蔣國(guó)春

摘 要：高速四驅(qū)兩棲車，由于其獨(dú)特的陸上、水面行駛性能和四驅(qū)的越野能力，使得它有著廣泛的民用和軍用市場(chǎng)。目前常見(jiàn)的兩棲車傳動(dòng)系統(tǒng)為兩驅(qū)形式，發(fā)動(dòng)機(jī)中置，占用空間大，行駛速度低。本文介紹了一種四驅(qū)兩棲車傳動(dòng)系統(tǒng)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)后置，變速箱、分動(dòng)箱和驅(qū)動(dòng)橋一體化設(shè)計(jì)，并通過(guò)計(jì)算選擇了合理的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

關(guān)鍵詞：四驅(qū)；水陸兩棲車；傳動(dòng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

兩棲車是一種既具備陸上行駛能力又具有水上航行特性的特殊車輛。他能夠像普通車輛一樣在陸上靈活行駛，又可以像船舶一樣在水面上快速航行。由于兩棲車有著廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，近年來(lái)許多國(guó)家投入巨大資金研發(fā)制造水陸兩棲車。傳動(dòng)系統(tǒng)是兩棲車的核心，其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)功率按需要傳遞給陸上行駛系統(tǒng)或水上行駛系統(tǒng)。陸上行駛系統(tǒng)中，動(dòng)力再通過(guò)變速器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等傳遞到車輪，保證車輛陸上行駛。而水上行駛系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力直接或通過(guò)變速箱間接傳遞到推進(jìn)器，從而實(shí)現(xiàn)兩棲車在水上行駛。

一、四驅(qū)兩棲車傳動(dòng)系統(tǒng)觀點(diǎn)的提出

目前大多數(shù)兩棲車采用傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置布局，導(dǎo)致了兩棲車重心靠前，水上行駛時(shí)阻力增加，不利高速行駛。另外，采用螺旋槳作為水上推進(jìn)器，占用空間大，產(chǎn)生推力小，不利于淺灘行駛。受傳動(dòng)形式所限，兩驅(qū)式兩棲車不適合野外、山地等工況使用。有的兩棲車采用兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力用于陸上行駛，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)與推進(jìn)器相連，將動(dòng)力用于水上行駛，這種傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但重量大，生產(chǎn)成本高。

為了克服上述兩棲車的不足，本文提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，占空間小，重量輕，生產(chǎn)成本低的高速四驅(qū)水陸兩棲車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。LM01型四驅(qū)水陸兩棲車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：?jiǎn)闻_(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)后置；水陸分動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)陸上行駛和水上行駛系統(tǒng)分動(dòng)；車用變速器箱體、分動(dòng)器箱體和驅(qū)動(dòng)橋殼體一體化設(shè)計(jì)；水上推進(jìn)器采用大功率高效的噴水推進(jìn)器。

二、傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

為了保證汽車預(yù)期的最高車速，方案設(shè)計(jì)首先需要選擇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有的功率。最高車速雖然僅是動(dòng)力性中的一個(gè)指標(biāo)，但它實(shí)質(zhì)上也反映了汽車的加速能力與爬坡能力。這是因?yàn)樽罡哕囁儆?，要求的發(fā)動(dòng)機(jī)功率愈大，汽車后備功率大，加速與爬坡能力必然較好。兩棲車在水上行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率傳遞到與之匹配的噴水推進(jìn)器上，噴水推進(jìn)器發(fā)揮的功率克服航行時(shí)的水阻，發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大，對(duì)提高航行速度越有利。

當(dāng)前常用汽車比功率來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有功率。比功率指發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率與汽車總質(zhì)量之比值，它是評(píng)價(jià)汽車動(dòng)力性能的綜合指標(biāo)。為了保證兩棲車在水上的高速性能，各國(guó)兩棲車均選用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)以提高比功率值。根據(jù)資料國(guó)外高速兩棲車比功率均在60kW/t以上，相應(yīng)航速在45km/h以上。為了使LM01型兩棲車達(dá)到高航速的性能指標(biāo)，選用110kW大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)兩棲車總質(zhì)量控制在1.5t以內(nèi)。LM01型兩棲車的比功率73.3kW/t，接近國(guó)外高速兩棲車比功率水平。

此外，需要根據(jù)高速艇動(dòng)力學(xué)理論對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行估算。LM01型兩棲車水上航速設(shè)計(jì)指標(biāo)為48km/h，即25.9節(jié)。要實(shí)現(xiàn)高航速行駛，必須從排水航行狀態(tài)進(jìn)入滑水航行狀態(tài)，航速越快，兩棲車的排水體積越小，用佛汝德系數(shù)Fn▽表示為，v為航速，▽為排水體積。，由主機(jī)制動(dòng)功率表查得，所以發(fā)動(dòng)機(jī)功率估算為。=0.32×1.5×9.81×0.5144×25.9=62.7kW由于兩棲車的水阻大于船艇，所以選用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率要大于62.7kW。

由比功率和高速艇動(dòng)力學(xué)估算可得，在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選用110kW發(fā)動(dòng)機(jī)可以滿足兩棲車的高航速要求。為了與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，噴水推進(jìn)器功率選用100kW。

三、傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LM01型高速四驅(qū)兩棲車傳動(dòng)系統(tǒng)包括陸上行駛系統(tǒng)和水上行駛系統(tǒng)兩部分。如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)1連接離合器2，離合器與齒輪組3連接。齒輪組由3個(gè)圓柱斜齒輪組成，起到傳遞動(dòng)力、調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)與噴水推進(jìn)器4、驅(qū)動(dòng)橋殼5與地面間距的作用。齒輪采用飛濺潤(rùn)滑。齒輪組中安裝水、陸分動(dòng)器6實(shí)現(xiàn)齒輪組與水上行駛機(jī)構(gòu)離合作用。水上行駛機(jī)構(gòu)由一對(duì)圓柱斜齒輪7、聯(lián)軸器8和噴水推進(jìn)器組成。圓柱齒輪用于減速和換向，聯(lián)軸器起到隔振作用，而安裝在車體上的噴水推進(jìn)器給兩棲車在水面高速行駛提供足夠的推力。各齒輪軸兩端安裝相同的角接觸球軸承9，便于采購(gòu)、裝配和箱體的加工。齒輪組通過(guò)花鍵與變速器中第一軸10相連。變速器前端安裝一對(duì)圓柱斜齒輪11，用于換向和減速作用。動(dòng)力通過(guò)換向后傳遞到車用變速器12中。車用變速器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)車用手動(dòng)變速器一致。變速器輸出端安裝四驅(qū)、兩驅(qū)分動(dòng)器13，實(shí)現(xiàn)陸上行駛四驅(qū)與兩驅(qū)的分動(dòng)功能。向前與萬(wàn)向節(jié)相連，通過(guò)傳動(dòng)軸14，可以將動(dòng)力傳遞到前驅(qū)動(dòng)橋15上。向后通過(guò)花鍵與后驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)齒輪16相連，從而帶動(dòng)被動(dòng)齒輪17實(shí)現(xiàn)陸上行駛。被動(dòng)齒輪偏置布置，避免與水上行駛機(jī)構(gòu)齒輪干涉。

結(jié)論

這款兩棲車傳動(dòng)系統(tǒng)采用獨(dú)特的多箱體組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，陸上四驅(qū)、兩驅(qū)自由切換，水上高速航行，擁有這些特性的LM01型兩棲車可以在公路、山地、淺灘、海洋等多種工況下暢通無(wú)阻。我國(guó)有著遼闊的海岸線和眾多的江河湖泊，四驅(qū)高速的水陸兩棲車在地形勘察、防洪抗汛、漁業(yè)養(yǎng)殖、商業(yè)娛樂(lè)等民用和軍用領(lǐng)域必定有著廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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