本田节能汽车离合器的设计项目结题报告

编号：长沙理工大学大学生研究性学习与创新性实验计划项目结题报告书项目名称：本田节能汽车离合器的设计项目类别：□学生自主创新性实验项目□教师指导选题创新性实验项目学院名称：汽车与机械工程学院（盖章）项目组负责人：（签名）导师姓名：（签名）学院负责人：（签名）填表日期：2016年1月15日教务处制二〇一六年一月大学生研究性学习与创新性实验项目计划结题申请评审须知一、凡经立项的项目都必须结题。项目研究工作完成后，项目负责人须从网上下载并填写《长沙理工大学大学生研究性学习与创新性实验计划项目结题报告书》，经所在单位签署意见后，国家级项目报教务处实验室建设与管理科，校级项目交于各学院教务办，由各学院教务办管理校级项目的结题材料。二、申请结题时，项目负责人须提供以下材料：1、《长沙理工大学大学生研究性学习与创新性实验项目计划结题报告书》一式三份及电子文档；2、项目研究成果主件（含项目研究报告、公开发表的论文、专著、软件、其他等）；3、必要的附件（验证项目成果及成果推广效果、效益的资料）；4、项目申请书、开题报告、中期报告复印件；5、以上2～4项以支撑材料的形式装订成册，一式三份。6、本结题报告书适用于国家级立项项目和校级立项项目。一、研究人员及成果情况（以下项目主持人填写）项目名称本田节能汽车离合器的设计项目编号立项时间2015年4月1日完成时间2016年1月15日结题方式项目组成员姓名学号所在学院及专业项目中的分工签名林驰201221030524汽车与机械工程学院机械设计及其自动化专业组长游皇波201272030329汽车与机械工程学院汽车服务工程专业组员李泳德201369030332汽车与机械工程学院车辆工程专业组员蒋孝文201369030219汽车与机械工程学院车辆工程专业组员刘涛201248030221汽车与机械工程学院材料成型及控制工程专业组员提交的成果主件、附件目录1．本田节能汽车离合器的设计实验项目计划结题报告书；2．本田节能汽车离合器的设计项目研究成果报告；3.本田节能汽车离合器的设计项目计划书；4.本田节能汽车离合器的设计申请表与开题报告；5.本田节能汽车离合器的设计中期报告；二、研究成果简介项目研究的目的与意义：本田节能大赛是一项以注重能源，创造节约型社会为主体的活动，希望所有参赛者能够共享这种对地球环境保护的挑战精神。1981年，Honda在日本举行了首届节能竞技大赛，至今已有30届的历史。中国也于2007年引入该比赛，在大赛中，选手们最大程度地有效利用能源，开拓思路，为创造全新的节能低碳生活，争相展示他们的智慧与信念。该项目正是在遵循本田的节能目的的基础上，通过在离合器的设计上实现节能车在行驶过程中可以实现无动力滑行，以及在符合大赛官方要求的速度要求上，当速度过慢时，又可通过离合器的结合实现动力传输，保证车子在比赛中的性能要求。所以，对于我们设计的车子的理念来说，离合器的设计好坏对于比赛来说很重要，同时也可以通过我们对于离合器的理解与设计，对一些传统离合器进行改善改变，尽量去做到节能和简单适用。研究主要内容：开始的方向是在节能车上使用滚柱式单向离合器，该离合器结构分为内行星轮和外行星轮，工作表面在经过研究阿基米德螺旋线、对数螺旋线、和中心轮移动的圆这三种曲线后，决定采用中心轮移动的曲面导向筒，这种导向筒的加工最为方便，工艺方面可以采用冷挤成型，效率高，曲线精度高安装方便，使用可靠。材料选择方面，原定用45钢，后研究发现，选择既有很高硬度要求又耐足够冲击强度的材料，可提高机械强度和耐磨性。滚柱应选择GG-15,经过热处理表面硬度达到HRC59~63。与滚柱相接触的内圈和外圈，即单向离合器的齿轮和导向筒的材料，采用含碳量较低的合金钢20GMb，表面渗碳处理硬度达HRC59～63。因此相比之下，采用这两种材料组合比较好。楔角的大小的设计对单向离合器正常工作具有重大影响。因为楔角设计过大（如a8°）时，在楔紧过程中，滚柱就不能可靠的楔紧，滚柱与内外圈接触面之间产生的严重的滑动摩擦，使单向离合器不能工作，而且容易损坏。当楔角设计过小（如a3°）时，在分离过程中，滚柱就不能自动分离，而且在楔紧状态下，由于滚柱与内外圈之间的法向压力过大，是接触应力过高。将滚柱或内外圈压坏。因此现在所设计的单向离合器的楔角在4°~6°。具体到某一个单向离合器的楔角是根据单向器所传递的转矩大小来确定滚柱、导向筒和齿轮结合古的大小。一般滚柱大楔角小、滚柱小楔角大。经过研究，滚柱式单向离合器有以下几种，滚柱为Φ8，楔角为4°左右；滚柱为Φ7，楔角为5°左右；滚柱为Φ6，楔角为6°左右。我们在经过研究后初定采用滚柱为Φ7，楔角为5°的离合器。使用过程中，由于滚柱的磨损和内外圈的变形，在全载荷时，楔角a将有少许增大。由于储备间隙的设计对单向离合器很有影响，储备间隙一般2mm~3mm。应根据其传递转矩的大小来决定，传递转矩大的储备间隙稍大些，传递转矩小的，储备间隙稍小。开始时，我们的储备间隙设计太小，经过分析后发现单向离合器的滚柱及内外圈因使用磨损而容易失效。设计太大又不符合结构紧凑的设计要求。因此要再进行储备间隙研究，以单向离合器传递转矩的最佳工作状态和使用寿命来决定储备间隙。以上是在开始方向上的收获，但是想法总是好的，在实际中由于本身对于设计与实际运用缺乏一些经验，导致后面发现该离合器不适用与节能汽车上，同时也是时间以及组内成员后期的信心不足，所以导致在该方向上不得不放弃，重新寻找另一种简单实用的离合器。经过与上一届学长的交流，同时向指导老师反映情况后，一致做出决定，在上一届的基础上设计离合器，及还是从最简单的方向入手，为比赛着想，同时也有对上一届经验的继承。所以针对上一届在于离合器咬合较差导致能量浪费以及车子颠簸，同时针对他们在于离合器安装过程出现的种种问题，我们努力改善该套方案。重要观点以及相应的对策建议：原计划是做出滚动离合器，但是后期车队的总体分析以及车队内部意见和指导教师的建议我们在单向滚柱式离合器的研究上止步于此。首先是在后期我们参观相关实际的成品后发现该离合器不适用于我们的节能车上面，还有就是相关技术方面对于我们来说还是有些难以突破的难度，不仅在于离合器的安装还有后期的加工和调整，都存在相当大的难度，而比赛日期也不允许我们对于滚柱式离合器的深入研究，所以在此考虑上，我们决定采用普通离合器，基于上届的基础上稍作改进，使离合器更加适合节能车，更加节能和实用。这是我们在中期发现后所做的调整。经过前边日子，我们也吸取教训同时获得一些经验。发现很多想法虽然很创新，但是从实际出发，由于技术上的不成熟以及一些时间限制，很多很好的想法在一些角度是无法实现。所以，从实际出发得去实践才有真正的收获。同时，作为开始的想法观点，我们也得到一些了解，以后在比赛完后也可以继续往这个角度去研究，争取在这个方向有所收获。此次项目是基于节能车的比赛，所以相对来说也是一个限制。所以，车子的比赛为中心，所以要考虑大局改变方向。研究的成果与收获：我们全组成员经过一段时间的努力，在滚柱式单向离合器课题的研究上去的了一些成就，但是基于技术和指导老师和车队商讨决定后，对于滚柱式离合器的研究我就先止步于此，但是基于车队的研究进度，改变方案，研究逐步推进，完成离合器的制作同时安装在车子上，经过多次试车和车手的感受，我们调整了几次离合器的设计，做了几次小改动不断完善同时与车子的电机等配合安装成功，并在10月份末的比赛取得进步的成绩。以下是我们在研究过程的研究成果以及相应的研究设计过程：(1)完成对上一届车体的图纸分析，查阅国内外相关资料，了解国内外相关研究状况，并初步完成本届赛车的机械结构图纸设计；(2)完成本赛车的机械部分装配图，并对整体进行ANYSYS受力分析和UG，CAD优化工作，并且对整车进行人车模拟；(3)完成整车车架的1：1模型，画好了离合器的图纸和进行相应的分析未完成的内容；（4）中间发现离合器与车子的配合存在很大问题，比赛时间接近，与指导老师商量后改变方案，重新设计离合器比起为离合器重新设计电机架和车架更为实际，所以重新画离合器图并进行分析，由于之前对前面车子的分析和总结，采取的是上一届的离合器方案但是有在一些不足处做出改善；（5）图纸经过训练中心老师看后做了一些改善，然后把图纸交给老师加工，加工后第一次安装上去，发现在车子的行走过程中有些结合效果很差，经过多次试车后发现了问题，是由于离合器与电机架的间距有问题，所以重新设计离合器，好调整间距，来回还是加工了3次才弄出一个最好的；（6）离合器加工完成同时试车也比较顺利，虽然后面再电机方面还是存在问题，但是基本上在车子离合方面还是比较完善，对于车手的试车体验来说，也对于新一套的离合器方案表示满意；（7）电机方案确定后，车子机械各方面也准备就绪，接下来就是给车手熟悉车子，在学校车子的滑行还是比较好，车子速度控制也比较稳定，就是外壳的重量过大，但是比赛日期已经接近；（8）车子试车没问题，在10月份24号到25号在广州成功参加比赛并取得16名的成绩，比起上一届在里程和控制上都有所进步。项目研究过程中反映的一些问题和总结：因为中期的计划调整，离合器决定不采用滚柱式单向离合器，所以对于离合器部分参数没有得到最终确认，也没有对其离合器的设计与节能实用进行实验检测，和收集数据，完成数据分析和优化改进。相对于最初的计划，我们未能完成一部分的任务，没能完成这项任务的原因是多方面的：（1）我们全组成员将大部分的时间精力投注于学习之中，用于课题研究的时间相对来说较少，后期的课题研究中，我们将会合理的安排自己的时间，在做到不耽误学习的前提下按计划完成研究任务；（2）在于之前对于单向滚柱式离合器的资料搜寻还有研究花费相当一部分时间，还有基于完成这个项目是车队的一部分，而我们成员有限，必须调配出一些时间在于车队的电控方面的研究；（3）我们要将离合器进行实际检测，需要将离合器制造出来，并且在车架已经焊接完成的情况下才能进行实际检测，然而由于经费紧张和学校加工设备的不合要求而没能将车架焊接完成。实际检测的延误相应的带来一系列的后果是，实际检测数据的收集分析以及优化设计。虽然在开始的方案上出现大问题，但是也有所收获，同时在改变方案后，大家也意见一致同时不会因此失去信心，坚持第二个方案下去最后还是取得比较满意的成绩，有了这一次的经验我们也会再接再厉争取在第一个方案继续研究同时争取下一届的车子更加完善争取更好的成绩。三、项目研究总结报告预定计划执行和项目研究和实施情况：由于该项目是基于节能车的比赛，所以创新的重点在于节能和简便，同时设计的重点必须以车子为中心，与车子的其他机械部位配合好。（1）.按计划开始对上一届车子的整车的了解和深入研究，通过该车子理解节能车在设计上的基本走向而不是毫无目的的创新，而离合器正是经过对车子分析后以及与学长的交流觉得上一届离合器存在大问题；（2）.根据意见和小组的想法决定采用滚柱式单向离合器，于是大家有方向的收集资料分析；（3）.收集资料分析后进行画图设计，并进行车子整体安装设计和分析；（4）.经过把资料给老师看后，发现该方案很多地方存在问题，而比赛时间不允许继续研究下去，而且发现以我们现在的技术水准无法很好的加工与安装，而且没经过试车还不一定可以成功使用，所以只好改变方案，在指导老师的建议下我们决定在上一届的基础上发展第二套方案；（5）.在重新制定方向,大家着手收集资料,同时咨询上一届比赛的一些问题，做出相应的改进，虽然缺少第一个方案的创新。但是在与上一届的比较中，重新设计的离合器相对容易安装而且在离合器的牙合和分离上面来说显得比较成熟；（6）.画好设计图后进行相应的分析后，与车子进行模拟整合没问题后我们便进行加工，由于该方案相对技术难度较低，加工也就比较顺利；（7）.加工出成品后，我们便进行安装，安装中出现不少小问题，在比较和询问指导老师后逐一解决；（8）.基本上准备就绪后，便是车手试车，在离合器的使用中还是比较顺利，滑行距离也有所增加；（9）.车子试车完毕后，在10月份24号到25号成功参加比赛并取得比较理想