电动汽车离合系统的设计与分析报告

1、毕业设计说明题目：电动汽车离合器系统的设计与分析概括作为最可行的环保节能汽车，电动汽车已成为汽车行业的研究热点，其作为关键零部件的传动系统也受到各大汽车制造商和研究机构的重视。自动变速器功能的实现可以提高车辆的乘坐舒适性和通过性，降低驾驶员的疲劳强度。因此，自动变速器系统与电动汽车的结合成为当前研究的热点。对于轻型电动汽车，简单紧凑的换档机构可以减轻车辆重量，解决布局困难的问题。基于此，本文提出了一种将离心式离合器和行星齿轮机构相结合的新型自动换档机构。首先介绍了离心式离合器的结构和工作原理，分析了离心式离合器的特点和工作过程。详细介绍了基于离心离合器的电动汽车自动换档机构的结构和工作原理，并

2、介绍了换档质量来衡量自动换档机构的好坏。其次，通过建立行星齿轮机构的数学模型和换档过程，推导出基于离心离合器的电动汽车自动换档机构换档质量的计算方法。关键词电动汽车；自动换档；离心离合器；转变质量电动汽车离合器系统设计与分析摘要:电动汽车作为最可行的环保方式，成为汽车行业的研究热点之一。其作为车辆关键部件的传动系统越来越受到各汽车制造商和研究机构的关注。自动变速器具有提高舒适性和穿越能力、缓解驾驶员疲劳等一系列优点，因此自动换档与电动汽车的结合成为目前的研究热点。针对微型低速电动汽车，简单紧凑的复合换档机构可以减轻车辆重量，解决诸如此类的问题。因此，研究了一种新型的离心离合器与行星齿轮组合的自

3、动换档机构。本文首先介绍了离心式离合器的结构和工作原理，分析了其工作特点和工作过程。详细介绍了基于离心离合器的自动换档机构的结构和工作原理。分析了轮班质量的两个评价指标，用以评价自动轮班制度。其次，建立了行星齿轮和换档过程的数学模型。推导出换档质量的计算公式，分析了原离心离合器对动力性能和换档质量的影响，结果表明原离心离合器有待改进。关键词：电动汽车；自动变速器;离心离合器；换档质量目录 HYPERLINK l _Toc325578062 1绪论1 HYPERLINK l _Toc325578063 1.1研究背景1 HYPERLINK l _Toc325578064 1.2离合器2的发展 H

4、YPERLINK l _Toc325578065 1.3本研究的目的和意义4 HYPERLINK l _Toc325578066 1.4本文研究内容4 HYPERLINK l _Toc325578067 2离心离合电动车自动换档机构5 HYPERLINK l _Toc325578068 2.1离心式离合器5 HYPERLINK l _Toc325578069 2.1.1离心式离合器5的结构和工作原理 HYPERLINK l _Toc325578070 2.1.2离心式离合器7设计分析 HYPERLINK l _Toc325578071 2.1.3离心离合器组合过程分析9 HYPERLINK l

5、 _Toc325578072 2.1.4 catia离心离合器10结构图 HYPERLINK l _Toc325578073 2.2电动汽车自动换档机构中离心式离合器的工作原理15 HYPERLINK l _Toc325578074 2.2.1电动汽车自动换档机构的结构15 HYPERLINK l _Toc325578075 2.2.2电动汽车自动换档机构的工作原理16 HYPERLINK l _Toc325578076 2.3换档质量17 HYPERLINK l _Toc325578077 2.4章节总结21 HYPERLINK l _Toc325578078 3离心离合器对换档质量影响分析

6、21 HYPERLINK l _Toc325578079 3.1自动换档过程理论模型推导21 HYPERLINK l _Toc325578080 3.1.1行星齿轮机构数学模型的建立21 HYPERLINK l _Toc325578081 3.1.2换档过程数学模型的建立24 HYPERLINK l _Toc325578082 3.2离心离合器性能分析27 HYPERLINK l _Toc325578083 3.3章节总结35 HYPERLINK l _Toc325578084 4结论35 HYPERLINK l _Toc325578085 4.1全文摘要35 HYPERLINK l _Toc

7、325578086 4.2展望35 HYPERLINK l _Toc325579315 至37 HYPERLINK l _Toc325579316 参考文献381 简介1.1 研究背景随着科学技术的进步和经济的发展，汽车作为人们日常生活中不可缺少的交通工具和交通工具，已经发挥了巨大的作用，对我们的生活产生了深远的影响。目前，由于汽车工业的发展对石油资源的需求迅速增加，对环境的严重污染也越来越严重。环保已成为汽车产业发展的新目标，尤其是世界各国政府都在积极支持电动汽车的研究，汽车企业也在积极参与电动汽车的研究。电动汽车有效避免了能源短缺和环境污染的双重危机，被认为是汽车工业发展的后起之秀。电动汽

8、车是指以车载电源为动力，以电机驱动车轮，满足汽车道路安全法规各项要求的车辆。电动汽车以车载储能装置为能源，利用电机通过传动系统驱动车辆。电动汽车有很多自己的特点。电动汽车的价格高于燃气轮机汽车，这决定了电动汽车的初期投资和支出较大，但电动汽车的 HYPERLINK %20%20%20%20:/use.bitauto%20%20%20%20/weixiu/ t _blank 维护成本较低。随着使用寿命的延长，使用成本会逐渐降低，甚至低于燃气轮机汽车的成本。能量转换效率高，操作简单，系统结构简化，车辆布置方便。电动汽车可以实现制动能量回收。减速和停车时的动能通过再生制动转化为电能并储存在电池中。停

9、车时，电机无需空转，从而降低能耗，提高能源效率。汽车动力传动系统的任务是传递动力，在动力传递过程中通过改变传动比来调整或改变动力输出装置的特性，同时通过换档来适应不同的驾驶要求.手动操作的手动变速器在换档时速度突变，往往使动力输出装置处于不稳定的工作状态，影响汽车的动力性能、经济性能和乘坐舒适性。因此，为保证动力输出装置在行驶过程中处于良好的工作状态，提高乘坐舒适性和操作方便性，有必要对离合器与自动变速器系统和发动机的结合进行研究。汽车离合器的种类很多，主要分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦离合器和液力偶合器。本文研究了通过摩擦传递扭矩的离心式离合器。其基本结构由驱动部分、离心体和从动部分三部分

10、组成。离心体可滑动地安装在驱动元件上，驱动元件在原动机的驱动下旋转并加速将其径向抛出。当驱动件达到规定的角速度时，被抛掷的离心体压在从动件的壁上，摩擦力迫使其进入运动状态以传递扭矩。离合器的从动件可以直接与负载连接，也可以通过皮带轮等机构连接。离心式离合器通过原动机本身的转速实现两轴的自动接合或断开，形成了它的一些固有特性：(1)离合器的接合依靠离心力，因此不能传递大于额定扭矩的载荷。如果从动端过载，离合器就会打滑，因此它也起到安全离合器的作用。(2)离心式离合器不宜装在低速轴上。为了在低速下获得足够的离心力，必须增加结构尺寸，这会增加成本。( 3)由于离心力随着转速的增加而逐渐增大，使用离心

11、式离合器相当于逐渐增加原动机的负载，因此可以直接启动工作机，启动平稳的效果可以获得。 ，启动电流可以显着降低。( 4)当原动机未达到额定转速时，离心体会相对从动部分发生滑动，从而产生摩擦热，消耗部分能量。因此，离心离合器不宜用在频繁启动的场合，在启动过程中也不宜过多使用。长的本地应用程序。1.2 离合器的发展在较早开发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计是安装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢轮汽车上，是将发动机飞轮的孔做成圆锥体，作为离合器的驱动部分。使用锥形离合器的概念一直持续到 1920 年代中期，当时锥形离合器的制造相对简单，摩擦面易于修复。其摩擦材料有山茶带、皮革带等。当

12、时有蹄鼓式离合器，这种结构有利于在离心力的作用下使蹄片紧贴鼓面。鞋鼓式离合器使用的摩擦元件有木块、皮带等。鞋鼓式离合器的重量比锥形离合器轻。无论是锥面离合器还是蹄鼓式离合器，都容易造成分离不完全，甚至出现主从动件完全不能分离的自锁现象。今天使用的盘式离合器的前身是多片式离合器，直到1925年以后才出现。多片式离合器的主要优点是汽车起步时离合器接合比较平稳，没有影响。在早期的设计中，圆盘成对排列，钢盘面对青铜盘。采用纯金属摩擦副，将其浸入油中工作，可获得更满意的性能。对于浸油的盘式离合器，盘的直径不宜过大，以免在高速时甩油。此外，油也容易粘在金属盘上，不易分离。但毕竟利大于弊。因为当时很多其他离

13、合器还处于原始阶段，性能很不稳定。石棉基摩擦材料的引入和改进使盘式离合器能够传递更大的扭矩并承受更高的温度。另外，由于使用了石棉基摩擦材料，可以使用更小的摩擦面积，因此可以减少摩擦片的数量，这是多片式离合器向单片式离合器转变的关键。 1920年代后期，直到1930年代，多片离合器只用于工程车辆、赛车和大功率轿车。早期的单片干式离合器存在与锥形离合器类似的问题，即离合器接合不顺畅。但由于结构紧凑、散热好、转动惯量小，单片干式离合器常用于以燃气发动机为动力的车辆上，尤其是在廉价冲压离合器盖开发成功后。事实上，单片干式离合器早在1920年就出现了，这与上述石棉基摩擦面的发明有关。但当时有一段时间，由

14、于技术设计缺陷，单片离合器不够平稳，无法接合。第一次世界大战后的早期，单片离合器从动盘的金属片上没有摩擦面。摩擦面附着在飞轮和驱动部分的压盘上。弹簧布置在中心，通过杠杆放大效果。压板上。后来又采用了一些直径较小的弹簧，沿圆周排列，直接压在压板上，成为当今最常见的螺旋弹簧排列方式。这种布置在设计上带来了实实在在的好处，从而使压板上弹簧的工作压力分布更均匀，并减小了轴向尺寸。多年的实践经验和技术改进使人们逐渐倾向于选择单片干式摩擦离合器，因为它具有从动部分转动惯量小、散热好、结构简单、调整方便、体积小、功能齐全等优点。分离。而且，由于结构上的某些措施，关节盘式已经能够光滑，所以现在广泛用于大、中、

15、小型车辆。如今，单片干式离合器在结构设计上已经相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器接合的平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减振器，防止传动系统发生扭转共振，降低传动系统的噪声和负荷。随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器在原有基础上不断改进，越来越多的双质量飞轮扭转减振器应用在乘用车上，可以更好地降低传动系统的噪音。 .对于重载离合器，随着商用车趋于大型化，发动机功率不断增加，但离合器可增加的空间有限，离合器的使用条件日益好转，扭矩增大离合器的传动能力，提高使用寿命，简化操作。已成为当前重型离合器的发展趋势。为提高离合器传递扭矩的能力，可在重型车辆上采用双片干式离合器。理论上，在相

16、同的径向尺寸下，双片离合器的容量和使用寿命是单片离合器的两倍。但受其他客观因素影响，实际效果低于理论值。近年来，湿式离合器在技术上不断改进，国外一些重型车辆开始使用多片式湿式离合器。与干式离合器相比，由于油泵强制冷却，摩擦面温度较低（不超过93 ），因此启动时长时间打滑也不会烧坏摩擦片。据国外资料显示，这种离合器的使用寿命可以达到干式离合器的5-6倍，但湿式离合器的优势只能在一定的温度范围内才能发挥出来，如果使用就会产生负面影响。温度超过这个范围。目前，这项技术并不完善。1.3 本研究的目的和意义随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，配备离心式离合器自动变速器系统的车辆将以其方便、舒适、

17、安全、易操作等优点受到人们的青睐。目前，国外学者对离合器结构参数对自动换档系统换档质量影响的基础研究较少，尤其是适用于城市工况的轻型电动汽车自动换档机构的研究较少。对于轻型电动汽车来说，电池会占据整车很大的重量。例如，仍然使用传统车辆的自动换档装置，不仅会增加整车的重量，而且会造成动力传动系统的布置困难，从而导致车辆价格居高不下。 ，它决定了汽车的性价比。基于目前我国离心式离合器自动换档机构的研发现状，开展适用于城市工况的轻型电动汽车离心式离合器自动换档机构的基础研究，有助于推动国产离心式离合器的发展。自动换档机制对提高我国汽车产业的竞争力具有重要意义。1.4 本文研究内容本文介绍了一种结合离

18、心式离合器和行星齿轮机构的新型自动换档机构。电动汽车的自动换档机构直接影响汽车的动力性能和经济性能。在满足整车性能要求的前提下，通过换档质量来评价自动换档机构的好坏。通过数学分析可知，离心式离合器的特性对换档质量有直接影响，故对其进行研究。本文的主要研究内容如下：(1) 提出了离合器的发展现状，提出了本文的目的和意义。(2)介绍了离心式离合器自动换档机构的结构和工作原理，阐明了离心式离合器的工作特点和自动换档的实现方法。引入换档质量评价自动换档机构，分析了换档质量的两个评价指标冲击力和滑动摩擦功率。(3)通过建立行星齿轮机构和换档过程的数学模型，分析离心式离合器是否能满足动力传动系统的安装要求

19、，其工作特性是否能与电机相匹配，从而满足动力性能电动汽车的要求。汽车的换档质量不在预期的范围内。2 带离心离合器的电动汽车自动换档机构随着科技的发展，自动变速器系统以其操作方便等优点越来越受到消费者的青睐，但传统的自动变速器机构结构复杂、成本高、重量重。因此，该车采用了一种新型的自动换档系统。该系统通过离心离合器和行星齿轮机构的相互作用完成两个齿轮之间的切换。由于结构简单紧凑，可有效扩大电池布局空间和电动汽车的乘坐空间。 ，所以非常适合小型电动车。2.1 离心离合器2.1.1离心式离合器的结构和工作原理离心式离合器的结构形式有多种，按离心体部件的形状可分为刚性制动块离心式离合器和以钢球等松散物

20、体为离心体的离心式离合器。离心体在离心力场中的自由面随着离心力的变化而变化，具有流体的某些性质。广泛使用的刚性块式离心体是指离心体在离心力场中保持原来的形状，离心力只存在于接触体的共同法线上。刚性制动块离心体有自由制动块和弹簧制动块形式。当自由制动块的离心式离合器启动时，制动块开始在打滑的同时与外壳接触，这种结合过程会产生摩擦和发热。一般当转速达到其额定转速的70%-80%时，主从动盘开始完全结合。并传递扭矩。这种离合器的耦合稳定性稍差，但制动块结构简单，重量轻。弹簧制动块离心式离合器是一种由离心力和复位弹簧的拉力自动控制的摩擦离合器。该离合器结合平稳，可采用周向弹簧、径向弹簧、板簧、橡胶弹簧

21、等不同形式排列。按离合器静止状态可分为开式和闭式两种。只有当开启式达到一定的工作速度时，主从部件才合为一体，而封闭式达到一定速度时，主从部件才分开。根据主动部分和从动部分的组合，刚性制动块离心式离合器可分为径向接头。组合式离心离合器和轴向组合式离心离合器。径向组合式离心离合器的特点是离心体与从动件周壁接触，其力像离心力一样沿径向作用，驱动部分通过摩擦带动从动件转动，从而传递扭矩。轴向组合式离心离合器的使用相对较少。它主要通过一些机构（如铰链杆）轴向输出离心力，然后通过摩擦力输出扭矩。由于结构简单、重量轻，径向组合式刚性制动块离心式离合器在过载时可实现主从控制。由于盘间防滑的特点，被广泛应用于工

22、程机械。其具体结构如图2-1所示。显示。1-驱动轴 2-回位弹簧 3-离心块 4-离合器壳图 2-1 离心式离合器离心块由多块摩擦片组成，通过弹簧连接，必须具有较大的摩擦系数和耐磨指数。三个离心体可滑动地安装在驱动盘上，分别由三个弹簧控制。驱动盘由电机驱动，离心块在转动过程中以离心体的固定端为支点，活动端在外但会受到弹簧的限制。当主动轴的转速增大到离心块产生的离心力超过弹簧的最大拉力并达到一定值时，活动端贴附在从动盘表面产生摩擦力驱动从动盘转动，从而将动力通过从动盘传递到从动盘表面。外输出：当主动轴转速较低，离心块产生的离心力不足以克服弹簧的拉力时，离心块活动端不能与从动盘表面贴合，所以不能带

23、动从动盘转动，离合器处于分离状态。状态，不传递扭矩。根据原动机转速的变化，实现主、从动盘自动耦合或分离的离心式离合器，形成了它的一些固有特性：(1) 过载保护。离心式离合器的接合和分离取决于驱动盘旋转产生的离心力。如果从动端的负载大于离合器所能传递的扭矩，主从动盘就会打滑，从而限制动力的传递。可防止传动系统过载，使其具有过载保护功能。(2)组合稳定。离心式离合器传动盘的离心力随着原动机转速的增加而逐渐增大，相当于逐渐增加原动机的负载，从而达到平稳启动的效果。(3) 不需要特殊的操作机构。改变离心式离合器的接合或分离状态的操作力来自其本身，因此不需要特殊的操作机构。(4) 结构简单，尺寸紧凑。(

24、5)不宜装在低速轴上。在传递相同扭矩和动力时，转速越低，所需离合器的尺寸和质量就越大，导致机构臃肿，制造成本增加。因此，离心式离合器不适用于转速过低的应用。离心离合器具有过载保护、启动平稳、结构紧凑简单、工作简单方便等特点，广泛应用于汽车、摩托车等机动车辆。2.1.2离心离合器的设计与分析离心式离合器是一种不需要操作机构的自动离合器。电机带动离合器驱动盘转动。固定在驱动盘上的离心块在离心力的作用下克服回位弹簧的预紧力，沿销轴抛出。当驱动盘达到一定速度时，与从动盘结合，从而达到传递扭矩的目的。运转时，各离心块产生的离心力可用下式表示(2-1)式中， 离心块的离心力/N- 离心块质量/kg- 离心

25、块重量/N离心块质心位置的平均旋转半径/m- 离心块的旋转角速度/(rad/s)离合器传动轴转速/(r/min)因此，方程（2-1）可以简化为：(2-2)离心离合器的工作条件是：离心块上的离心力大于复位弹簧的最大拉力。因此，离心式离合器所能传递的扭矩为：(2-3)式中， 离合器传递的扭矩/z - 离心块的数量从动盘摩擦面半径/m- 摩擦副的摩擦系数复位弹簧最大径向拉力/N离心块上的径向拉力由弹簧刚度和离心块与从动盘之间的径向位移决定，可用下式表示：(2-4)式中， 回位弹簧刚度/(N/m)- 离心块与从动盘之间的径向位移/m将（2-4）式代入（2-3）式，可得离心离合器的工作特性为：(2-5)

26、制作(2-6)(2-7)式（2-5）可表示为：(2-8)制作(2-9)由式(2-8)可知，当n时，离合器不传递扭矩，此时离合器开始工作，即为离心式离合器的合成转速。 （传递扭矩时）离心块与从动盘摩擦面从分离到结合的间隙应在0.51mm之间，否则会影响离合器的灵敏度。离心块的数量一般为23个，大部分为3块。离心块的摩擦材料主要有石棉基、粉末冶金等，因为石棉基的摩擦系数受摩擦系数的影响很大。工作温度、单位压力和滑动速度，而粉末冶金的摩擦系数略小但稳定性更高。 ，所以一般采用粉末冶金作为摩擦材料，其摩擦系数为0.25。2.1.3离心离合器组合过程分析根据离心式离合器的工作特性可知，离心式离合器的结合

27、过程可分为主、从动盘完全结合、完全分离和滑动摩擦阶段三种状态。在这三种状态中，滑动摩擦状态是一个过渡阶段，通过逐渐增大摩擦力矩来实现离合器完全耦合和完全分离两种状态之间的切换。完全结合和完全分离是相对稳定的状态。当离心离合器处于完全结合状态时，其功能只相当于一个扭矩传递装置，主从动盘之间没有相对转动。离心式离合器的组合过程如图2-2所示：组合时间/S图2-2 离合器接合过程(1) 消除差距阶段在第一阶段（OA段）中，A点对应的活动盘的转速设置为 ，即OA段对应的活动盘的转速为0 。根据离心式离合器的结构，在静止状态下主动盘和从动盘之间存在一定的间隙，所以OA阶段属于间隙越来越小的阶段。在这个阶

28、段，离合器驱动盘和从动盘分离。状态，不传递扭矩。离心力逐渐增大，离心力迅速克服弹簧的拉力，慢慢接近从动盘。当驱动盘达到转速时，主、从动盘开始结合并传递扭矩。为了使离合器尽快啮合，从而提高工作效率，这一阶段应尽可能在短时间内完成，设计中的间隙应在小圆圈内。(2) 滑台在第二阶段（AB段），设B点对应的活动盘的转速为 ，即AB段对应的活动盘的转速为 。在这个阶段，主从动盘之间发生滑动摩擦，离心式离合器从动盘的转速从0增加到与主动盘相同的转速。此阶段与转速的差值应尽量小，以便主从动盘快速结合，从而减少摩擦片的磨损，延长离合器的使用寿命。(3) 同步阶段第三阶段（BC段），这个阶段是离心式离合器的主从

29、动盘转速从开始到完全结合同步的阶段。摩擦力矩是静摩擦力矩。扭矩阶段。2.1.4catia离心离合器结构图从上面提到的离心式离合器的结构和工作原理，我们可以在catia软件中画出离心式离合器各部件的简单结构图：(1) 电机中心轴图 2-3 电机中心轴(2) 活动磁盘图 2-4 活动磁盘(3) 回位弹簧图 2-5 复位弹簧(4) 摩擦盘图 2-6 摩擦盘(5) 离合器盖图 2-7 离合器盖(6) 从动盘图 2-8 从动盘以上部分可以通过catia软件进行组装。为了清楚地表达零件的结构，我们来看看没有离合器盖的装配图：图 2-9 无盖组装安装离合器盖后整套离心式离合器的机构图如下：图2-10 完整装

30、配图2.2 电动汽车自动换档机构中离心式离合器的工作原理2.2.1电动汽车自动换档机构的结构利用离心离合器自动组合分离的特点，配合行星齿轮机构，实现电动汽车的自动换档。该换档机构主要由行星齿轮机构、离心离合器、电磁制动器、终减速器和差速器五部分组成，如图2-3所示：电机 2-齿圈支架 3-齿圈 4-行星齿轮枪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-离心离合器从动盘 11-离心离合器从动盘12-连接套 13-电机中心轴 14-副主动齿轮 15-副从动齿轮16级从动齿轮图 2-3 自动换档机构齿圈支架和离心式离合器传动盘与电机输出轴紧密连接，齿圈与齿圈支架紧密连

31、接，因此电机中心轴带动离心式离合器传动盘，齿圈支架，并且齿圈以相同的速度旋转。电机输出的扭矩全部传递给齿圈和离心式离合器传动盘。连接套通过轴承安装在电机的输出轴上，与太阳轮、离心离合器从动盘和电磁制动器从动盘紧密连接。为防止连接套倒转，在外壳上安装单向轴承，使直径与连接套紧密连接。因此，太阳轮、离心式离合器从动盘、电磁制动器动盘和连接套处于同一运动状态，由于单个轴承的作用，只能与电机保持同一方向。电机输出的扭矩通过齿圈和离心离合器传递给行星架，行星架与主减速器的第一级主动齿轮紧密连接，将电机输出的扭矩传递给主减速器和差速器通过行星架。传递给车轮，克服汽车的行驶阻力，使汽车正常行驶。2.2.2电

32、动汽车自动换档机构的工作原理当电机转速较小时，即当离心式离合器的驱动盘转速小于组合转速时，驱动盘产生的离心力不足以克服离合器的拉力。离心体上的弹簧。因此，电机输出的驱动扭矩全部作用在齿圈上。电机中心轴通过齿圈支架带动齿圈同速旋转，齿圈通过行星齿轮带动行星架旋转。行星齿轮与太阳轮啮合，因此行星齿轮的运动使太阳轮趋向于反方向运动，但由于单向轴承在连接套上的约束，太阳轮、离心离合器从动盘和连接套保持不动。对于行星齿轮机构来说，齿圈和行星架分别是主动部分和被动部分，太阳轮是固定部分，行星齿轮公转自转，整个齿轮系传递作用在行星齿轮上的驱动扭矩。具有一定传动比的齿圈。 ，即车辆的一档传动比。当电机转速增加

33、到离心式离合器的组合转速时，即离合器驱动盘的转速达到其组合转速时，离心体受到离心力克服拉力弹簧力与从动盘结合，通过摩擦力驱动从动盘与从动盘连接。圆盘一起转动，从动盘带动太阳轮与连接套同速转动。此时，离心式离合器和太阳轮的主从动盘与电机处于同一运动状态，因此单向轴承不工作。电机中心轴通过齿圈支架带动齿圈同速旋转，因此太阳轮和齿圈都与电机中心轴同速旋转。对于行星齿轮机构，如果三个元件中的任意两个连在一起作为一个整体旋转，则第三个元件的转速必须等于前两个元件的转速，即行星架和中心电机的轴处于相同的速度。所有元件之间没有相对运动，从而产生直接齿轮传动，这是车辆的第二齿轮比。倒档时，电机反转，在电磁制动

34、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档相似，但方向相反，汽车以低速倒档行驶.2.3 换档质量换档质量是指换档过程的平顺性，即希望换档过程平稳、无冲击，从而提高驾乘人员的乘坐舒适性。换档过程中离合器的结合或分离会产生一定的影响。从车辆换挡过程的机械运动原理来看，换挡冲击是由换挡过程中传动系统各部件的冲击引起的。它不仅影响转移过程。它还降低了传动系统部件的使用寿命。因此，提高车辆的换档质量，不仅可以提高车辆的乘坐舒适性，而且对于提高零部件的可靠性和使用寿命具有重要意义。离心式离合器摩擦元件的结合和分离就是自动换档的实现过

35、程。如果离合器联接或分离所需的过渡时间过长，摩擦元件将长期处于滑动状态，导致热负荷过大。 ，摩擦元件的性能下降。因此，提高换档质量对于降低离合器摩擦片的磨损和热负荷，提高离合器的可靠性和耐久性也具有重要意义。为了提高换档速度，需要尽可能缩短换档过渡时间，从而减少摩擦材料磨损和过大的热负荷。或减速造成的部件冲击。因此，应在这两个方面进行折衷，以满足车辆换档质量的综合要求。（一）影响程度冲击度是指车辆纵向加速度的变化率，其大小是对换挡平顺性的客观评价指标，可以排除路况引起的颠簸和颠簸对加速度的影响。冲击特性可以理解为冲击程度的变化历史，是评价车辆起步和换挡过程平顺性的重要指标。它可以更好地反映起步

36、和换档过程的动态性和人体感受到的冲击程度。从根本上说，冲击是由扭矩的扰动引起的。经研究证实，对换档操作稳定性的影响是离合器耦合和分离引起的扭矩波动引起的冲击，可用于研究机械振动量。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度、频率、振动作用时间和振动方向等参数来表征。因为，根据定义，冲击程度是车身纵向加速度的变化率，它的方向问题已经明确，起步和换档过程的持续时间通常很短。因此，冲击特性的研究可以从振幅和作用时间两个方面进行。幅度反映了冲击的程度，作用时间反映了冲击的持续时间和变化的速度。振幅是指冲击特性的最大值和最小值，是评价换档过程冲击特性的主要指标。幅度越大，换档冲击越大。

37、作用时间是指影响程度从零上升（或下降）到最大值（或最小值）的时间。在相同的冲击幅度下，动作时间越短，换挡平顺性越差，反之亦然。冲击程度表示为车辆行驶过程中加速度随时间的变化率，其公式为：(2-10)其中： - 车辆纵向加速度/(m/ )车速/(m/s)t - 时间/秒汽车在平坦道路上的行驶方程为：(2-11)式中， 变速器输出扭矩/滚动阻力/N空气阻力/N加速阻力/N主减速机传动比- 传输效率- 车轮半径/米满载质量/kg- 滚动阻力系数- 空气阻力系数A迎风面积/车速/(m/s) 汽车转动质量换算系数汽车在换挡过程中，滚动阻力和空气阻力变化很小，因此根据公式（2-10）（2-11），换挡过程

38、中的冲击程度为：(2-12)由式(2-12)可知，冲击的大小与主减速器的传动比、传动效率和变速器输出扭矩的变化率成正比，与车轮半径、车辆转动质量和车辆质量的换算系数。在给定车辆参数的情况下，应根据电机特性、动力性能和经济性能的要求选择主减速器传动比的大小和各档位的传动比。因此，对于给定的车辆，其冲击的大小主要取决于变速器输出扭矩变化的大小。在换挡过程中，由于传动比的变化，电机输出的驱动扭矩会通过变速器的作用发生突变，变化的大小取决于前后两个齿轮的传动比。转移。为保证换挡的平顺性，应延长换挡时间，以减少扭矩随时间的变化，从而减少冲击。车辆撞击目前没有国际标准，各国的检测方法和评价标准也不一致。德

39、国推荐值，前一环节推荐值，中国推荐值。在换档过程中，车辆的震动程度应尽量小。本文根据德国推荐值，冲击度指数的上限为10 。滑动滑动功是离合器主、从动盘之间的摩擦力矩所做的功。换档时间过长，会使离合器主、从动部件长时间打滑，过度摩擦会导致离合器温度急剧上升，从而影响离合器的工作可靠性和使用寿命。 .当离合器开始接合时，主从动盘的转速差最大。随着联轴器行程的逐渐增大，离合器传递的扭矩逐渐增大，主从动盘的转速差逐渐减小，直至完全同步。在离合器耦合过程中，由于主、从动盘摩擦副之间的间隙很小，滑动摩擦功率所转换的热能几乎全部被离合器吸收，使温度升高。高温对摩擦材料影响很大，加速离合器的摩擦损失和发热。无

40、效的。在实际应用中，大多数离合器因烧结和开裂而损坏，导致离合器因热变形、材料性能变化、摩擦系数急剧下降而产生严重的摩擦磨损和失效。离合器温度升高的直接原因是滑动摩擦功，因此在离合器主、从动盘结合时，必须控制滑动摩擦功的大小。滑动摩擦功越小，车辆的动力损失越小，离合器温升越慢，摩擦损失越小；滑动摩擦功越大，整车功率损失越大，离合器温升越快，摩擦损失越大，所以以滑动摩擦功作为摩擦元件热负荷的客观评价指标，其数学表达式为：(2-13)式中， 离合器传递的扭矩/离合器驱动盘角速度/(rad/s)离合器从动盘角速度/(rad/s) 离合器驱动盘转速/( r/min ) 离合器片转速/( r/min )由

41、式(2-13)可知，离合器打滑功的大小与三个因素有关：离合器传递的扭矩，即离合器的摩擦扭矩，主传动间的转速差。离合器从动盘和打滑时间。因此，有必要减少滑点。魔功应该从以下三个方面来考虑：(1)降低离合器的摩擦力矩根据公式（2-13），在其他参数不变的情况下，减小离合器摩擦力矩可以减少换挡过程中的滑动摩擦功，但在实际换挡过程中，减小离合器摩擦力矩会使离合器从动盘转速增加缓慢，导致滑动摩擦时间较长，可能导致滑动摩擦功增加。(2)减小主从动盘的转速差减小主从动盘的转速差，可以缩短滑动摩擦时间，从而有效减少滑动摩擦功。有两种方法可以减小主盘和从动盘之间的速度差。一种是在离合器结合前调整电机转速，使离合

42、器结合时转速差足够小。二是尽快提高离合器从动盘的转速。利用离合器的摩擦力矩来加快离合器的联接速度，从而达到减小摩擦功的效果。(3)减少滑动时间在离合器接合前，通过调节电机转速使离合器主从动盘的转速差尽可能小，在离合器接合过程中，离合器从动盘转速增加离合器接合速度加快，转速差进一步减小。 ，从而尽快实现主从盘速度的同步。目前对于滑动摩擦功的大小没有明确的标准，但是为了保证离合器的使用寿命，单位滑动摩擦功w应小于单位滑动摩擦功w是与离合器的比值。离合器组合对摩擦面产生的滑动摩擦功，即：(2-14)式中，S单个离心块的摩擦表面积/综上所述，为了提高换档质量，需要尽可能加快离合器接合速度，以减少滑动摩

43、擦功，同时保证冲击程度小于极限值。2.4 本章小结本章介绍离心离合器的类型、结构和工作原理，分析其工作过程和工作特性，得出离心离合器的工作特性曲线及其结构参数对特性曲线的影响。利用离心离合器自动耦合分离的特点，应用于自动换档机构，与行星齿轮机构配合实现换档，自动换档机构的结构和工作原理执行。介绍。引入换档质量对自动换档机构进行评价，通过对换档质量的分析，明确了换档质量的影响因素。3 离心离合器对换档质量的影响分析根据自动换档机构的工作原理，离心式离合器通过改变行星齿轮机构的运动状态来实现自动换档。因此，应结合行星齿轮机构的工作特性和离心式离合器的特性，对换档过程进行分析，从而得出电动汽车自动换

44、档机构换档质量的计算方法，并对设计的离心离合器进行分析。由于车辆行驶时动力传动系统的工作机理复杂，为了分析车辆换挡过程中影响换挡质量的最重要因素，外部环境以及外部环境对车辆的影响系统在分析过程中被忽略。3.1 自动换档过程理论模型推导自动换档过程是通过离心离合器改变行星齿轮机构的运动状态，实现档位的自动切换。因此，应对行星齿轮机构进行分析，结合上述离心式离合器的工作特性，建立换档过程的数学模型。 .3.1.1行星齿轮机构数学模型的建立根据车辆动力传动系统的结构，电动车行驶时的驱动力由电机通过行星架传递给主减速器。由于最终的减速比是固定的，行星架上的驱动力决定了换档过程。汽车的行驶状态。本文将汽

45、车在行驶过程中受到的驱动力矩和阻力矩转换为行星架进行研究，方便我们进行分析。图3-1是行星齿轮机构的示意图，使齿圈按箭头所示方向转动。齿圈与行星齿轮啮合，所以两者旋转方向相同，即行星齿轮也顺时针旋转。太阳轮位于行星齿轮机构的中心。太阳齿轮和行星齿轮外啮合，两个外齿轮啮合并反向旋转。行星齿轮围绕行星架的支撑轴旋转，在某些工作条件下，它还围绕太阳轮的中心轴旋转。1 - 太阳齿轮 2 - 齿圈 3 - 行星架 4 - 行星齿轮图 3-1 行星齿轮机构设环形齿轮与太阳轮的传动比为：(3-1)式中， 太阳轮分度圆半径/m齿圈分度圆半径/m- 太阳轮的齿数- 齿圈的齿数根据图 3-1，行星齿轮机构各部件半

46、径之间的关系可得：(3-2)式中， 行星载体半径/m行星齿轮分度圆半径/m图3-2是行星齿轮的受力图，根据受力平衡：太阳轮对行星齿轮的力齿圈对行星齿轮的力行星架对行星齿轮的力图 3-2 行星齿轮力从作用力和反作用力，我们知道：(3-3)(3-4)可以看出太阳轮、齿圈和行星架之间的扭矩关系为：(3-5)(3-6)(3-7)式中， 太阳轮扭矩/Nm齿圈扭矩/Nm行星架扭矩/Nm根据能量守恒定律，太阳轮、齿圈和行星架之间的扭矩关系为：(3-8)式中太阳轮转速/(r/min)齿圈转速/(r/min)行星架转速/(r/min)由此可见，行星齿轮机构的太阳轮、齿圈和行星架之间的运动关系为：(3-9)根据车

47、辆自动换档机构的工作原理，齿圈与电机同速运动，所以：(3-10)式中， 电机转速/(r/min)由式（3-9）、（3-10）可知，太阳轮转速、行星架转速与电机转速之间的关系为：(3-11)3.1.2换档过程数学模型的建立(1) 一档行驶时电动汽车在一档行驶时，离心式离合器的主从盘处于分离状态，主动盘处于空转状态。由于单向轴承的作用，从动盘和太阳轮处于静止状态，即：(3-12)将（3-12）式代入（3-11）式，可得一档传动比为：(3-13)汽车在一档运行时，离心式离合器的主从动盘分离，驱动盘空转不传递扭矩，因此电机输出的扭矩全部传递给齿圈，可得：(3-14)式中， 电机输出扭矩/Nm此时，太阳

48、轮静止，不传递扭矩，因此转换为行星架的驱动扭矩可由式（3-8）和（3-14）得到：(3-15) (2) 汽车换档过程根据车辆自动换档系统的工作原理，离心式离合器主从动盘的滑动摩擦阶段就是车辆档位的切换过程。离合器从动盘和太阳轮均通过连接套紧密连接，因此从动盘和太阳轮的转速相同。在自动换档过程中，离心式离合器从动盘所承受的摩擦力矩全部转化为太阳轮的驱动力矩。根据式(2-8)中离心式离合器的输出特性可知，作用在太阳轮上的驱动力矩为：(3-16)式中， 离心式离合器驱动盘的转速/由于离心式离合器的驱动盘转速与电机转速相同，因此太阳轮上的驱动力矩可表示为：(3-17)根据公式（3-7），作用在行星架上

49、的驱动力矩为：(3-18)从汽车的行驶方程，我们可以得到：(3-19)从离心式离合器的耦合过程分析可以看出，在汽车换挡过程中，离心式离合器处于滑动摩擦阶段，驱动盘的转速随着电机转速的增加而增加，从动盘的速度从0增加到0。结合驾驶经验和驾驶规则可以看出，这个阶段的设计时间应该在0.5到0.8s之间。因为时间越短越好，本文耗时O.5s。由此可见，当主动盘转速为0，从动盘转速为0时，开始换档。由于这段时间极短，假设从动盘转速呈线性变化，则从动盘转速与从动盘转速的关系如下：(3-20)式中， 离心式离合器从动盘转速/(r/min)t - 滑动时间根据式（3-9）和（3-20），电机转速与行星架转速的关

50、系为：(3-21)车速与行星架转速的关系为：(3-22)由于汽车在换挡过程中的阻力变化很小，因此汽车在换挡过程中的行驶方程可由公式（3-19）（3-22）得到：(3-23)由式(3-23)可知，给定整车参数，电动汽车换挡过程中车速的变化只与离心离合器的特性曲线参数有关，因此离心离合器的特性曲线参数是影响换档的参数。变速过程中速度变化的主要因素。根据式（2-12），冲击是换档过程中车辆纵向加速度的变化量。因此，由式(3-23)可以得到基于离心离合器的电动汽车自动换档机构换档过程中的冲击。度数与时间的关系：(3-24)由式(3-24)可知，在给定整车参数的情况下，电动汽车自动换档机构的震动程度与换

51、档过程中的时间变化之间的关系与车辆有关换档过程中离心式离合器的转速和特性曲线参数B。 D 相关。将式(3-20)(3-22)代入式(2-13)，可得到基于离心离合器的电动汽车自换档机构在换档过程中的滑动摩擦功：(3-25)由于换档时间设定为0.5s，由式(3-25)可知，在给定整车参数的情况下，电动汽车自动换档机构在换档过程中的滑动摩擦功而换挡过程中的车速则与离心式离合器特性曲线的参数B、D有关。为了获得换档过程中车速与时间的关系，从而获得基于离心离合器的电动汽车自动换档机构在换档过程中的冲击力和摩擦力，需要使用Runge -Kutta 算法制定 (3-23) 来解决。以二档行驶时汽车在二档行

52、驶时，离心式离合器的主从动盘完全结合，两者同速转动，从动盘带动太阳轮和电机同速转动，即：(3-26)对于行星齿轮机构，如果任意两个元件连接成一个整体旋转，则第三个元件的转速必须等于前两个元件的转速，即所有元件之间不存在相对运动。行星齿轮机构，从而形成直接齿轮传动。即第二传动比为：(3-27)由式(3-8)、(3-26)可知：(3-28)电机输出的扭矩一部分作用于齿圈，另一部分作用于离心式离合器。此时，离心式离合器的主、从动盘结合，主动盘上的扭矩通过从动盘作用在太阳轮上。所以， ：(3-29)由式（3-28）、（3-29）可知，作用在行星架上的驱动力为：(3-30)3.2 离心离合器性能分析电动

53、汽车自动换档机构中的离心式离合器应满足动力传动系统的安装要求，其工作特性应与电动机的特性相匹配，以满足电动汽车的动态性能要求。良好的换档质量是自动换档机构追求的目标。由以上分析可知，离心式离合器的特性对换档质量影响很大，故应对原离心式离合器进行分析。本车选用长兴工业离心离合器，具体参数见表3-1：表 3-1 离心离合器参数类别参数值摩擦块个数/个3从动盘直径/mm84.1从动盘外径/mm89.8摩擦片厚度/mm15.5摩擦盘摩擦面弧长/mm28.3重量/公斤1.34安装花键齿数z二十二安装花键模块 m0.75安装花键压力角 A最高转速/(r/min)4000组合转速/(r/min)为了得到离心

54、离合器在实际工作中的特性曲线，长兴公司对离心离合器进行了特性试验。试验按照QC/T 27-2004汽车干式摩擦离合器总成台架试验方法进行，在离心式离合器试验台上测量其工作特性。测量方法如下：离心式离合器结合转速测量启动电机并逐渐提高转速，当离心力大于离心体的弹簧张力时，离合器驱动和从动盘结合，显示器显示结合速度。最大扭矩测量电机带动离心式离合器从动盘以一定的设定转速运转，逐渐增加从动盘的负荷。如果出现打滑现象，报警器会发出蜂鸣声，显示器上显示的负载扭矩就是离心离合器在这个速度下所能传递的量。最大扭矩。按上述方法测得的离心式离合器的工作特性如表3-2所示：表 3-2 离心离合器试验数据表 3-2

55、 离心离合器实验数据转速（转/分）扭矩/(Nm)转速（转/分）扭矩/(Nm)13450.427357.615120.929468.517131.7316310.419002.4332311.521433.9356613.823254.2372714.225395.7398117.8根据离心离合器试验，得到其特性曲线，并对其进行最小二乘曲线拟合。离心式离合器特性曲线的公式为：(3-31)拟合曲线与测试结果对比如图3-3所示：图 3-3 离心离合器特性曲线从图3-3可以看出，拟合结果与试验结果基本一致，因此可以认为式（3-31）是离心离合器特性曲线的公式。离心式离合器应与电机特性和整车动力性能要求

56、相匹配，并应满足动力传动系统的安装要求。根据整车动力性能要求，本车选用原厂永磁直流无刷电机，其基本参数及整车动力性能要求见表3-3：表 3-3 动态性能要求和电机参数类别参数值最高速度/(km/h)70最高等级 ( 15km/h)15%常用速度/(km/h)5070峰值扭矩/70额定扭矩/19最高转速/(r/min)4000额定电压/V72峰值功率/kW15额定功率/kW5为了获得电机在工作过程中的输出特性，验证最初选择的离心离合器是否与之匹配，从而满足整车动力性能的要求。根据GB/T 18488.1-2006电动汽车电动机及其控制器第I部分：技术条件、GB/T 18488.2-2006电动汽

57、车电动机及其控制器第II部分：试验方法在CWF-25发动机试验系统中进行试验电机的输出特性。测试方法如下：(1)准备工作：测试前设计一个夹具将电机和测功机连接起来，并正确连接电机、控制器和电池，使电机和测功机正常工作。调试数据采集系统，安装电流传感器测试母线电流，将电压传感器连接在电池两端，保证传感器与电机可靠连接，最后运行电机使其热稳定。(2)测试过程：在额定电压下，从0到最大转矩逐渐加载电机。当电机转速稳定后，记录以下数据：电机输出转速、输出扭矩、控制器输入电流和电池电压。通过以上测试，得到了电机在额定电压下连续工作的外特性曲线，并对测试结果进行了拟合。拟合结果如图3-5所示：图 3-5

58、电机连续运行的外特性曲线拟合得到电机在额定电压下连续工作时电机的输出转矩、输出功率和转速之间的关系，如式（3-32）、（3-33）所示：(3-32)(3-33)根据电机在额定状态下的输出特性和车辆自动换档机构的工作原理，离心式离合器的最高转速应不低于电机的最高转速，以保证行车的传递。汽车正常运行时的扭矩，即：(3-34)式中， 离心式离合器最大工作转速/(r/min)电机最高转速/(r/min)离心离合器应能在太阳轮上传递驱动扭矩，即：(3-35)当汽车在最大坡度爬坡时，离心离合器应处于分离状态，以保证一档传动，为爬坡提供更大的驱动扭矩。为保证离合器的使用寿命，此时主、从动盘应处于分离状态，即

59、离心式离合器的组合转速应大于爬坡时与车速对应的电机转速动态性能要求中的最大梯度。当汽车在平坦的路面或小坡度上行驶时，电机可以提供很大的启动扭矩，当电机转速达到时，汽车开始换档实现高速行驶，所以：(3-36)式中， 该车最高等级所需车速对应的电机转速/(r/min)由式(2-9)、(3-36)，我们可以得到：(3-37)在城市条件下行驶时，汽车通常会以通常的速度加速和减速。为保证良好的动态性能和自动换档机构的使用寿命，档位切换应避开车辆常用的速度范围，即换档过程中的相应速度。因此，图 2-2 中换档结束对应的电机转速应小于普通车速对应的转速，即：(3-38)式中， 普通车速对应的电机转速/(r/

60、min)可见，原离心式离合器可以满足动力传动系统的安装要求，其工作特性可以与电机相匹配，从而满足电动汽车的动力性能要求。换档质量是指换档过程的平顺性，即希望换档过程平稳、无冲击，从而提高驾乘人员的乘坐舒适性。因此，换挡的好坏直接体现在换挡过程中汽车的行驶状态。汽车在平坦的道路上行驶时，其行驶状态与整车的驱动力和行驶阻力有关。根据对车辆自动换档过程的分析，离心离合器的特性直接影响换档过程中作用在车轮上的驱动力。 ，而行驶阻力则与汽车的整体参数有关。该车基本参数如表3-4所示：表 3-4 车辆参数类别参数值主传动比5.3第一传动比1.42档传动比1满载质量 m/kg1000迎风区A/1.8风阻系数