田 銳，張偉珊，李桂華

(1.清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510;2.清新聯(lián)統(tǒng)實業(yè)有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511510;3.廣東省輕工業(yè)技師學(xué)院，廣州 510300)

由于道路擁擠、油價上漲的影響，汽車與摩托車的完美結(jié)合——三輪汽車開始在國際各類車展中嶄露頭角。應(yīng)歐美顧客的需要，開發(fā)設(shè)計一款新款三輪運動車(圖1)，采用前置后驅(qū)的倒三輪的結(jié)構(gòu)，搭載1100 cc 直列水冷四沖程汽油機，該車型吸取了摩托車的優(yōu)點，兼容了汽車的優(yōu)勢。為保證三輪汽車的驅(qū)動力，使駕駛員享受馳騁的運動感受，匹配的動力及傳動系統(tǒng)設(shè)計是非常重要的，在此重點就二次傳動系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分析論述。

圖1 新款運動車的CATIA 樣車模型

1 發(fā)動機的選擇

合理的動力總成選型，可使整車的設(shè)計更趨合理，同時提高設(shè)計的效率。新款運動車發(fā)動機選型的主要原則:功率足夠大，同時兼顧油耗、噪聲等指標(biāo)，可靠性好，尺寸盡可能小，操縱方便，排放達(dá)標(biāo)。

1.1 基本形式的選擇

至今世界上絕大多數(shù)的汽車都是采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其中汽油機的轉(zhuǎn)速高、升功率高、轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性較好、輪廓尺寸及質(zhì)量較小、便于布置、振動及噪聲較低和適于高速運轉(zhuǎn)等特點，因而絕大多數(shù)轎車采用汽油機，雖然近二三十年來在極少數(shù)汽車上采用了轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃?xì)廨啓C、高能蓄電池和電動機等動力裝置。但從目前的情況來看，在相當(dāng)長的時期內(nèi)，往復(fù)式汽油機仍將是汽車發(fā)動機的主要型式［1］。

按照汽油機氣缸排列型式，分為直列、水平對置和V 型等，直列式的結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、造價低廉、工作可靠、寬度小、易布置，因而在排量不大的轎車上得到了廣泛應(yīng)用;按照汽油機冷卻方式，分為水冷式和風(fēng)冷式，水冷發(fā)動機冷卻均勻可靠，散熱好，氣缸變形小，缸蓋、活塞等主要零件的熱負(fù)荷較低，可靠性高，因此，絕大多數(shù)的汽車都采用了水冷發(fā)動機。

綜上所述，新款運動車采用直列式水冷汽油機。

1.2 主要性能指標(biāo)的選擇

1.2.1 最大功率Pe max及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速np

發(fā)動機功率愈大則汽車的動力性愈好，但功率過大會使發(fā)動機功率利用率降低，燃料經(jīng)濟性下降，動力傳動系的質(zhì)量也要加大。因此，應(yīng)合理地選擇發(fā)動機功率。

Pemax可根據(jù)所要求的最高車速vamax按下式計算出［2-3］:

其中:Pemax為發(fā)動機最大功率;ηT為傳動系的傳動效率，這里取約0.98;ma為汽車總質(zhì)量，因為只有3 個輪，質(zhì)量比較小，這里初步設(shè)定為150 kg;g 為重力加速度，這里取9.8 m2/s;f為滾動阻力系數(shù)，良好路面上的滾動阻力系數(shù)為0.014;vamax為最高車速，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，最高車速要達(dá)到150 km/h;CD為空氣阻力系數(shù)。

在此得出發(fā)動機最大功率為28.8 kW，約比外特性的最大功率值低12% ～20%，這是選擇發(fā)動機類型的一個重要指標(biāo)。

1.3 確定型號

新款運動車的對象定位為玩家一族，所以要求有較好的動力性，在選擇發(fā)動機時，要求有較高的功率和扭矩;隨著環(huán)保、節(jié)能要求的加強、四沖程摩托車發(fā)動機以其結(jié)構(gòu)可靠性、廢氣排放污染低、省油節(jié)能等特點得到了廣泛的應(yīng)用;并且受到現(xiàn)有條件約束，不可能采用進(jìn)口的發(fā)動機，發(fā)動機的選擇只能面向國內(nèi)選擇。因此，根據(jù)運動車預(yù)定最高車速為150 km/h，發(fā)動機的最大功率為28. 8 kW，由此初選發(fā)動機的型號［4］——川畸1100cc 汽油機作為試樣機。

2 傳動系統(tǒng)設(shè)計

新款運動車搭載川畸摩托車1100cc 發(fā)動機，自帶六速變速器，一次傳動裝置的傳動比為1∶1，因此，需對二次傳動裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

2.1 二次傳動裝置的作用及結(jié)構(gòu)布置

二次傳動裝置可以進(jìn)一步降速增扭，更合理地利用發(fā)動機的動力，提高新款運動車的適應(yīng)性和經(jīng)濟性，在動力傳遞中需要一定的中心距補償，起到緩沖發(fā)動機與后驅(qū)動輪之間的震動。

為了適應(yīng)不同車型和使用要求，二次傳動裝置有多種結(jié)構(gòu)型式，常見的有帶傳動、齒輪傳動、鏈傳動和軸傳動。其中鏈傳動適合于中心距較遠(yuǎn)的傳動，并能自動適應(yīng)長度和角度的變化，結(jié)構(gòu)緊湊，只需狹長的空間，安裝布置方便。因此選擇二次傳動裝置的結(jié)構(gòu)型式為鏈傳動。

2.2 二次傳動比iⅡ的選擇［5］

在款運動車上由于空間位置的限制和結(jié)構(gòu)布置的需要，一次傳動裝置和變速器均與發(fā)動機固聯(lián)而構(gòu)成一個整體，二次傳動裝置則獨立于發(fā)動機之外，二次傳動比的變化范圍相對較大，設(shè)計的靈活度也較大。由于二次傳動比屬于傳動系統(tǒng)總傳動比的一部分，因此二次傳動比的大小對于整車的動力性和經(jīng)濟性能具有很大影響。

新款運動車搭載川畸摩托車發(fā)動機屬于四缸發(fā)動機、排量1100cc，能提供較大、較快、較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，最小傳動比對轉(zhuǎn)矩影響較大。最小傳動比過小發(fā)動機在重負(fù)荷下工作，加速性不好，易出現(xiàn)噪聲與振動。最小傳動比過大，經(jīng)濟性變差，高速運轉(zhuǎn)噪聲大。綜合考慮，新款運動車的二次傳動比選為iⅡ=2.286。

3 鏈傳動主要零件設(shè)計

3.1 鏈條的設(shè)計

新款運動車的二次傳動裝置的鏈傳動借鑒了摩托車的鏈傳動，通常采用的是單排滾子鏈，滾子鏈屬于標(biāo)準(zhǔn)零件，根據(jù)GB1243.1—83 規(guī)定，我國采用的鏈號與相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)鏈號一致，鏈號數(shù)乘以25.4/16 mm 即為節(jié)距值。

鏈滾子鏈和鏈輪嚙合的基本參數(shù)是節(jié)距p、滾子外徑d1和內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1。節(jié)距是滾子鏈的主要參數(shù)，用來進(jìn)行鏈條傳動的設(shè)計計算，特別是鏈長、中心距、鏈輪尺寸、齒形等的幾何計算。

3.1.1 鏈條型號的選擇

選擇鏈條的型號實際上就是確定鏈條的節(jié)距值。在一定條件下，鏈條的節(jié)距越大，其承載能力就越高，但傳動的多邊形效應(yīng)也要增大，但是振動、沖擊、噪聲也越嚴(yán)重。為了使傳動結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，應(yīng)盡可以選取較小的節(jié)距的鏈條。

可直接根據(jù)發(fā)動機的氣缸容積來確定鏈條的節(jié)距，見表1［6］。

表1 鏈條的節(jié)距p 的選擇

本車的發(fā)動機排量為1 100 mL，為了使傳動結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，選取p=15.875 mm。滾子外徑d1=10.16 mm［7］。

3.1.2 鏈輪的中心距

鏈輪的中心距a0一般按公式初選:a0= (40 ～50)p，a0=635 mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)的尺寸布置，取a=630 mm。

3.2 鏈輪的設(shè)計

鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條的節(jié)距p、滾子的最大外徑d1及齒數(shù)Z1、Z2。

3.2.1 主、從動鏈輪齒數(shù)Z1、Z2 的選擇

主動鏈輪Z1對鏈條傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有很大的影響，因此選擇主動鏈輪Z1要適宜。主動鏈輪Z1小時可以減小其外形尺寸，便于安裝，但Z1過小會導(dǎo)致傳動的不均勻性和動載荷會增大，使鏈條的磨損加劇。因此增大Z1對傳動是有利的，而且鏈條節(jié)距不變時，增大Z1會使傳遞的功率加大。但如果選的Z1過大時，從動大鏈輪齒數(shù)也將增大，從而增大了傳動的尺寸和重量，易于因鏈條節(jié)距的伸長而發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象，同時會縮短鏈條的使用壽命。

綜合考慮，主動鏈輪Z1齒數(shù)通常取為13 ～15。由于鏈條的鏈節(jié)數(shù)通常是偶數(shù)，為了使鏈輪和鏈條都磨損均勻，一般Z1應(yīng)是與鏈節(jié)數(shù)為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)。新款運動車的主動鏈輪Z1選為14。根據(jù)二次傳動比iⅡ=2.286，求從動鏈輪齒數(shù)Z2:Z2= Z1×iⅡ，適當(dāng)協(xié)調(diào)后Z2=32。

3.2.2 鏈輪轂孔的選擇

鏈輪轂孔的最大許用直徑dkmax，可參照表2 選?。?］，在確定了鏈條的節(jié)距和鏈輪齒數(shù)后，再根據(jù)齒側(cè)凸緣最大直徑，并考慮到鍵和輪轂強度而確定。必須大于鏈輪安裝處的軸徑，若不能滿足要求時，應(yīng)重新選擇鏈條傳動參數(shù)。

表2 鏈輪轂孔的最大許用直徑dk max(mm)

鏈輪安裝處的軸徑d =29 mm，經(jīng)查表dkmax=30 ～37 mm。dkmax＞29 mm，故滿足條件。

3.2.3 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸

齒寬bf1=0.95b1(b1—內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬)，計算得bf1=9 mm

3.2.4 鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料

一般來說，主動鏈輪的直徑小，故制成整體式，從動鏈輪的尺寸大些，制成孔板式。鏈輪的材料應(yīng)能保證輪齒有足夠的耐磨性和抗沖擊強度。主動小鏈輪一般用低碳合金鋼制造，從動鏈輪一般低碳鋼、低碳合金鋼或中碳鋼制造。因此鏈輪的材料采用40Cr，齒面硬度可達(dá)HRC40 ～50。

4 結(jié)束語

新款三輪運動車主要面向歐美的運動車愛好者，對動力性能和經(jīng)濟性能要求較高，在保證功率，同時兼顧油耗、噪聲等指標(biāo)，且可靠性好，排放達(dá)標(biāo)，因此分析選擇了川畸1100cc汽油機作為試樣機;根據(jù)空間位置的限制和結(jié)構(gòu)布置的需要，著重計算分析二次傳動系統(tǒng)，并對鏈傳動的主要零件進(jìn)行了設(shè)計，使摩托車與發(fā)動機得到較好的匹配性。

［1］李德寬.汽車工程手機·摩托車篇［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］胡建華.中國家用轎車發(fā)動機選型探討［J］.世界汽車，1997(5):13-15.

［3］劉惟信.汽車設(shè)計［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001.

［4］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［5］董敬. 摩托車結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］. 北京:人民郵電出版社，1997.

［6］《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊摩托車篇［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［7］王義行.自行車鏈條與摩托車鏈條［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1999.