取：

在现成的膜片弹簧离合器中主要利用后备系数选取。后备系数反映的是离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。

以下用φ300，φ255膜片弹簧离合器的后备系数计算比较：

表1

φ300离合器后备系数 β=1.71，满足设计要求，φ255离合器后备系数β=1.06，不满足设计要求，通过计算比较选择φ300离合器。

2.3 变速箱

变速器的功用是在不同使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使汽车得到不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。

为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器有以下基本要求：

（1）应正确选择变速器的档数和传动比，以保证汽车必要的动力性和经济性指标；

（2）换挡迅速、省力，以便缩短加速时间并提高汽车动力性能；

（3）工作可靠；

（4）变速器扭矩满足整车匹配，即变速器的额定扭矩应为发动机最大扭矩的1.05～1.1倍。

现选择两款变速器作对比，后桥主减速比选取6.142；

Ⅰ型：许用最大输入扭矩296Nm，各档速比如下：

表2

变速器Ⅰ型扭矩校核：

Ⅰ型变速器最大允许输入扭矩为Tt=296N•m，后备系数β=Tt/Te=296/245=1.21＞1.05

满足设计要求，同时Ⅰ型变速器扭矩较富裕。

Ⅱ型：许用最大输入扭矩245Nm，各档速比如下：

表3

变速器Ⅱ型扭矩校核：

Ⅱ型变速器最大允许输入扭矩为Tt=245N•m，后备系数

β=Tt/Te=245/245=1＜1.05

通过计算选用Ⅱ型变速器后备系数偏小，同时市场反馈该变速器在整车行驶过程中存在打齿现象。

动力性经济性比较：

表4

通过动力性及经济性比较，两个变速箱各项计算参数相近，结合变速器后备系数计算，综合后选择变速器Ⅰ型。

2.4 传动轴

该款山地版车型采用两节传动轴，即中间传动轴和后桥传动轴；

传动轴轴管管径为Φ69×2.3，对于该款车校核其是否满足要求。

扭转应力校核：

表5

据上述计算，传动轴轴管的扭转应力为84.25MPa，小于120MPa的许用应力，满足设计要求。

注：材料屈服极限 300MPa，考虑到快速连接冲击等因素，取安全系数为2.5，则许用应力为120 MPa。

传动轴长度校核：

因整车相对于基础车型变速箱长度发生变化，传动轴中间传动轴长度要做相应调整。传动轴尺寸校核截图如下：

图3 传动轴尺寸校核截图

经过传动系尺寸链校核，传动轴装置出专用，在现有传动轴装置的基础上增加中间传动轴长度6mm；

临界转速计算：

在选择传动轴长度和断面尺寸时，应考虑使传动轴有足够高的临界转速。假设断面均匀一致，两端自由支撑的弹性横梁，由机械振动理论可知，对应的临界转速为：

传动轴的临界转速为：

式中，nk为传动轴的临界转速(r／min)；LC为传动轴长度(mm)，即两万向节中心之间的距离；dc和Dc分别为传动轴轴管的内、外径(mm)。

在设计传动轴时，取安全系数 K=nk／nmax=1.2～2.0，K=1.2用于精确动平衡、高精度的伸缩花键及万向节间隙比较小时，nmax为传动轴的最高转速（r／min）。

安全系数校核：

表6

传动轴临界转速安全系数为2.64＞2，满足要求。

备注：中传长度613mm，后传满载长度1080mm，传动轴临界转速校核选择长度最长传动轴尺寸。

传动轴当量夹角校核：

同基础车型保持一致。

2.5 前桥

借用，工字梁，额定轴荷 2000kg，前轮距：1580mm，板簧距：780m，制动器规格：Φ320×85mm。

2.6 后桥

借用，轴管梁，额定轴荷 4000kg，后轮距：1395mm，板簧距：840mm，制动器规格：Φ320×85mm，最大输出扭矩：8500N.m；

所选的后桥速比应保证汽车最佳的动力性和燃油经济性；工作平稳，噪声小，传动效率高，具有必要的离地间隙；在保证足够的强度和刚度的条件下力求质量小，拆装调整方便；

通过动力性及经济性计算，后桥速比由基础车型 5.571调整为6.142；

后桥扭矩校核：

后桥最大输出扭矩Tr=8500N•m，发动机扭矩245N·m，变速器1档速比5.347，传动系机械效率为0.9，则后桥输出扭矩：

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

表7

2.7 车架

在基础车型车架基础上，车架纵梁调整为贯通式双层大梁，第三横梁因变速器改变，需要出专用第三横梁，车架相关参数如下：

轴距：3308mm，车架断面尺寸：170mm×70mm×（5+4）mm，车架尾部宽度720mm；

备注：相关竞品在西南地区车架纵梁均为双层大梁。

2.8 油箱

油箱装置分组借用，油箱大小为90L满足开发需求。

2.9 轮胎

标配 6.50-16，选配6.50R16。

2.10 驾驶室

借用分组标准型驾驶室，非承载式车身，承载人数3人。

2.11 专用分组变动说明见（表7）2.12 总布置草图

图4 总布置草图

3、结论

本论文通过对汽车各大总成件的选择来设计某款山地版车型，相对于主要竞品有较好的动力、经济性，由于整车零部件设计基于“通用化、模块化、标准化、系列化”要求，该车型造价成本相对较低，能大大降低终端用户的购置成本，为用户创造更大的价值。

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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，助理工程师。就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司轻型车研究所，主要从事汽车产品研发技术管理工作。

该车型主要针对竞品同等轴距产品开发，要求整车性能匹配优于竞品，价格与竞品相当。通过对西南及福建市场调研，该地区多为山区，对整车的爬坡性能、制动性能、操纵性能以及承载力要求较高。为此需要开发一款适应西南及福建多山区的山地版产品。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.005