【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)離心式離合器的工作特性可知其結(jié)合過程可以分為主從動盤完全結(jié)合、完全分離和滑摩階段三個狀態(tài)。三個狀態(tài)中，滑摩狀態(tài)是一個過渡階段，通過摩擦力矩的逐漸增大來實現(xiàn)離合器的完全結(jié)合和完全分離兩個狀態(tài)的切換。完全結(jié)合和完全分離是相對穩(wěn)定的狀態(tài)，離心式離合器處于完全結(jié)合狀態(tài)時，其作用只相當(dāng)于傳遞轉(zhuǎn)矩裝置，主從動盤之間沒有相對轉(zhuǎn)動。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)消除間隙階段第一階段(OA段)，設(shè)A點對應(yīng)的主動盤轉(zhuǎn)速為，即OA段對應(yīng)的主動盤轉(zhuǎn)速為0～。根據(jù)離心式離合器的結(jié)構(gòu)可知，靜止?fàn)顟B(tài)下其主動盤與從動盤之間存在一定的間隙，因此OA階段屬于間隙越來越小的階段，在這個階段，離合器主動盤和從動盤處于分離的狀態(tài)，不傳遞轉(zhuǎn)矩。離心力逐漸加大，離心快克服彈簧的拉力慢慢靠近從動盤，當(dāng)主動盤轉(zhuǎn)速達(dá)到時，主從動盤開始結(jié)合并傳遞轉(zhuǎn)矩。為了使離合器盡快結(jié)合，從而提高工作效率，此階段應(yīng)盡可能在短時間內(nèi)完成，設(shè)計時的間隙應(yīng)該在一個小的范圍里面。(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，即AB段對應(yīng)的主動盤轉(zhuǎn)速為～。此階段主從動盤之間產(chǎn)生滑摩，離心式離合器從動盤轉(zhuǎn)速從0上升到與主動盤同轉(zhuǎn)速。此階段與之間的轉(zhuǎn)速差應(yīng)盡量小些，使主從動盤快速結(jié)合，從而減小摩擦片的摩損，延長離合器的使用壽命。(3)同步階段第三階段(BC段)，此階段為離心式離合器主從動盤轉(zhuǎn)速從開始同步到完全結(jié)合的階段，摩擦力矩為靜摩擦力矩，離合器主從動部分轉(zhuǎn)速相等并開始一同增長，到達(dá)了完全傳遞轉(zhuǎn)矩的階段。 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(jī)中心軸圖23電機(jī)中心軸（2）主動盤圖24主動盤（3）回位彈簧圖25回位彈簧（4）摩擦片圖26摩擦片（5）離合蓋圖27離合蓋（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(dá)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：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(jī)構(gòu)圖為：圖210完整裝配圖 離心式離合器在電動汽車自動換擋機(jī)構(gòu)中的工作原理 電動汽車自動換擋機(jī)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(jī)構(gòu)相配合，實現(xiàn)電動汽車自動換擋。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太陽輪 6行星架 7一級主動齒輪 8電磁制動器 9單向軸承 10離心式離合器從動盤 11離心式離合器主動盤 12連接套 13電機(jī)中心軸 14二級主動齒輪 15二級從動齒輪16一級從動齒轉(zhuǎn)圖23自動換檔機(jī)構(gòu) 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盤，內(nèi)齒圈又與內(nèi)齒圈支架緊固相連，因此電機(jī)中心軸帶動離心式離合器主動盤、內(nèi)齒圈支架、內(nèi)齒圈同速轉(zhuǎn)動，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盤上。連接套通過軸承安裝在電機(jī)輸出軸上，并與太陽輪、離心式離合器從動盤和電磁制動器動盤緊固相連。為防止連接套反轉(zhuǎn)，在殼體上安裝單向軸承使其內(nèi)徑與連接套緊固連接，因此太陽輪、離心式離合器從動盤、電磁制動器動盤與連接套運動狀態(tài)一致，且由于單向軸承的作用，只能與電機(jī)保持同方向轉(zhuǎn)動。電機(jī)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(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過行星架傳遞到主減速器與差速器上，進(jìn)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。 電動汽車自動換擋機(jī)構(gòu)的工作原理 電機(jī)轉(zhuǎn)速較小時，即離心式離合器主動盤轉(zhuǎn)速小于結(jié)合轉(zhuǎn)速時，主動盤產(chǎn)生的離心力不足以克服彈簧對離心體的拉力，離心體保持收縮狀態(tài)，不會帶動從動盤一起轉(zhuǎn)動，不傳遞轉(zhuǎn)矩，因此電機(jī)輸出的驅(qū)動力矩全部作用在內(nèi)齒圈上。電機(jī)中心軸通過內(nèi)齒圈支架帶動內(nèi)齒圈與其同速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈通過行星齒輪帶動行星架轉(zhuǎn)動。行星齒輪與太陽輪外嚙合，因此行星齒輪的運動使太陽輪有向相反方向運動的趨勢，但由于單向軸承對連接套的約束，使太陽輪、離心式離合器從動盤與連接套均保持靜止。對于行星齒輪機(jī)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。 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，即離合器的主動盤轉(zhuǎn)速達(dá)到其結(jié)合轉(zhuǎn)速時，離心體受到離心力的作用克服彈簧的拉力與從動盤結(jié)合，通過摩擦帶動從動盤與主動盤一起轉(zhuǎn)動，從動盤通過連接套帶動太陽輪與其同速轉(zhuǎn)動。此時離心式離合器主從動盤、太陽輪皆與電機(jī)運動狀態(tài)相同，因此單向軸承不起作用。電機(jī)中心軸通過內(nèi)齒圈支架帶動內(nèi)齒圈同速轉(zhuǎn)動，因此太陽輪與內(nèi)齒圈皆與電機(jī)中心軸同速轉(zhuǎn)動。對于行星齒輪機(jī)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(jī)中心軸同速，此時行星齒輪機(jī)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。 倒擋時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，在電磁制動器的作用下，連接套帶動太陽輪和離心式離合器停止轉(zhuǎn)動。電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，離心式離合器處于分離狀態(tài)，傳動系統(tǒng)的運動狀態(tài)與一擋時相似，但方向相反，汽車實現(xiàn)低速倒擋行駛。 換擋品質(zhì) 換擋品質(zhì)是指換擋過程的平順性，即希望換擋過程平穩(wěn)無沖擊地進(jìn)行，從而改善駕駛員和乘客的乘坐舒適性。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(jī)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。因此，改善車輛的換擋品質(zhì)，不但可以改善汽車的乘坐舒適性，對提高零部件的可靠性和工作壽命也有著十分重要的意義。 離心式離合器摩擦元件的結(jié)合和分離是自動換擋的實現(xiàn)過程，如果離合器結(jié)合或分離這個過程所需的過渡時間過長，會使摩擦元件長時間處于滑摩狀態(tài)，以致產(chǎn)生過大的熱負(fù)荷，使摩擦元件的性能下降。因此，提升換擋品質(zhì)對減少離合器摩擦片的摩損和熱負(fù)荷，提高離合器工作可靠性和耐用性同樣有著十分重要的意義。 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(fù)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。因此應(yīng)對這兩個方面進(jìn)行折中，以滿足車輛換擋品質(zhì)的綜合要求。(1)沖擊度 沖擊度是指車輛縱向加速度的變化率，它的大小即為換擋平順性的客觀評價指標(biāo)，可以把道路條件引起的彈跳和顛簸等對加速度的影響排除在外。沖擊特性可以理解為沖擊度的變化歷程，是評價車輛起步、換擋過程平順性的重要指標(biāo)。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。 從根本上說，沖擊是由于轉(zhuǎn)矩的擾動引起的，經(jīng)研究證實換擋操作時對平穩(wěn)性影響比較大的是離合器結(jié)合分離時引起的轉(zhuǎn)矩波動所產(chǎn)生的沖擊，可以用研究機(jī)械振動量的方法來研究沖擊特性的評價方法。一般來說，振動量可以用振動幅值、頻率、振動作用時間和振動方向等參數(shù)表征。由于從定義上講，沖擊度是車身縱向加速度的變化率，其方向問題已經(jīng)明確，而且通常起步、換擋過程持續(xù)時間均較短，沖擊特性屬于低頻信號，頻率也可不作為評價指標(biāo)提出。所以研究沖擊特性可以從幅值和作用時間兩個方面進(jìn)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。幅值是指沖擊特性的最大值和最小值，是評定換擋過程沖擊特性的主要指標(biāo)，幅值越大則換擋沖擊越大。作用時間是指沖擊度從零上升(或下降)至最大值(或最小值)的時間。在相同的沖擊幅值下，作用時間越短，換擋平順性越差，反之則越好。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: (210)式中:——車輛縱向加速度/(m/) ——車速/(m/s) t——時間/s 汽車在平路上的行駛方程式為: (211)式中，——變速器輸出轉(zhuǎn)矩/ ——滾動阻力/N ——空氣阻力/N ——加速阻力/N ——主減速器傳動比 ——傳動效率 ——車輪半徑/m ——滿載質(zhì)量/kg ——滾動阻力系數(shù) ——空氣阻力系數(shù) A——迎風(fēng)面積/ ——汽車行駛速度/(m/s) ——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 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: (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。在整車參數(shù)給定的情況下，主減速器傳動比及各擋傳動比的大小應(yīng)根據(jù)電機(jī)特性、動力性能及經(jīng)濟(jì)性能的要求來選定。因此對于給定的車輛，其沖擊度的大小主要取決于變速器輸出轉(zhuǎn)矩變化量的大小。換擋過程中，由于傳動比的改變，電機(jī)輸出的驅(qū)動力矩經(jīng)過變速器的作用會發(fā)生突變，其變化量的大小取決于換擋前后兩擋傳動比的大小，當(dāng)傳動比給定時，若要單純保證換擋平順性，應(yīng)延長換擋時間，使轉(zhuǎn)矩隨時間的變化量減小，從而減小沖擊度。 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。德國推薦值，前蘇聯(lián)推薦值為，我國推薦值為。換擋過程中應(yīng)使車輛沖擊度盡可能保持一個較小的值，本文按照德國推薦值取沖擊度指標(biāo)的上限值為10。(2) 滑摩功 滑摩功是離合器主從動盤之間摩擦力矩所做的功。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。 離合器開始結(jié)合時，主、從動盤的轉(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、從動盤的轉(zhuǎn)速差逐漸減小，直到完全同步。離合器結(jié)合過程中，由于主從動盤摩擦副間隙很小，滑摩功轉(zhuǎn)換的熱能幾乎全被離合器吸收，使溫度升高，溫度過高對摩擦材料影響很大，加速離合器的摩損和熱失效。在實際應(yīng)用中多數(shù)離合器的損壞是燒結(jié)、龜裂，以及由于受熱變形使離合器產(chǎn)生嚴(yán)重摩損，材料性能產(chǎn)生變化，使摩擦系數(shù)急劇降低而失效等。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?；υ叫。囕v的功率損失越小，離合器溫度增加越慢，摩損越小?；υ酱?，車輛的功率損失越大，離合器的溫度上升越快，摩損越大，因此使用滑摩功作為摩擦元件熱負(fù)荷客觀評價指標(biāo)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為: (213)式中，——離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩/ ——離合器主動盤角速度/(rad/s) ——離合器從動盤角速度/(rad/s) ——離合器主動盤轉(zhuǎn)速/( r/min ) ——離合器從動盤轉(zhuǎn)速/( r/min ) 根據(jù)式(213)可知，離合器滑摩功的大小與三個因素相關(guān):離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩，即離合器的摩擦力矩、離合器主從動盤轉(zhuǎn)速差及滑摩時間，因此要減小滑摩功應(yīng)從以下三個方面考慮: (1)減小離合器的摩擦力矩 根據(jù)式(213 )可知，當(dāng)其他參數(shù)不變時減小離合器的摩擦力矩可以減小換擋過程中的滑摩功，但在實際換擋過程中，減小離合器的摩擦力矩會使離合器從動盤的轉(zhuǎn)速上升緩慢，導(dǎo)致滑摩時間變長，反而可能導(dǎo)致滑摩功的增加。 (2)減小主從動盤轉(zhuǎn)速差 減小主從動盤的轉(zhuǎn)速差可以縮短滑摩時間，從而有效地減小滑摩功。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(jī)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(dá)到減小滑摩功的效果。 (3)減小滑摩時間 在離合