LM01型四驱水陆两栖车传动系统设计

蒋国春

摘 要：高速四驱两栖车，由于其独特的陆上、水面行驶性能和四驱的越野能力，使得它有着广泛的民用和军用市场。目前常见的两栖车传动系统为两驱形式，发动机中置，占用空间大，行駛速度低。本文介绍了一种四驱两栖车传动系统，采用发动机后置，变速箱、分动箱和驱动桥一体化设计，并通过计算选择了合理的发动机功率。

关键词：四驱；水陆两栖车；传动系统

中图分类号：U461 文献标识码：A

两栖车是一种既具备陆上行驶能力又具有水上航行特性的特殊车辆。他能够像普通车辆一样在陆上灵活行驶，又可以像船舶一样在水面上快速航行。由于两栖车有着广泛的应用市场，近年来许多国家投入巨大资金研发制造水陆两栖车。传动系统是两栖车的核心，其作用是将发动机功率按需要传递给陆上行驶系统或水上行驶系统。陆上行驶系统中，动力再通过变速器、传动轴、驱动桥等传递到车轮，保证车辆陆上行驶。而水上行驶系统是将发动机动力直接或通过变速箱间接传递到推进器，从而实现两栖车在水上行驶。

一、四驱两栖车传动系统观点的提出

目前大多数两栖车采用传统的发动机前置布局，导致了两栖车重心靠前，水上行驶时阻力增加，不利高速行驶。另外，采用螺旋桨作为水上推进器，占用空间大，产生推力小，不利于浅滩行驶。受传动形式所限，两驱式两栖车不适合野外、山地等工况使用。有的两栖车采用两台发动机提供动力，一台发动机提供的动力用于陆上行驶，另一台发动机与推进器相连，将动力用于水上行驶，这种传动系统设计简单，但重量大，生产成本高。

为了克服上述两栖车的不足，本文提供一种结构紧凑，占空间小，重量轻，生产成本低的高速四驱水陆两栖车传动系统设计。LM01型四驱水陆两栖车传动系统设计方案：单台发动机后置；水陆分动机构实现陆上行驶和水上行驶系统分动；车用变速器箱体、分动器箱体和驱动桥壳体一体化设计；水上推进器采用大功率高效的喷水推进器。

二、传动系统总体方案设计

为了保证汽车预期的最高车速，方案设计首先需要选择发动机应有的功率。最高车速虽然仅是动力性中的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速能力与爬坡能力。这是因为最高车速愈高，要求的发动机功率愈大，汽车后备功率大，加速与爬坡能力必然较好。两栖车在水上行驶时，发动机功率传递到与之匹配的喷水推进器上，喷水推进器发挥的功率克服航行时的水阻，发动机功率越大，对提高航行速度越有利。

当前常用汽车比功率来确定发动机应有功率。比功率指发动机最大功率与汽车总质量之比值，它是评价汽车动力性能的综合指标。为了保证两栖车在水上的高速性能，各国两栖车均选用大功率发动机以提高比功率值。根据资料国外高速两栖车比功率均在60kW/t以上，相应航速在45km/h以上。为了使LM01型两栖车达到高航速的性能指标，选用110kW大功率发动机，同时两栖车总质量控制在1.5t以内。LM01型两栖车的比功率73.3kW/t，接近国外高速两栖车比功率水平。

此外，需要根据高速艇动力学理论对发动机功率进行估算。LM01型两栖车水上航速设计指标为48km/h，即25.9节。要实现高航速行驶，必须从排水航行状态进入滑水航行状态，航速越快，两栖车的排水体积越小，用佛汝德系数Fn▽表示为，v为航速，▽为排水体积。，由主机制动功率表查得，所以发动机功率估算为。=0.32×1.5×9.81×0.5144×25.9=62.7kW由于两栖车的水阻大于船艇，所以选用的发动机功率要大于62.7kW。

由比功率和高速艇动力学估算可得，在传动系统设计中，选用110kW发动机可以满足两栖车的高航速要求。为了与发动机相匹配，喷水推进器功率选用100kW。

三、传动系统结构设计

LM01型高速四驱两栖车传动系统包括陆上行驶系统和水上行驶系统两部分。如图1所示，发动机1连接离合器2，离合器与齿轮组3连接。齿轮组由3个圆柱斜齿轮组成，起到传递动力、调节发动机与喷水推进器4、驱动桥壳5与地面间距的作用。齿轮采用飞溅润滑。齿轮组中安装水、陆分动器6实现齿轮组与水上行驶机构离合作用。水上行驶机构由一对圆柱斜齿轮7、联轴器8和喷水推进器组成。圆柱齿轮用于减速和换向，联轴器起到隔振作用，而安装在车体上的喷水推进器给两栖车在水面高速行驶提供足够的推力。各齿轮轴两端安装相同的角接触球轴承9，便于采购、装配和箱体的加工。齿轮组通过花键与变速器中第一轴10相连。变速器前端安装一对圆柱斜齿轮11，用于换向和减速作用。动力通过换向后传递到车用变速器12中。车用变速器的设计结构与传统车用手动变速器一致。变速器输出端安装四驱、两驱分动器13，实现陆上行驶四驱与两驱的分动功能。向前与万向节相连，通过传动轴14，可以将动力传递到前驱动桥15上。向后通过花键与后驱动桥主动齿轮16相连，从而带动被动齿轮17实现陆上行驶。被动齿轮偏置布置，避免与水上行驶机构齿轮干涉。

结论

这款两栖车传动系统采用独特的多箱体组合结构设计，陆上四驱、两驱自由切换，水上高速航行，拥有这些特性的LM01型两栖车可以在公路、山地、浅滩、海洋等多种工况下畅通无阻。我国有着辽阔的海岸线和众多的江河湖泊，四驱高速的水陆两栖车在地形勘察、防洪抗汛、渔业养殖、商业娱乐等民用和军用领域必定有着广泛的市场应用前景。

参考文献

[1]杨楚泉.水陆两栖车辆原理与设计[M].北京：国防工业出版社，2003：110-119.

[2]朱珉虎.高速艇与游艇设计手册[M].北京：珠海出版社，2008：21-34.