【正文】 代末，直到進入 30 年代時，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。但在那時相當(dāng)一段 時間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。 多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、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，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。 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，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，能更好地降低傳動系的中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 4 噪聲。但受到其他客觀因素的影響，實際的效果要比理論值低一些。目前此技術(shù)尚不夠完善。基于我國目前離心式離合器自動換擋機構(gòu)的研發(fā)現(xiàn)狀，適用于城市工況的輕型電動汽車離心式離合器自動換擋機構(gòu)的基礎(chǔ)性研究，對促進國產(chǎn)離心式離合器自動換擋機構(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。本文的主中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 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。 以及汽車的換擋品質(zhì)是不是在期待范圍里面。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。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。 根據(jù)主動件與從動件結(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。 1主動軸 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)，三個離心體滑裝在主動盤上，分別由 3 根彈簧控制。離心式離合器的結(jié)合與分離取決于主動盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。離心式離合器主動盤的離心力是隨原動機轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增加的，這就相當(dāng)于將負載逐漸加到原動機上，從而達到平 穩(wěn)起動的效果。 (5)不宜裝在低速軸上使用。在運轉(zhuǎn)過程中，每塊離心塊所產(chǎn)生的離心力 cF 可由下式表示 222 900 ccccccc ngrGrmF ?? ?? (21) 式中， cF —— 離心塊的離心力 /N cm —— 離心塊的質(zhì)量 /kg 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 8 cG —— 離心塊的重量 /N cr —— 離心塊質(zhì)心位置的平均旋轉(zhuǎn)半徑 /m c? —— 離心塊旋轉(zhuǎn)角速度 /(rad/s) —— 離合器主動軸轉(zhuǎn)速 /(r/min) 因 g?2? ，則式 (21)可簡化為 : 9002cccc nrGF ? （ 22） 離心式離合器的工作條件是 :離心塊受到的離心力大于回位彈簧的最大拉力maxcP 。離心塊的摩擦材料主要有石棉基、粉末冶金等，因石棉基的摩擦系數(shù)受工作溫度、單位壓力和滑摩速度的影響較大，而粉末冶金的摩擦系數(shù)雖然略小但其穩(wěn)定性較高，因此一般采用粉末冶金作為摩擦材料，其摩擦系數(shù)為 。 離心式離合器的結(jié)合過程如圖 22 所示 : 結(jié)合時間 /S 圖 22 離合器結(jié)合過程 (1)消除間隙階段 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 10 第一階段 (OA 段 )，設(shè) A 點對應(yīng)的主動盤轉(zhuǎn)速為 0n ，即 OA 段對應(yīng)的主動盤轉(zhuǎn)速為 0～ 0n 。 (2)滑摩階段 第二階段 (AB 段 )，設(shè) B 點對應(yīng)的主動盤轉(zhuǎn)速為 1n ，即 AB 段對應(yīng)的主動盤轉(zhuǎn)速為 0n ～ 1n 。 catia 離心式離合器 的結(jié)構(gòu)圖 由前面所講的離心式離合器的結(jié)構(gòu)及工作原理，我們可以在 catia 軟件中畫出離心式離合器的各個組成部分的簡單結(jié)構(gòu)圖： （ 1） 電機中心 軸 圖 23 電機中心軸 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 11 （ 2）主動盤 圖 24 主動盤 （ 3） 回位 彈簧 圖 25 回位彈簧 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 12 （ 4）摩擦片 圖 26 摩擦片 （ 5）離合蓋 圖 27 離合蓋 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 13 （ 6）從動盤 圖 28 從動盤 由以上各部分可以通過 catia 軟件把各部分裝配起來，為了表達清楚內(nèi)部的結(jié)構(gòu)我們先看一下沒有裝離合蓋時的裝配圖： 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 14 圖 29 無蓋裝配圖 把離合蓋裝上時的完整離心式離合器的機構(gòu)圖為： 圖 210 完整裝配圖 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 15 離心式離合器在電動汽車自動換擋機構(gòu)中的 工作原理 電動汽車自動換擋機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 利用離心式離合器自動結(jié)合與分離的特點，將其與行星齒輪機構(gòu)相配合，實現(xiàn)電動汽車自動換擋。電機輸出的轉(zhuǎn)矩通過內(nèi)齒圈和離心式離合器傳遞到行星架上，行星架與主減速器的一級主動齒輪緊固相連，電機輸出的轉(zhuǎn)矩通過行星架傳遞到主減速器與差速器上，進而傳遞到車輪上克服汽車的行駛阻力，使車輛能夠正常行駛。對于行星齒輪機構(gòu)來說，內(nèi)齒圈與行星架分別為主動件與被動件，太陽輪為固定件，行星齒輪即公轉(zhuǎn)又自轉(zhuǎn)，整個輪系以一定的傳動比傳遞作用在內(nèi)齒圈上的驅(qū)動力矩，即為本車的一擋傳動比。對于行星齒輪機構(gòu)來說，若三個元件中的任何兩個連成一體轉(zhuǎn)動，第三元件的轉(zhuǎn)速必然與前兩者轉(zhuǎn)速相等，即行星架與電機中心軸同速，此時行星齒輪機構(gòu) 中所有元件之間都沒有相對運動，從而形成直接擋傳動，即為本車的二擋傳動比。換擋操作時離合器的結(jié)合或分離會產(chǎn)生一定的沖擊，從車輛換擋過程的機械運動原理來講，換擋沖擊是由換擋過程中傳動系統(tǒng)各個零部 件的沖擊造成的，它不僅影響換擋品質(zhì)，還會減少傳動系零部件的使用壽命。 為了提高擋位切換速度，需要盡可能的 縮短換擋過渡時間，從而減少摩擦材料的摩損和過量的熱負荷，但是另一方面又要求換擋能夠平穩(wěn)過渡，不應(yīng)有過高的瞬時加速度或減速度造成的零部件沖擊。它能較好地反映起步、換擋過程的動力學(xué)本質(zhì)和人體感受的沖擊程度。所以研究沖擊特性可以從幅值和作用時間兩個方面進行，幅值反映了沖擊的程度，作用時間反映了沖擊的持續(xù)時間和變化快慢。沖擊度表示為車輛行駛過程中加速度隨時間的變化率，其公式為 : 22dtvddtdaj ?? (210) 式中 :a — — 車輛縱向加速度 /(m/2s ) v —— 車速 /(m/s) t—— 時間 /s 汽車在平路上的行駛方程式為 : dtdvmvACmg fFFFriT Dawf ??? ?????? 203 21 (211) 式中， 3T —— 變速 器輸出轉(zhuǎn)矩 / mN? fF —— 滾動阻力 /N wF —— 空氣阻力 /N aF —— 加速阻力 /N 0i —— 主減速器傳動比 ? —— 傳動效率 r —— 車輪半徑 /m m —— 滿載質(zhì)量 /kg f —— 滾動阻力系數(shù) DC —— 空氣阻力系數(shù) A—— 迎風(fēng)面積 / 2m v —— 汽車行駛速度 /(m/s) ? —— 汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 19 汽車在換擋過程中，滾動阻力和空氣阻力變化很小 ，因此根據(jù)式 (210) (211)可知換擋過程中的沖擊度為 : dtdTmridt vdj 3022 ???? (212) 由式 (212)可知沖擊度的大小與主減速器傳動比、傳動效率和變速器輸出轉(zhuǎn)矩的變化率成正比，與車輪半徑、汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)和整車質(zhì)量成反比。 對于車輛沖擊度目前還沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，各國的檢測方式和評判標(biāo)準(zhǔn)也不一致。換擋時間過長，將造成離合器主從動部分長時間滑摩，過量的摩擦使離合器溫度急劇升高，從而影響離合器的工作可靠性及使用壽命。造成離合器溫度升高的直接原因是滑摩功，因此在離合器主從動盤結(jié)合過程中必須控制滑摩功的大小。減小 主從動盤轉(zhuǎn)速差可以有兩種方式，一是調(diào)節(jié)離合器結(jié)合前的電機轉(zhuǎn)速，使離合器結(jié)合時轉(zhuǎn)速差足夠小，二是使離合器從動盤的轉(zhuǎn)速盡快增長，這就需要加大離合器的摩擦力矩，借以加快離合器的結(jié)合速度，從而達到減小滑摩功的效果。利用離心式離合器自動結(jié)合和分離的特點，將其應(yīng)用于自動換擋機構(gòu)中，使其與行星齒輪機構(gòu)相配合實現(xiàn)擋位的自動切換，并對此自動換擋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及作原理進行了介紹。 由于車輛行駛時動力傳動系統(tǒng)的工作機理較為復(fù)雜，為分析車輛換擋過程中影響換擋品質(zhì)最主要的因素，在分析過程中 忽略外部環(huán)境以及內(nèi)部環(huán)境對汽車系統(tǒng)的影響。 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 22 圖 31 為行星齒輪機構(gòu)示意圖，令內(nèi)齒圈按箭頭所指方向轉(zhuǎn)動。 1—— 太陽輪 2—— 內(nèi)齒圈 3—— 行星架 4—— 行星齒輪 圖 31 行星齒輪機構(gòu) 令內(nèi)齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為 21i : tntn zzrri ??21 (31) 式中， tr —— 太陽輪分度圓半徑 /m nr —— 內(nèi)齒圈分度圓半徑 /m tz —— 太陽輪齒數(shù) nz —— 內(nèi)齒圈 齒數(shù) 根據(jù)圖 31 可得行星齒輪機構(gòu)各零部件半徑的關(guān)系為 : 22 nttnnxnj rrrrrrrr ???????? ????? (32) 式中， jr — — 行星架半徑 /m 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 電動汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計與分析 23 xr —— 行星齒輪分度圓半徑 /m 圖 32 為行星齒輪受力圖，根據(jù)力平衡可知 : tF 一太陽輪對行星齒輪的力 nF 一內(nèi)齒圈對行星齒輪的力 jF 一行星架對行星齒輪的力 圖 32 行星齒輪受力 由于作用力與反作用力可知： nt FF? (33) ntntj FFFFF 22)( ??????? (34) 由此可知，太陽輪、內(nèi)齒圈、行星架之間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為 : ttt rFT ?? (35) 21iTrFT tnnn ???? (36) )1( 21iTrFT tjjj ????? (37) 式中， tT —— 太陽輪轉(zhuǎn)矩 /N m 此時太陽輪靜止不傳遞轉(zhuǎn)矩，因此由式 (38), (314)可得轉(zhuǎn)化到行星架上的驅(qū)動力矩為 : 1iTT qj? (315) (2)汽車換擋過程 根據(jù)本車自動換擋系統(tǒng)的工作原理可知，離心式離合器主從動盤的滑摩階段即為汽車擋位的切換過程。由于此段時間極短，假設(shè)從動盤轉(zhuǎn)速是線性變化的，則主動盤轉(zhuǎn)速與從動盤轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下 : tntnn eec ?? (320) 式中， —— 離心式離合器從動盤轉(zhuǎn)速 /(r/min) t—— 滑摩時間 根據(jù)式 (39), (320)可知電機轉(zhuǎn)速與行星架轉(zhuǎn)速的關(guān)系為 : 21212 )1( it inn jd ???