【正文】 但是電動(dòng)汽車的 維修保養(yǎng) 費(fèi)用低，隨著使用年限的延長，其使用費(fèi)用支出會(huì)逐漸降低，甚至?xí)陀趦?nèi)燃機(jī)汽車使用成本。 能量轉(zhuǎn)換效率高，操縱簡便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，方便車輛的布置。電動(dòng)汽車可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，減速停車時(shí)的動(dòng)能通過再生制動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能并貯存在蓄電池中，停車時(shí)不必讓電機(jī)空轉(zhuǎn)，從而降低能源消耗，提高能源的使用效率。 汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)是傳遞動(dòng)力，并在 動(dòng)力的傳遞過程中改變傳動(dòng)比，以調(diào)節(jié)或變換動(dòng)力輸出裝置的特性，同時(shí)通過變速來適應(yīng)不同的駕駛要求。人工操作的手動(dòng)變速器在換擋時(shí)轉(zhuǎn)速變化突然，常使動(dòng)力輸出裝置處于非穩(wěn)定工況，影響汽車的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能及乘坐舒適性。因此要保證動(dòng)力輸出裝置在行駛過程中處于良好的工作狀態(tài)，提高乘坐舒適性與操作簡便性，需對自動(dòng)變速系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合的離合器研究。 汽車離合器的種類很多，目前主要分為 離合器分為 電磁離合器、磁粉離合器、摩擦式離合器和液力偶合器。本文研究的是離心式離合器， 離心離合器通過摩擦力來傳遞扭矩，它的基本結(jié)構(gòu)由三個(gè)元件組 成：主動(dòng)件、離心中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 2 體和從動(dòng)件。離心體滑裝 在 主動(dòng)件上，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)件旋轉(zhuǎn)加速而將其徑向甩出。當(dāng)主動(dòng)件達(dá)到規(guī)定角速度時(shí)，甩出的離心體與從動(dòng)件內(nèi)壁壓緊，由摩擦力強(qiáng)制其進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而傳遞扭矩。離合器的從動(dòng)件可以直接或通過皮帶輪等機(jī)構(gòu)與負(fù)載連接。 離心離合器靠原動(dòng)機(jī)本身的轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)兩軸自動(dòng)接合或斷開的離心離合器 ,形成了它固有的一些特點(diǎn) : （ 1） 離合器的接合取決于離心力 ,因此不能傳遞大于額定扭矩的負(fù)荷。如果從動(dòng)端超載，離合器便打滑，所以它也具有安全離合器的功能。 （ 2） 離心離合器也不宜裝在低速軸上使用，在低速 時(shí) 為了達(dá) 到足夠的離心力，就要增大結(jié)構(gòu)尺寸，將使成本增加。 （ 3）因?yàn)殡x心力是隨轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增加，所以使用離心離合器就相當(dāng)于將負(fù)荷逐漸地加到原動(dòng)機(jī)上，因而可以直接起動(dòng)工作機(jī)械，而獲得平穩(wěn)起動(dòng)的效果，若用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可以顯著地減小啟動(dòng)電流。 （ 4）當(dāng)原動(dòng)機(jī)未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之前，離心體相對于從動(dòng)件要打滑，從而產(chǎn)生摩擦熱，消耗一部分能量，因此離心離合器不造于在頻繁起動(dòng)的場合使用，也不宜在起動(dòng)過程太長的地方應(yīng)用。 離合器的發(fā)展 在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計(jì)曾裝在1889 年德國戴姆 勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動(dòng)件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到 20 世紀(jì) 20年代中葉，對當(dāng)時(shí)來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時(shí)曾出現(xiàn)過蹄 鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄 鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄 鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄 —— 鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動(dòng)件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。 現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器 ，它是直到 1925 年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時(shí)離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計(jì)中，多片按成對布置設(shè)計(jì)，一個(gè)鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 3 浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時(shí)把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。 石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石 棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。 20 世紀(jì) 20 年代末，直到進(jìn)入 30 年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。 早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合器接合時(shí)不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價(jià)格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。 實(shí)際上早在 1920 年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時(shí)相當(dāng)一段 時(shí)間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計(jì)上的缺陷，造成了單片離合器在接合時(shí)不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動(dòng)盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動(dòng)件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個(gè)直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計(jì)上帶來了實(shí)實(shí)在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。 多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因?yàn)樗哂袕膭?dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、散熱性好、 結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取 一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小 車型中。 如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動(dòng)盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲和載荷。 隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動(dòng)系的中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 4 噪聲。 對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不 斷加大，但離合 器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳遞扭矩 能力，提高使用壽命 ，簡化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器傳遞扭矩的 能力，在重型汽車上可采用 雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器傳遞扭矩的 能力和使用壽命是單片的 2 倍。但受到其他客觀因素的影響，實(shí)際的效果要比理論值低一些。 近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低 (不超過 93C? )，因此，起步時(shí)長時(shí)間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的 56 倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。 本文研究的目的及意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們生活水平的不斷提高，帶有離心式離合器自動(dòng)變速系統(tǒng)的車輛以其方便舒適以及安全性，易于操作的特點(diǎn)將會(huì)受到人們的青睞。目前，國內(nèi)外學(xué)者對自動(dòng)換擋系統(tǒng)中離合器結(jié)構(gòu)參數(shù)對換擋品質(zhì)的影響等基礎(chǔ)性研究 不多，特別是針對適用于城市工況的輕型電動(dòng)汽車自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的研究更少。對于輕型電動(dòng)汽車，本來電池會(huì)占據(jù)很大的整車重量，如仍然使用傳統(tǒng)車輛的自動(dòng)換擋裝置不但會(huì)增加整車重量，在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方面也比較困難，從而導(dǎo)致汽車價(jià)格過高，這樣就決定了一輛汽車的性價(jià)比?；谖覈壳半x心式離合器自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的研發(fā)現(xiàn)狀，適用于城市工況的輕型電動(dòng)汽車離心式離合器自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)性研究，對促進(jìn)國產(chǎn)離心式離合器自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的發(fā)展和提高我國汽車行業(yè)競爭力都具有重要的意義。 本文的研究內(nèi)容 本文介紹了一種以離心式離 合器與行星齒輪機(jī)構(gòu)相結(jié)合的新型自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)。電動(dòng)汽車的自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)直接影響著整車的動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能，在滿足整車性能要求的前提下，自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的好壞由換擋品質(zhì)來評(píng)價(jià)。通過數(shù)學(xué)分析可知，離心式離合器的特性對換擋品質(zhì)有直接影響，因此對其進(jìn)行研究。本文的主中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 5 要研究內(nèi)容如下 : (1) 離合器發(fā)展現(xiàn)狀，提出本文的研究目的及意義。 （ 2）對離心式離合器的自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了介紹，明確了離心式離合器的工作特性及自動(dòng)換擋的實(shí)現(xiàn)方式。引入換擋品質(zhì)對自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析了換擋品質(zhì)的兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo) —— 沖擊度與滑摩 功。 (3) 通過建立行星齒輪機(jī)構(gòu)及換擋過程的數(shù)學(xué)模型， 分析離心式離合器是否可滿足動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的安裝要求，且其工作特性是否可以與電機(jī)相匹配，從而滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能要求。 以及汽車的換擋品質(zhì)是不是在期待范圍里面。 2 離心式離合器的電動(dòng)汽車自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)變速系統(tǒng)以其操縱方便等優(yōu)點(diǎn)越來越多的贏得了廣大消費(fèi)者的青睞，但傳統(tǒng)的自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、重量大。因此本車采用一種新型自動(dòng)換擋系統(tǒng)，此系統(tǒng)由離心式離合器與行星齒輪機(jī)構(gòu)的相互作用完成兩個(gè)擋位的切換，由于結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可以有效地 擴(kuò)大電動(dòng)汽車蓄電池布置空間和乘坐空間，因此很適合用于小型電動(dòng)汽車上。 離心式離合器 離心式離合器的結(jié)構(gòu)及工作原理 離心式離合器的結(jié)構(gòu)形式較多，根據(jù)離心體組件的形狀可分為剛性閘塊離心式離合器和以鋼珠等散狀物作為離心體的離心式離合器。散狀物的離心體可以在離心力場中的自由表面隨著離心力的變化而變化，它具有流體的某些特性。應(yīng)用較多的剛性閘塊式離心體是指離心體在離心力場中保持原來的形狀，離心力只存在于接觸體的公法線上。 剛性閘塊離心體有自由閘塊和彈簧閘塊等形式。自由閘塊離心式離合 器在起動(dòng)時(shí)，閘塊便開始與殼體邊打滑邊接觸，這個(gè)結(jié)合過程會(huì)造成摩擦發(fā)熱，一般在其額定轉(zhuǎn)速的 70％ 80％時(shí)，主從動(dòng)盤開始完全結(jié)合并傳遞轉(zhuǎn)矩。這種離合器的結(jié)合平穩(wěn)性稍差，但結(jié)構(gòu)簡單閘塊重量較輕。彈簧閘塊離心式離合器是以離心力和回位彈簧的拉力自動(dòng)控制的摩擦式離合器，這種離合器結(jié)合平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)上可布置成有周向彈簧、徑向彈簧、片簧、橡膠彈簧等不同形式。按其在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的離合情況可分為開式和閉式兩種 。 開式只有當(dāng)達(dá)到一定工作轉(zhuǎn)速時(shí)，主從動(dòng)部分中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 6 才結(jié)合，閉式是達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，主從動(dòng)部分才分離。 根據(jù)主動(dòng)件與從動(dòng)件結(jié)合方 式的不同，剛性閘塊離心式離合器可分為徑向結(jié) 合離心式離合器和軸向結(jié)合離心式離合器。徑向結(jié)合離心式離合器的特點(diǎn)是離心體與從動(dòng)件周向內(nèi)壁接觸，其作用力與離心力一樣均沿徑向作用，主動(dòng)件通過摩擦帶動(dòng)從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)，從而傳遞轉(zhuǎn)矩。軸向結(jié)合離心式離合器相對來說應(yīng)用較少，它主要是通過一些內(nèi)部機(jī)構(gòu) (如鉸桿 )將離心力軸向輸出，再通過摩擦力輸出轉(zhuǎn)矩。 徑向結(jié)合剛性閘塊式離心式離合器由于其結(jié)構(gòu)簡單質(zhì)量輕，過載時(shí)可由主從 盤之間的打滑產(chǎn)生保護(hù)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械中，其具體結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 1主動(dòng)軸 2回位彈簧 3離心塊 4離合器外殼體 圖 21 離心式離合器 離心塊由多片摩擦片組成并通過彈簧連接，必須具有較大的摩擦系數(shù)和耐摩指數(shù)，三個(gè)離心體滑裝在主動(dòng)盤上，分別由 3 根彈簧控制。主動(dòng)盤由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，離心塊在旋轉(zhuǎn)過程中以離心體固定端為支點(diǎn)，活動(dòng)端外張但會(huì)受到彈簧的制約。中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 7 當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速增大到離心塊產(chǎn)生的離心力超過彈簧的最大拉力并達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，活動(dòng)端張開與從動(dòng)盤內(nèi)表面貼合產(chǎn)生摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將動(dòng)力通過從動(dòng)盤向外輸出 :當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較低，離心塊所產(chǎn)生的離心力不足以克服彈簧的拉力時(shí)，離心塊的活動(dòng)端 無法與從動(dòng)盤內(nèi)表面貼合，因此不能帶動(dòng)從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，離合器處于為分離狀態(tài)，不傳遞轉(zhuǎn)矩。 依據(jù)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化實(shí)現(xiàn)主從動(dòng)盤自動(dòng)結(jié)合或分離的離心式離合器，形成了它固有的一些特點(diǎn) : (1)過載保護(hù)作用。離心式離合器的結(jié)合與分離取決于主動(dòng)盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。如果從動(dòng)端負(fù)載大于離合器能夠傳遞的轉(zhuǎn)矩時(shí)，主從動(dòng)盤便會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而限制了動(dòng)力的傳遞?？梢苑乐箓鲃?dòng)系統(tǒng)過載，使它具有過載保護(hù)的功能。 (2)結(jié)合平穩(wěn)。離心式離合器主動(dòng)盤的離心力是隨原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增加的，這就相當(dāng)于將負(fù)載逐漸加到原動(dòng)機(jī)上，從而達(dá)到平 穩(wěn)起動(dòng)的效果。 (3)無需專門的操縱機(jī)構(gòu)。改變離心式離合器結(jié)合或分離狀態(tài)的操縱力是來自其內(nèi)部，因而無需專門的操縱機(jī)構(gòu)。 (4)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊。 (5)不宜裝在低速軸上使用。傳遞同樣的轉(zhuǎn)矩和功率時(shí)，轉(zhuǎn)速越低所需離合器的尺寸和質(zhì)量越大，造成機(jī)構(gòu)臃腫并使制造成本增加，因此離心式離合器不宜用于轉(zhuǎn)速過低的場合。 離心式離合器由于其過載保護(hù)的作用、平穩(wěn)啟動(dòng)的性能、緊湊簡單的結(jié)構(gòu)及其簡單方便的工作特性，被廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車等機(jī)動(dòng)車上。 離心式離合器的設(shè)計(jì)分析 離心式離合器是一種不需要操縱機(jī) 構(gòu)的自動(dòng)離合器，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離合器主動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在主動(dòng)盤上的離心塊在離心力的作用下克服回位彈簧的預(yù)緊力沿柱銷甩出，當(dāng)主動(dòng)盤達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)與從動(dòng)盤結(jié)合，從而達(dá)到傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。