电动汽车离合系统的设计与分析毕业设计说明书(编辑修改稿)

电动汽车离合系统的设计与分析毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

在运转过程中，每块离心块所产生的离心力 cF 可由下式表示 222 900 ccccccc ngrGrmF   (21) 式中， cF —— 离心块的离心力 /N cm —— 离心块的质量 /kg 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 8 cG —— 离心块的重量 /N cr —— 离心块质心位置的平均旋转半径 /m c —— 离心块旋转角速度 /(rad/s) —— 离合器主动轴转速 /(r/min) 因 g2 ，则式 (21)可简化为 : 9002cccc nrGF  （ 22） 离心式离合器的工作条件是 :离心块受到的离心力大于回位弹簧的最大拉力maxcP。 因此离心式离合器所能传递的转矩 cT 为： ccccc RPFzT )( m a x （ 23） 式中， cT —— 离合器传递的转矩 / mN z—— 离心块的个数 cR —— 从动盘摩擦面半径 /m c —— 摩擦副摩擦系数 maxcP —— 回位弹簧径向最 大拉力 /N 离心块受到的径向拉力 maxcP 由弹簧刚度 ck 和离心块的和从动盘之间的径向位移 maxcl 决定，可由下式表示 : maxmax ccc lkP  (24) 式中， ck —— 回位弹簧刚度 /(N/m) maxcl —— 离心块与从动盘之间的径向位移 /m 将式 (24)代入 (23)中可得离心式离合器工作特性为 : )9 0 0( m a x2 cccccccc lknrGzRT   (25) 令 900 cccc zrGRB  （ 26） m axcccc lkzRD  （ 27） 则式 (25)可表示为 : DBnT cc  2 (28) 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 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)可知当 n 0n 时，离合器不传递转矩，当 0nn 时，离合器开始工作，因此 0n 即为离心式离合器的结合转速。 （ 0cT 时传递转矩 ） 离心块从分离到结合与从动盘摩擦面的间隙应在 ～ 1mm 之间，否则会影响离合器的灵敏度。 离心块数量一般为 2～ 3 只，且 3 只的居多。 离心块的摩擦材料主要有石棉基、粉末冶金等，因石棉基的摩擦系数受工作温度、单位压力和滑摩速度的影响较大，而粉末冶金的摩擦系数虽然略小但其稳定性较高，因此一般采用粉末冶金作为摩擦材料，其摩擦系数为。 离心式离合器的结合过程分析 根据离心式离合器的工作特性可知其结合过程可以分为主从动盘完全结合、完全分离和滑摩阶段三个状态。 三个状态中，滑摩状态是一个过渡 阶段，通过摩擦力矩的逐渐增大来实现离合器的完全结合和完全分离两个状态的切换。 完全结合和完全分离是相对稳定的状态，离心式离合器处于完全结合状态时，其作用只相当于传递转矩装置，主从动盘之间没有相对转动。 离心式离合器的结合过程如图 22 所示 : 结合时间 /S 图 22 离合器结合过程 (1)消除间隙阶段 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 10 第一阶段 (OA 段 )，设 A 点对应的主动盘转速为 0n ，即 OA 段对应的主动盘转速为 0～ 0n。 根据离心式离合器的结构可知，静止状态下其主动盘与从动盘之间存在一定的间隙，因此 OA 阶段属于间隙越来越小的阶段，在这个阶段，离合器主动盘和从动盘处于分离的状态，不传递转矩。 离心力逐渐加大，离心快克服弹簧的拉力慢慢靠近从动盘，当主动盘转速达到 0n 时，主从动盘开始结合并传 递转矩。 为了使离合器尽快结合，从而提高工作效率，此阶段应尽可能在短时间内完成，设计时的间隙应该在一个小的范围里面。 (2)滑摩阶段 第二阶段 (AB 段 )，设 B 点对应的主动盘转速为 1n ，即 AB 段对应的主动盘转速为 0n ～ 1n。 此阶段主从动盘之间产生滑摩，离心式离合器从动盘转速从 0 上升到与主动盘同转速。 此阶段 0n 与 1n 之间的转速差应尽量小些，使主从动盘快速结合，从而减小摩擦片的摩损，延长离合器的使用寿命。 (3)同步阶段 第三阶段 (BC 段 )，此阶段为离心式离合器主从动盘转速从开始同步到完全结合的阶段，摩擦力矩为静摩擦力矩，离合器主从动部分转速相等并开始一同增长，到达了完全传递转矩的阶段。 catia 离心式离合器 的结构图 由前面所讲的离心式离合器的结构及工作原理，我们可以在 catia 软件中画出离心式离合器的各个组成部分的简单结构图： （ 1） 电机中心 轴 图 23 电机中心轴 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 11 （ 2）主动盘 图 24 主动盘 （ 3） 回位 弹簧 图 25 回位弹簧 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 12 （ 4）摩擦片 图 26 摩擦片 （ 5）离合盖 图 27 离合盖 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 13 （ 6）从动盘 图 28 从动盘 由以上各部分可以通过 catia 软件把各部分装配起来，为了表达清楚内部的结构我们先看一下没有装离合盖时的装配图： 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 14 图 29 无盖装配图 把离合盖装上时的完整离心式离合器的机构图为： 图 210 完整装配图 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 15 离心式离合器在电动汽车自动换挡机构中的 工作原理 电动汽车自动换挡机构的结构 利用离心式离合器自动结合与分离的特点，将其与行星齿轮机构相配合，实现电动汽车自动换挡。 此换挡机构主要由五部分组成 :行星齿轮机构、离心式离合器、电磁制动器、主减速器和差速器，如图 23 所示 : 1 电机 2内齿圈支架 3内齿圈 4行星齿枪 5太阳轮 6行星架 7一级主动齿轮 8电磁制动器 9单向轴承 10离心式离合器从动 盘 11离心式离合器主动盘 12连接套 13电机中心轴 14二级主动齿轮 15二级从动齿轮 16一级从动齿转 图 23 自动换档机构 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 16 电机输出轴上紧固连接着内齿圈支架和离心式离合器主动盘，内齿圈又与内齿圈支架紧固相连，因此电机中心轴带动离心式离合器主动盘、内齿圈支架、内齿圈同速转动，电机输出的转矩全部转递到内齿圈和离心式离合器主动盘上。 连接套通过轴承安装在电机输出轴上，并与太阳轮、离心式离合器从动盘和电磁制动器动盘紧固相连。 为防止连接套反转，在 壳体上安装单向轴承使其内径与连接套紧固连接，因此太阳轮、离心式离合器从动盘、电磁制动器动盘与连接套运动状态一致，且由于单向轴承的作用，只能与电机保持同方向转动。 电机输出的转矩通过内齿圈和离心式离合器传递到行星架上，行星架与主减速器的一级主动齿轮紧固相连，电机输出的转矩通过行星架传递到主减速器与差速器上，进而传递到车轮上克服汽车的行驶阻力，使车辆能够正常行驶。 电动汽车自动换挡机构的工作原理 电机转速较小时，即离心式离合器主动盘转速小于结合转速时，主动盘产生的离心力不足以克服弹簧对离心体 的拉力，离心体保持收缩状态，不会带动从动盘一起转动，不传递转矩，因此电机输出的驱动力矩全部作用在内齿圈上。 电机中心轴通过内齿圈支架带动内齿圈与其同速旋转，内齿圈通过行星齿轮带动行星架转动。 行星齿轮与太阳轮外啮合，因此行星齿轮的运动使太阳轮有向相反方向运动的趋势，但由于单向轴承对连接套的约束，使太阳轮、离心式离合器从动盘与连接套均保持静止。 对于行星齿轮机构来说，内齿圈与行星架分别为主动件与被动件，太阳轮为固定件，行星齿轮即公转又自转，整个轮系以一定的传动比传递作用在内齿圈上的驱动力矩，即为本车的一挡传动比。 当电机转速增大到离心式离合器的结合转速时，即离合器的主动盘转速达到其结合转速时，离心体受到离心力的作用克服弹簧的拉力与从动盘结合，通过摩擦带动从动盘与主动盘一起转动，从动盘通过连接套带动太阳轮与其同速转动。 此时离心式离合器主从动盘、太阳轮皆与电机运动状态相同，因此单向轴承不起作用。 电机中心轴通过内齿圈支架带动内齿圈同速转动，因此太阳轮与内齿圈皆与电机中心轴同速转动。 对于行星齿轮机构来说，若三个元件中的任何两个连成一体转动，第三元件的转速必然与前两者转速相等，即行星架与电机中心轴同速，此时行星齿轮机构 中所有元件之间都没有相对运动，从而形成直接挡传动，即为本车的二挡传动比。 中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 17 倒挡时，电机反转，在电磁制动器的作用下，连接套带动太阳轮和离心式离合器停止转动。 电机转速降低，离心式离合器处于分离状态，传动系统的运动状态与一挡时相似，但方向相反，汽车实现低速倒挡行驶。 换挡品质 换挡品质是指换挡过程的平顺性，即希望换挡过程平稳无冲击地进行，从而改善驾驶员和乘客的乘坐舒适性。 换挡操作时离合器的结合或分离会产生一定的冲击，从车辆换挡过程的机械运动原理来讲，换挡冲击是由换挡过程中传动系统各个零部 件的冲击造成的，它不仅影响换挡品质，还会减少传动系零部件的使用寿命。 因此，改善车辆的换挡品质，不但可以改善汽车的乘坐舒适性，对提高零部件的可靠性和工作寿命也有着十分重要的意义。 离心式离合器摩擦元件的结合和分离是自动换挡的实现过程，如果离合器结合或分离这个过程所需的过渡时间过长，会使摩擦元件长时间处于滑摩状态，以致产生过大的热负荷，使摩擦元件的性能下降。 因此，提升换挡品质对减少离合器摩擦片的摩损和热负荷，提高离合器工作可靠性和耐用性同样有着十分重要的意义。 为了提高挡位切换速度，需要尽可能的 缩短换挡过渡时间，从而减少摩擦材料的摩损和过量的热负荷，但是另一方面又要求换挡能够平稳过渡，不应有过高的瞬时加速度或减速度造成的零部件冲击。 因此应对这两个方面进行折中，以满足车辆换挡品质的综合要求。 (1)冲击度 冲击度是指车辆纵向加速度的变化率，它的大小即为换挡平顺性的客观评价指标，可以把道路条件引起的弹跳和颠簸等对加速度的影响排除在外。 冲击特性可以理解为冲击度的变化历程，是评价车辆起步、换挡过程平顺性的重要指标。 它能较好地反映起步、换挡过程的动力学本质和人体感受的冲击程度。 从根本上说， 冲击是由于转矩的扰动引起的，经研究证实换挡操作时对平稳性影响比较大的是离合器结合分离时引起的转矩波动所产生的冲击，可以用研究机械振动量的方法来研究冲击特性的评价方法。 一般来说，振动量可以用振动幅值、频率、振动作用时间和振动方向等参数表征。 由于从定义上讲，冲击度是车身纵向加速度的变化率，其方向问题已经明确，而且通常起步、换挡过程持续时中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析 18 间均较短，冲击特性属于低频信号，频率也可不作为评价指标提出。 所以研究冲击特性可以从幅值和作用时间两个方面进行，幅值反映了冲击的程度，作用时间反映了冲击的持续时间和变化快慢。 幅值是 指冲击特性的最大值和最小值，是评定换挡过程冲击特性的主要指标，幅值越大则换挡冲击越大。 作用时。