【正文】 .................................. 35 致 謝 ............................................................. 37 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................ 38中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 1 1 緒論 研究背景 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚拇胶瓦\(yùn)輸工具，汽車(chē)發(fā)揮了巨大的作用 ，對(duì)我們生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響 。電動(dòng)汽車(chē)是以車(chē)載儲(chǔ)能裝置為能量源，以電機(jī) 通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。 汽車(chē)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(guò)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(guò)變速來(lái)適應(yīng)不同的駕駛要求。本文研究的是離心式離合器， 離心離合器通過(guò)摩擦力來(lái)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(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 2 體和從動(dòng)件。 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(kāi)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。 （ 4）當(dāng)原動(dòng)機(jī)未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之前，離心體相對(duì)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(chǎng)合使用，也不宜在起動(dòng)過(guò)程太長(zhǎng)的地方應(yīng)用。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(duì)當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)，錐形離合器的制造比較簡(jiǎn)單，摩擦面容易修復(fù)。無(wú)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(wú)法分離的自鎖現(xiàn)象。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(mǎn)意的性能。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。 早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問(wèn)題，即離合器接合時(shí)不夠平順。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動(dòng)盤(pán)金屬片上是沒(méi)有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動(dòng)件飛輪和壓盤(pán)上的，彈簧布置在中央，通過(guò)杠桿放大后作用在壓盤(pán)上。 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。 對(duì)于重型離合器，由于商用車(chē)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(jiǎn)化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。 近年來(lái)濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國(guó)外某些重型車(chē)上又開(kāi)始采用多片濕式離合器。 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(chē)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。 本文的研究?jī)?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)。 （ 2）對(duì)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。 2 離心式離合器的電動(dòng)汽車(chē)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(lái)越多的贏(yíng)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。應(yīng)用較多的剛性閘塊式離心體是指離心體在離心力場(chǎng)中保持原來(lái)的形狀，離心力只存在于接觸體的公法線(xiàn)上。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。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(guò)摩擦帶動(dòng)從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)，從而傳遞轉(zhuǎn)矩。主動(dòng)盤(pán)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，離心塊在旋轉(zhuǎn)過(guò)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。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(pán)便會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而限制了動(dòng)力的傳遞。 (3)無(wú)需專(zhuān)門(mén)的操縱機(jī)構(gòu)。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(guò)低的場(chǎng)合。因此離心式離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩 cT 為： ccccc RPFzT ?)( m a x?? （ 23） 式中， cT —— 離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩 / mN? z—— 離心塊的個(gè)數(shù) cR —— 從動(dòng)盤(pán)摩擦面半徑 /m c? —— 摩擦副摩擦系數(shù) maxcP —— 回位彈簧徑向最 大拉力 /N 離心塊受到的徑向拉力 maxcP 由彈簧剛度 ck 和離心塊的和從動(dòng)盤(pán)之間的徑向位移 maxcl 決定，可由下式表示 : maxmax ccc lkP ? (24) 式中， ck —— 回位彈簧剛度 /(N/m) maxcl —— 離心塊與從動(dòng)盤(pán)之間的徑向位移 /m 將式 (24)代入 (23)中可得離心式離合器工作特性為 : )9 0 0( m a x2 cccccccc lknrGzRT ?? ? (25) 令 900 cccc zrGRB ?? （ 26） m axcccc lkzRD ?? （ 27） 則式 (25)可表示為 : DBnT cc ?? 2 (28) 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 9 令 m a x m a x0 9 0 0 9 0 0c c cc c c ck l PDn B G r G r? ? ? (29) 由式 (28)可知當(dāng) n? 0n 時(shí)，離合器不傳遞轉(zhuǎn)矩，當(dāng) 0nn? 時(shí)，離合器開(kāi)始工作，因此 0n 即為離心式離合器的結(jié)合轉(zhuǎn)速。 離心式離合器的結(jié)合過(guò)程分析 根據(jù)離心式離合器的工作特性可知其結(jié)合過(guò)程可以分為主從動(dòng)盤(pán)完全結(jié)合、完全分離和滑摩階段三個(gè)狀態(tài)。根據(jù)離心式離合器的結(jié)構(gòu)可知，靜止?fàn)顟B(tài)下其主動(dòng)盤(pán)與從動(dòng)盤(pán)之間存在一定的間隙，因此 OA 階段屬于間隙越來(lái)越小的階段，在這個(gè)階段，離合器主動(dòng)盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)處于分離的狀態(tài)，不傳遞轉(zhuǎn)矩。此階段主從動(dòng)盤(pán)之間產(chǎn)生滑摩，離心式離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速?gòu)?0 上升到與主動(dòng)盤(pán)同轉(zhuǎn)速。此換擋機(jī)構(gòu)主要由五部分組成 :行星齒輪機(jī)構(gòu)、離心式離合器、電磁制動(dòng)器、主減速器和差速器，如圖 23 所示 : 1 電機(jī) 2內(nèi)齒圈支架 3內(nèi)齒圈 4行星齒槍 5太陽(yáng)輪 6行星架 7一級(jí)主動(dòng)齒輪 8電磁制動(dòng)器 9單向軸承 10離心式離合器從動(dòng) 盤(pán) 11離心式離合器主動(dòng)盤(pán) 12連接套 13電機(jī)中心軸 14二級(jí)主動(dòng)齒輪 15二級(jí)從動(dòng)齒輪 16一級(jí)從動(dòng)齒轉(zhuǎn) 圖 23 自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu) 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 16 電機(jī)輸出軸上緊固連接著內(nèi)齒圈支架和離心式離合器主動(dòng)盤(pán)，內(nèi)齒圈又與內(nèi)齒圈支架緊固相連，因此電機(jī)中心軸帶動(dòng)離心式離合器主動(dòng)盤(pán)、內(nèi)齒圈支架、內(nèi)齒圈同速轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩全部轉(zhuǎn)遞到內(nèi)齒圈和離心式離合器主動(dòng)盤(pán)上。 電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的工作原理 電機(jī)轉(zhuǎn)速較小時(shí)，即離心式離合器主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速小于結(jié)合轉(zhuǎn)速時(shí)，主動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生的離心力不足以克服彈簧對(duì)離心體 的拉力，離心體保持收縮狀態(tài)，不會(huì)帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，不傳遞轉(zhuǎn)矩，因此電機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力矩全部作用在內(nèi)齒圈上。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增大到離心式離合器的結(jié)合轉(zhuǎn)速時(shí)，即離合器的主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速達(dá)到其結(jié)合轉(zhuǎn)速時(shí)，離心體受到離心力的作用克服彈簧的拉力與從動(dòng)盤(pán)結(jié)合，通過(guò)摩擦帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)與主動(dòng)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)盤(pán)通過(guò)連接套帶動(dòng)太陽(yáng)輪與其同速轉(zhuǎn)動(dòng)。 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 17 倒擋時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，在電磁制動(dòng)器的作用下，連接套帶動(dòng)太陽(yáng)輪和離心式離合器停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，改善車(chē)輛的換擋品質(zhì)，不但可以改善汽車(chē)的乘坐舒適性，對(duì)提高零部件的可靠性和工作壽命也有著十分重要的意義。因此應(yīng)對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行折中，以滿(mǎn)足車(chē)輛換擋品質(zhì)的綜合要求。 從根本上說(shuō)， 沖擊是由于轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)引起的，經(jīng)研究證實(shí)換擋操作時(shí)對(duì)平穩(wěn)性影響比較大的是離合器結(jié)合分離時(shí)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊，可以用研究機(jī)械振動(dòng)量的方法來(lái)研究沖擊特性的評(píng)價(jià)方法。幅值是 指沖擊特性的最大值和最小值，是評(píng)定換擋過(guò)程沖擊特性的主要指標(biāo)，幅值越大則換擋沖擊越大。在整車(chē)參數(shù)給定的情況下，主減速器傳動(dòng)比及各擋傳動(dòng)比的大小應(yīng)根據(jù)電機(jī)特性、動(dòng)力性能及經(jīng)濟(jì)性能的要求來(lái)選定。德國(guó)推薦值 3/10|| smj ? ，前蘇聯(lián)推薦值為 3/ smj ? ，我 國(guó)推薦值為3/ smj ? 。 離合器開(kāi)始結(jié)合時(shí)，主、從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速差最大，隨著結(jié) 合行程的逐漸增加，離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩也逐漸增大，主、從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速差逐漸減小，直到完全同步?；υ叫。?chē)輛的功率損失越小，離合器溫度增加越慢，摩損中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 20 越小 。 (3)減小滑摩時(shí)間 在離合器結(jié)合前通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使離合器主從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速差盡可能小，而在離合器結(jié)合過(guò)程中，通過(guò)加快離合器的結(jié)合速度來(lái)提高離合器從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)速差，從而盡快實(shí)現(xiàn)主從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速的同步。引入換擋品質(zhì)對(duì)自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)換擋品質(zhì)的分析，明確換擋品質(zhì)的影響因素。 自動(dòng)換擋過(guò)程理論模型的推導(dǎo) 自動(dòng)換擋過(guò)程是通過(guò)離心式離合器改變行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)擋位的自動(dòng)切換，因此應(yīng)對(duì)行星齒 輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合前面提到的離心式離合器的工作特性建立換擋過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。內(nèi)齒圈與行星齒輪 為內(nèi) 嚙合， 所以 兩者 的 旋轉(zhuǎn)方向相同，即行星齒輪也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 m nT —— 內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)矩 /N離合器從動(dòng)盤(pán)與太陽(yáng)輪皆與連接套緊固相連，因此從動(dòng)盤(pán)與太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速相同。 根據(jù)式 (212)可知，沖擊度為換擋過(guò)程中汽車(chē)縱向加速度的變化量，因此由式 (323)可得到基于離心式離合器的電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)在換擋過(guò)程中沖擊度隨時(shí)間的變化關(guān)系 : 220 2120 213 220 0 21 213 2 2 321 21 21100 ( 1 )( 1 ) ( )200 ( ) 2( 2 )( 2 ) ( 2 ) ( 2 )Bi ii i v Di i i Bv gf vr t ijm r m r t i t i t i??? ? ??? ?????? ?? ? ? ?? ? ??? （ 324） 由式 (324)可知，當(dāng)整車(chē)參數(shù)給定時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)換擋 機(jī)構(gòu)在換擋過(guò)程中沖擊度隨時(shí)間的變化關(guān)系與換擋過(guò)程中的車(chē)速及離心式離合器特性曲線(xiàn)參數(shù)B,D 有關(guān)。好的換擋品質(zhì)是自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)所追求的目標(biāo)，根據(jù)上述分析可知離心式離合器特性對(duì)換擋品質(zhì)影響很大，因此應(yīng)對(duì)原有的離心式離合器進(jìn)行分析。 根據(jù)上述方法測(cè)得離心式離合器的工作特性如表 32 所示 : 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 29 表 32 離心式離合器試驗(yàn)數(shù)據(jù) Table 32 Experiment data of centrifugal clutch 轉(zhuǎn)速 (r/min） 轉(zhuǎn)矩 /(N根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力性能要求，本車(chē)選擇某廠(chǎng)永磁直流無(wú)刷電機(jī)，其基本參數(shù)及本車(chē)的動(dòng)力性能要求如表 33 所示 : 表 3— 3 動(dòng)力性能要求及電機(jī)參 數(shù) 類(lèi)別 參數(shù)值 最高車(chē)速 /(km/h) 70 最大爬坡度 (15km/h) 15% 常用車(chē)速 /(km/h) 50～ 70 峰值轉(zhuǎn)矩 / mN? 70 額定轉(zhuǎn)矩 / mN? 19 最高轉(zhuǎn)速 /(r/min) 4000 額定電壓 /V 72 峰值功率 /kW 15 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 31 額定功率 /kW 5 為了得到電機(jī)在工作過(guò)程中的輸出特性，驗(yàn)證初選的離心式離合器是否與其相匹 配，從而滿(mǎn)足汽車(chē)動(dòng)力性能要求。 (2)試驗(yàn)過(guò)程 :在額定電壓下，從 0 到最大轉(zhuǎn)矩逐步對(duì)電機(jī)進(jìn)行加載，當(dāng)電機(jī)速度穩(wěn)定時(shí)記錄如下數(shù)據(jù) :電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，輸出轉(zhuǎn)矩，控制器輸入電流和電池