【文章內(nèi)容簡介】 在運(yùn)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(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)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 。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)，離合器開始工作，因此 0n 即為離心式離合器的結(jié)合轉(zhuǎn)速。（ 0cT? 時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩 ） 離心塊從分離到結(jié)合與從動(dòng)盤摩擦面的間隙應(yīng)在 ～ 1mm 之間，否則會影響離合器的靈敏度。 離心塊數(shù)量一般為 2～ 3 只，且 3 只的居多。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)合過程分析 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(dòng)盤完全結(jié)合、完全分離和滑摩階段三個(gè)狀態(tài)。三個(gè)狀態(tài)中，滑摩狀態(tài)是一個(gè)過渡 階段，通過摩擦力矩的逐漸增大來實(shí)現(xiàn)離合器的完全結(jié)合和完全分離兩個(gè)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(shí)，其作用只相當(dāng)于傳遞轉(zhuǎn)矩裝置，主從動(dòng)盤之間沒有相對轉(zhuǎn)動(dòng)。 離心式離合器的結(jié)合過程如圖 22 所示 : 結(jié)合時(shí)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(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 10 第一階段 (OA 段 )，設(shè) A 點(diǎn)對應(yīng)的主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速為 0n ，即 OA 段對應(yīng)的主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速為 0～ 0n 。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)盤與從動(dòng)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(gè)階段，離合器主動(dòng)盤和從動(dòng)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(dòng)盤，當(dāng)主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速達(dá)到 0n 時(shí)，主從動(dòng)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(shí)間內(nèi)完成，設(shè)計(jì)時(shí)的間隙應(yīng)該在一個(gè)小的范圍里面。 (2)滑摩階段 第二階段 (AB 段 )，設(shè) B 點(diǎn)對應(yīng)的主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速為 1n ，即 AB 段對應(yīng)的主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速為 0n ～ 1n 。此階段主從動(dòng)盤之間產(chǎn)生滑摩，離心式離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速從 0 上升到與主動(dòng)盤同轉(zhuǎn)速。此階段 0n 與 1n 之間的轉(zhuǎn)速差應(yīng)盡量小些，使主從動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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 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 11 （ 2）主動(dòng)盤 圖 24 主動(dòng)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(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 13 （ 6）從動(dòng)盤 圖 28 從動(dòng)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(shí)的裝配圖： 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 14 圖 29 無蓋裝配圖 把離合蓋裝上時(shí)的完整離心式離合器的機(jī)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(jì) 電動(dòng)汽車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 15 離心式離合器在電動(dòng)汽車自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)中的 工作原理 電動(dòng)汽車自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 利用離心式離合器自動(dòng)結(jié)合與分離的特點(diǎn)，將其與行星齒輪機(jī)構(gòu)相配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車自動(dòng)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(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太陽輪 6行星架 7一級主動(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 11離心式離合器主動(dòng)盤 12連接套 13電機(jī)中心軸 14二級主動(dòng)齒輪 15二級從動(dòng)齒輪 16一級從動(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，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、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(dòng)盤和電磁制動(dòng)器動(dòng)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(dòng)盤、電磁制動(dòng)器動(dòng)盤與連接套運(yùn)動(dòng)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(dòng)。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(dòng)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(dòng)汽車自動(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)盤轉(zhuǎn)速小于結(jié)合轉(zhuǎn)速時(shí)，主動(dòng)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(dòng)從動(dòng)盤一起轉(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。電機(jī)中心軸通過內(nèi)齒圈支架帶動(dòng)內(nèi)齒圈與其同速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈通過行星齒輪帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)。行星齒輪與太陽輪外嚙合，因此行星齒輪的運(yùn)動(dòng)使太陽輪有向相反方向運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)件與被動(dòng)件，太陽輪為固定件，行星齒輪即公轉(zhuǎn)又自轉(zhuǎn)，整個(gè)輪系以一定的傳動(dòng)比傳遞作用在內(nèi)齒圈上的驅(qū)動(dòng)力矩，即為本車的一擋傳動(dòng)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(shí)，即離合器的主動(dòng)盤轉(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)盤結(jié)合，通過摩擦帶動(dòng)從動(dòng)盤與主動(dòng)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)盤通過連接套帶動(dòng)太陽輪與其同速轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)離心式離合器主從動(dòng)盤、太陽輪皆與電機(jī)運(yùn)動(dòng)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(dòng)內(nèi)齒圈同速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此太陽輪與內(nèi)齒圈皆與電機(jī)中心軸同速轉(zhuǎn)動(dòng)。對于行星齒輪機(jī)構(gòu)來說，若三個(gè)元件中的任何兩個(gè)連成一體轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)行星齒輪機(jī)構(gòu) 中所有元件之間都沒有相對運(yùn)動(dòng)，從而形成直接擋傳動(dòng)，即為本車的二擋傳動(dòng)比。 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 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)太陽輪和離心式離合器停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，離心式離合器處于分離狀態(tài)，傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與一擋時(shí)相似，但方向相反，汽車實(shí)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(shí)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(yùn)動(dòng)原理來講，換擋沖擊是由換擋過程中傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)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(dòng)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(dòng)換擋的實(shí)現(xiàn)過程，如果離合器結(jié)合或分離這個(gè)過程所需的過渡時(shí)間過長，會使摩擦元件長時(shí)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(shí)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(shí)加速度或減速度造成的零部件沖擊。因此應(yīng)對這兩個(gè)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(jià)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(jià)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(dòng)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(dòng)引起的，經(jīng)研究證實(shí)換擋操作時(shí)對平穩(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)量的方法來研究沖擊特性的評價(jià)方法。一般來說，振動(dòng)量可以用振動(dòng)幅值、頻率、振動(dòng)作用時(shí)間和振動(dòng)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(shí)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 18 間均較短，沖擊特性屬于低頻信號，頻率也可不作為評價(jià)指標(biāo)提出。所以研究沖擊特性可以從幅值和作用時(shí)間兩個(gè)方面進(jìn)行，幅值反映了沖擊的程度，作用時(shí)間反映了沖擊的持續(xù)時(shí)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(shí)