电动汽车离合系统的设计与分析

毕业设计说明书学生姓名：黄海学号：20080827学院：交通运输与物流学院专业年级：2008交通运输2班题目：电动汽车离合系统的设计与分析指导教师：魏占国评阅教师：邓海英2012年06月摘要作为当前最具可行性的环保节能型汽车，电动汽车成为汽车行业研究的热点，其传动系统作为关键的组成部分也受到各大汽车厂家和研究机构的重视。自动变速功能的实现可以改善车辆的乘坐舒适性和通过性，并减轻驾驶员的疲劳强度，因此自动变速系统与电动汽车的结合成为目前研究的热点。对于质量较轻的电动汽车，简单紧凑的换挡机构可以降低整车重量并解决布置困难等问题，基于此本文提出一种由离心式离合器与行星齿轮机构相结合的新型自动换挡机构。首先，介绍了离心式离合器的结构及工作原理，对离心式离合器的特性及工作过程进行了分析。详述了基于离心式离合器的电动汽车自动换挡机构的结构及工作原理，并引入换挡品质来衡量自动换挡机构的好坏。其次，通过行星齿轮机构及换挡过程的数学模型的建立，推导出基于离心式离合器的电动汽车自动换挡机构换挡品质的计算方法。关键词电动汽车；自动换挡；离心式离合器；换挡品质ElectricAutomobileClutchSystemDesignandAnalysisAbstract:Asthemostfeasibleenvironmentalprotectionmethod,electricvehiclebecomesoneoftheresearchhotspotsinautomotiveindustry.Itstransmissionsystemwhichisthekeypartofthevehiclegetsmoreandmoreattentionbyvariousautomakersandresearchinstitutions.Automatictransmissionhasaseriesofadvantagessuchastheimprovementofthecomfortableandcrossingability,toeasethetirednessofdriverandsoon,sothecombinationofautomaticshiftandelectricvehiclebecometheresearchpointsatpresent.Forminiaturelow-speedelectriccars,simpleandcompactcomplexshiftinstitutioncanreducevehicleweightandsolveproblemssuchasTherefore,anewautoshiftinstitutionwhichiscombinedcentrifugalclutchwithplanetarygearsisresearched.Firstly,thispaperintroducedthestructuresandworkingprinciplesofcentrifugalclutch,analyzedtheworkingcharacteristicsandworkingprocess.Thestructureandworkingprinciplesofautomaticshiftinstitutionsbasedoncentrifugalclutcharedescribedindetail.Twoevaluationindicatorsoftheshiftqualitywereanalyzedwhichcouldevaluatetheautoshiftinstitution.Secondly,mathematicalmodelsofplanetarygearsandshiftprocesswerebuilt.deducingthecalculationformulasaboutshiftquality,theinfluenceoftheoriginalcentrifugalclutchtothedynamicperformanceandtheshiftqualitywereanalyzed,theresultshowedtheoriginalcentrifugalclutchshouldbeimproved.Keywords:Electricvehicle;Automatictransmission;Centrifugalclutch;Shiftquality目录1绪论.............................................................11.1研究背景...................................................11.2离合器的发展...............................................21.3本文研究的目的及意义.......................................41.4本文的研究内容.............................................42离心式离合器的电动汽车自动换挡机构...............................52.1离心式离合器...............................................52.1.1离心式离合器的结构及工作原理..........................52.1.2离心式离合器的设计分析................................72.1.3离心式离合器的结合过程分析............................92.1.4catia离心式离合器的结构图...........................102.2离心式离合器在电动汽车自动换挡机构中的工作原理............152.2.1电动汽车自动换挡机构的结构...........................152.2.2电动汽车自动换挡机构的工作原理.......................162.3换挡品质..................................................172.4本章小结..................................................213离心式离合器对换挡品质的影响分析................................213.1自动换挡过程理论模型的推导................................213.1.1行星齿轮机构数学模型的建立...........................213.1.2换挡过程数学模型的建立...............................243.2离心式离合器的性能分析....................................273.3本章小结..................................................354结论............................................................354.1全文总结..................................................354.2展望......................................................35致谢.............................................................37参考文献........................................................38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绪论1.1研究背景随着科学技术的进步和经济的发展，作为人们日常生活中不可缺少的代步和运输工具，汽车发挥了巨大的作用，对我们生活产生了深远影响。目前，由于汽车工业的发展带来石油资源需求的急剧增加，对环境严重的污染越来越严重，以有限的石油资源和破坏环境为基础的发展模式越来越不被人们所认同，节能和环保成为汽车工业发展的新目标，特别是各国政府都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。电动汽车有效避开了能源紧缺和环境污染的双重危机，被认为是汽车工业发展的明日之星。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，且满足道路安全法规对汽车各项要求的车辆。电动汽车是以车载储能装置为能量源，以电机通过传动系统驱动车辆行驶。电动汽车与内燃机汽车相比，有其自身的许多特点，电动汽车的价格比内燃机汽车高，决定了电动汽车的初期投入大、费用支出多，但是电动汽车的维修保养费用低，随着使用年限的延长，其使用费用支出会逐渐降低，甚至会低于内燃机汽车使用成本。能量转换效率高，操纵简便，系统结构简化，方便车辆的布置。电动汽车可实现制动能量回收，减速停车时的动能通过再生制动转化为电能并贮存在蓄电池中，停车时不必让电机空转，从而降低能源消耗，提高能源的使用效率。汽车动力传动系统的任务是传递动力，并在动力的传递过程中改变传动比，以调节或变换动力输出装置的特性，同时通过变速来适应不同的驾驶要求。人工操作的手动变速器在换挡时转速变化突然，常使动力输出装置处于非稳定工况，影响汽车的动力性能、经济性能及乘坐舒适性。因此要保证动力输出装置在行驶过程中处于良好的工作状态，提高乘坐舒适性与操作简便性，需对自动变速系统与发动机结合的离合器研究。汽车离合器的种类很多，目前主要分为离合器分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦式离合器和液力偶合器。本文研究的是离心式离合器，离心离合器通过摩擦力来传递扭矩，它的基本结构由三个元件组成：主动件、离心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2体和从动件。离心体滑装在主动件上，由原动机驱动主动件旋转加速而将其径向甩出。当主动件达到规定角速度时，甩出的离心体与从动件内壁压紧，由摩擦力强制其进入运动状态而传递扭矩。离合器的从动件可以直接或通过皮带轮等机构与负载连接。离心离合器靠原动机本身的转速而实现两轴自动接合或断开的离心离合器,形成了它固有的一些特点:（1）离合器的接合取决于离心力,因此不能传递大于额定扭矩的负荷。如果从动端超载，离合器便打滑，所以它也具有安全离合器的功能。（2）离心离合器也不宜装在低速轴上使用，在低速时为了达到足够的离心力，就要增大结构尺寸，将使成本增加。（3）因为离心力是随转速的增加而逐渐增加，所以使用离心离合器就相当于将负荷逐渐地加到原动机上，因而可以直接起动工作机械，而获得平稳起动的效果，若用电动机直接驱动，可以显著地减小启动电流。（4）当原动机未达到额定转速之前，离心体相对于从动件要打滑，从而产生摩擦热，消耗一部分能量，因此离心离合器不造于在频繁起动的场合使用，也不宜在起动过程太长的地方应用。1.2离合器的发展在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥形离合器的方案一直延续到20世纪20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较简单，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过骆毛带、皮革带等。那时曾出现过蹄-鼓式离合器，其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄-鼓式离合器用的摩擦元件是木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。无论锥形离合器或蹄——鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早