毕业设计论文AMT离合器综合性能试验台设计

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1、目 录摘要Abstract1 绪论 1.1 汽车自动变速器的发展概况 1.2 AMT的发展概况 1.3 课题的研究意义 1.4 离合器综合性能试验台对AMT离合器控制规律研究的意义 1.5 本章小结2 汽车离合器试验台研概况 2.1 国内的发展状况 2.2 国外发展状况 2.3 本章小结3 离合器试验台搭建的基本思路及结构分析 3.1 离合器试验台搭建的基本思路 3.2 离合器试验台的结构分析 3.3 离合器试验台的总体结构 3.4 本章小结4 离合器性能试验台机械部份设计 4.1 电动机的选用 4.2 制动器的选用 4.3 自动变速器的设计要求 4.5 传感器的选择 4.6 轴的设计 4.7

2、 轴承的选择 4.8 联轴器的选择 4.9 支撑件设计 4.9.1 传感器支架 4.9.2 轴承座支架 4.9.3 变速器安装支架 4.9.4 惯量飞轮安装支架 4.10 强度校核 4.11 本章小结5 结论 5.1 总结 5.2 展望致谢参考文献文献综述摘 要机械式自动变速器是汽车自动变速系统的重要形式，相比传统的AMT，具有动力性和燃油经济性方面的较大优势，在近年得到了很大的发展。离合器控制系统作为AMT控制系统的重要组成部分，对AMT系统的使用寿命、使用性能有着关键性的影响。因此，开发 AMT离合器性能试验台，具有重要的现实意义。本文进行了AMT离合器试验台的方案和结构设计，主要包括试验

3、台架设计、零部件的布置、动力选择和传感器的选择等等。可为汽车开发和研究提供实验参考。关键词：AMT离合器 试验台 性能测试AbstractMechanical automatic transmission is an important form of automotive automatic transmission system compared to the traditional AMT, with the greater advantage of thepower and fuel economy, has been greatly developed in recent years

4、. The clutch control system as an important part of the AMT control system, the service life of the AMT system, the use of performance has a critical impact. Therefore, the development of AMT clutch performance test-bed, has important practical significance.AMT clutch test rig program and structural

5、 design, including the test bench design, the layout of the components, the choice of power options and sensor. Provide experimental reference for automotive development and research. Key words: AMT Clutch Performance Test 第一章 绪论引言：AMT 是汽车自动变速器的一种，本章将回顾汽车自动变速系统的发展概况，对 AMT 的发展和特点作出说明，并提出本课题的研究意义。1.1

6、汽车自动变速器的发展概况往复式内燃机是现代汽车广泛采用的动力装置，但由于其转速变化范围和转矩适应系数有限，不能适应驱动车辆对转速和转矩的要求，因此必须装设变速器。 汽车变速器在型式上可分为手动和自动两种。过去汽车上大多装备手动变速器,它主要由齿轮、轴、轴承、同步器等动力传动部件组成。一般来说，变速器的档位越多，汽车的动力特性越接近理想动力特性自动变速器使得汽车的档位数可以大大增加甚至采用无级变速。而且，汽车上装用自动变速器后，汽车将具有良好的驾驶和行驶性能，提高了行车安全性、驾驶舒适性，并且可以通过选择控制模式，达到动力性、经济性和排放性的不同要求。因此，现代汽车装用自动变速器越来越多。 目前

7、在世界范围得到广泛应用的自动变速器类型主要有3 种类型：液力自动变速器（Automatic Transmission ，简称AT）；电控机械式自动变速器（Automatic Mechanical Transmission 简称AMT）；无级变速器（Continuously Variable Transmission ，简称CVT ）。 液力自动变速器的基本结构是由液力变矩器与动力换档的辅助变速装置组成再加上ECU 控制系统构成。由液力变矩器在一定范围内连续改变传动比，而由动力换档辅助装置（多为行星齿轮变速器）的几个不同传动比将与之组合，形成在车辆使用全过程中所需的传动比。其优点是引入液力传动，

8、同时辅以合理的电子控制，使得换档过程柔和、平顺，其缺点是由于存在液力变矩器，使得整个传动系统的效率大大降低，平均油耗比手动档要高出20% 左右，同时动力性也有所下降。机构复杂，质量重，价格较贵，也比较费油，加速较慢。所以还不能完全取代齿轮变速器。1下图为液力自动变速器实物图：图1.1 液力自动变速器机械式自动变速器采用电子控制装置对变速器换档机构进行操纵控制，这样仅使换档时间更精确、换档更平稳，而且操纵自如灵活，AMT可以在手动变速器的基础上进行改造，节约了制造费用、提高了传动效率，在手动变速器的基础上加装微电脑控制装置，计算机模拟人脑控制执行机构全面模拟驾驶员的换档动作，利用换档操纵机构发出

9、汽车起步或换档指令，通过传感器将车辆的运行状态在仪表板上显示出来，当换档时，油门补偿机构模拟驾驶员的右脚动作，离合器执行机构模拟驾驶员的左脚动作，换档执行机构模拟驾驶员的右手动作，取代需人工操作完成的离合器分离、接合及变速器的选档、换档动作，从而实现换档过程的自动化。AMT不仅能够模拟行车技术，而且能够适时地根据车况、路况自动换档，提高了行车安全性，还大大降低了油耗。AMT通过将自动控制与传统变速箱的高效低成本的特点相结合，将汽车的动力性、经济性与良好的操作性完美的结合起来。今年，在AMT的基础上，又出现了许多新形式的改进型机械式自动变速器，包括：PSG （Parallel Shift Gea

10、rbox ，又称DCT ），ESG 等等。2 下图为电控机械式自动变速器实物图： 图1.2 电控机械式自动变速器自动变速器是为了简便操作、降低驾驶疲劳而生的，按齿轮变速系统的控制方式，它可以分为液控液压自动变速器和电控液压自动变速器；按传动比的变化方式又可分为有级式自动变速器和无级式自动变速器。因此，无级变速器实际上是自动变速器的一种，但它比常见的自动变速器要复杂得多，技术上也更为先进。 无级变速器与常见的液压自动变速器最大的不同是在结构上，后者是由液压控制的齿轮变速系统构成，还是有挡位的，它所能实现的是在两挡之间的无级变速，而无级变速器则是两组变速轮盘和一条传动带组成的，比传统自动变速器结构

11、简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使车速变化更为平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。无级变速器种类很多，有实用价值的仅有V 形金属带式。金属带式无级变速器属摩擦式无级变速器，其传动与变速的关键件是具有V 型槽的主动锥轮、从动锥轮和金属带，金属带安装在主动锥轮和从动锥轮的V 形槽内。每个锥轮由一个固定锥盘和一个能沿轴向移动的可动锥盘组成，来自液压系统的压力分别作用到主、从动锥轮的可动锥盘上，通过改变作用到主、从动锥轮可动锥盘上液压力的大小，便可使主、从动锥轮传递扭矩的节圆半径连续发生变化，从而达到无级改变传动比的目的。无级自动变速器传动比连续，传递动力平稳

12、，操纵方便，同时因加速时无需切断动力，因此汽车乘坐舒适，超车加速性能好。相比AT，大大提高了燃油经济性。但与齿轮传动相比，效率并不高，且此种变速器起动性能差，需另加起动装置，其加工制造困难，价格也较高。3当然，CVT技术也有它的弱点，比如传动带容易损坏，无法承受较大的载荷等等，这些技术上的难关使得它一直以来多应用在小排量、低功率的汽车上。 目前CVT技术发展得相当迅速，各大汽车厂家都在加强这一领域的研发。尤其是在混合动力汽车具有广泛前景的将来，CVT的地位和作用更是无可替代，它将会是未来变速器发展的大趋势。下图为无级变速器实物图：图1.3 无级变速器1.2 AMT的发展概况继1984年日本五十

13、铃公司在世界上率先研制成功电子控制全机械式有级自动变速器“NAVI-5”，并装于 ASKA 轿车上后，世界上许多汽车制造公司竞相进行了类似的开发研制工作。1996年宝马M3轿车所采用的“M 序列式变速器”，以全的电液控制系统代替了传统的机械式变速器的操纵，并可选择自动变速和手动变速两种模式。ZF公司也推出了其电控机械自动变速器新产品ASTRONIC系列。1998年德国大众Lupo轿车安装了电控机械式自动变速器，其百公里油耗为2.99L，显示了非常光明的前景。目前，包括美国Ford ，意大利 Fiat ，法国 Renault，瑞典 Saab 等整车厂已经开始大量使用AMT，而以德国Luk 公司为

14、代表的一批汽车传动系统研发机构也在AMT及相关产品的研发方面投入了大量的精力。45国内的AMT发展起步较晚，从上世纪80年代开始，吉林工业大学和北京理工大学开始对AMT进行研究。吉林工业大学对AMT理论进行了广泛的研究，先后提出了动态三参数换档规律、离合器最佳接合规律、动态闭环换档控制、离合器模糊起步控制等理论，并在轻型车、重型车、轿车等不同的车型上进行了装车实验。近年来，包括清华大学、上海交大等国内著名高校纷纷开展AMT的相关研究，同时，社会科研机构也看到了AMT在中国市场的巨大潜力，众多的科研机构开始进行相关研究，AMT在中国的研发呈现百花齐放的景象。目前，中国的 AMT研究工作仍然基本停

15、留在原理验证与样车制造阶段，下一步的工作，就是如何将研究成果转化为投放市场的成熟产品。61.3 汽车离合器综合性能试验台的发展概况1.3.1 国内发展概况离合器的诞生是随着汽车的不断发展而与时俱进的。在国外离合器的开发和运用是在十九世纪开始的，而在我国的飞速发展是在“八五”和“九五”期间，作为科研项目，列入国家重点攻坚项目，受国家政府机关的大力支持，对于自主产权的科研项目受各个国家的保护，从而也加速了企业之间的竞争，也加快科技创新，与之相关的科研项目也要同步发展，随之而来的检测仪器也同时得到发展，这样为离合器试验台的发展提供了广阔的空间。 船舶工业 711 研究所设计了船用湿式离合器摩擦元件试

16、验台，在此基础上形成了国家标准 GB/T15141-947。清华大学傅水根等8设计了离合器超速性能试验的装置。华南理工大学叶邦彦等9综合了制动式试验台和驱动式试验台的优点，采用差动惯性式原理进行设计了一种差动惯性式摩擦离合器性能试验台，这些都为离合器进行摩擦、磨损、热负荷等测试提供了很好的试验装置。 而在我国具有代表性的研发单位有南京汽车制造厂、上海汽车制造厂、济南汽车制造厂、北京汽车制造厂等十几家汽车研发企业。到1985以后国产汽车有奇瑞汽车、中国重汽、江淮汽车等也激发了新的活力，他们对离合器的研究都有自己的专利技术，但是对离合器试验台的开发比欧美国家要差一些其中包括试验台的总体设计都是通过

17、科研单位的技术支持，并且使用的普遍的是大学和一些科研单位，企业的研发更具有针对性，技术研发的成果，使用率比较高，各高校的研发状况处在上升趋势。 从国内资料来看，随着我国机械制造水平的进步和检测技术的发展，对于离合器的综合试验已经从原始的较为简单的试验，发展到近些年来较为系统的离合器室内试验以及离合器总成零部件试验1012。但总体而言，在这方面我们与国外先进水平相比有一定的差距。就离合器性能综合测试而言，目前国内许多离合器生产厂家对其性能综合测试试验尚处初期阶段，很多厂家还开展不了此项试验。国内在离合器综合性能检测方面领先的有中国船舶重工集团公司第七一一研究所、重庆汽车研究所、长春工业大学与长春

18、中联试验仪器有限公司等研究单位，这些单位在离合器综合性能检测方面开展了大量的研究工作。第七一一研究所和重庆汽车研究所研制的试验台离合机构采用液压加载，道路阻力矩采用磁粉制动器加载，主电机为电磁调速电机，能够满足1992版国家汽车行业试验标准。国内其他的对离合器试验台的研究如：许黎明13和赵奇平14等采用制动的方式设计了摩托车离合器试验台。由于这些试验台模拟的是制动器的工况，并不适合对离合器的接合动态性能进行试验。 Holgerson等15设计了一种具有主动力矩作用的湿式离合器测试装置，该装置较好地模拟了离合器的工作状态，但由于结构设计的局限，只能对小尺寸、小惯量的离合器纸基摩擦片进行试验，适用

19、范围较窄。此外，多数现有离合器试验台存在惯量级差较大、试验功能单一的问题，对于一些大功率车辆上使用的离合器，如坦克车辆的综合传动装置中的离合器，传统试验台都存在耗能大的问题。重庆大学机械传动国家重点试验室研发的AMT离合器综合性能试验台通过改变惯量盘及加载电机负载力矩，可模拟不同档位下的各种测试路况，实现对不同离合器结合速度下的车辆起步性能测试。该试验台采用交流电力测功机+飞轮组的加载形式。通过交流电力测功机动态模拟车辆在不同行驶条件下的道路阻力。飞轮组由可拆卸式飞轮盘组成，通过飞轮盘的不同组合，模拟汽车满载情况下，1档至4档起步时离合器输出端的等效惯量。张邦成，方勇等设计的离合器综合性能试验

20、台利用步进电动机控制离合器操纵机构实现离合器的接合与分离，通过改变步进电动机的方向与脉冲信号来调节离合器的接合、分离速度及位移；惯量盘用于模拟汽车的惯性，磁粉制动器用于模拟道路的阻力矩且在停机时提供制动力矩，通过改变惯量盘和道路阻力矩来模拟不同离合器的使用工况。在产品技术方面，国内离合器实验台企业经过不断地产品结构调整，国产的离合器实验台品种已经能全面覆盖国内重、中、轻、轿、微及农用等车型的需求，从而大幅的提高离合器的性能，进行离合器实验台生产的企业无论是为了提高自身的竞争力，还是为了进入配套、出口市场，都十分重视强化企业内部管理。但是离合器试验台的性能比欧美国家要差一些，实验台的总体设计技术

21、都是通过科研单位支持的（其中包括一些工科性大学和科研单位），企业的研发产品更具有针对性，并尽量满足自身产品的需要。不难发现，在国内研发技术有待进一步的提高，不过在国内各高校的研发状况处在上升趋势。我国的汽车工业发展相当迅速，促进了汽车零部件性能试验技术及设备的发展。许多大中型生产厂家都具备了一定对重要零部件进行各项性能试验的能力。其中非常重要的离合器，就是主要需要测试的对象之一。所以，为保证离合器的质量，对汽车离合器综合性能试验台的需求也会越来越大，且测试精度的要求也会越来越高。在实际的使用当中，离合器实验台的使用相当广泛，世界各国的知名企业如绅宝、雷诺、菲亚特、现代、奔驰等都开发和应用离合器

22、实验台。市场的开发前景很是乐观，可以看出，离合器的研发空间很大，随之对离合器试验台的设计开发变得尤为重要。我相信随着我国汽车工业的发展，离合器试验台的设计也会的到进一步的突破16 。 下图为国内某企业的离合器综合性能试验台实物图图1.4 离合器综合性能试验台实物图1.3.2 国外发展概况现在，国外先进工业国家的汽车产业都很成熟, 国外在汽车离合器试验台的设计开发已取得较好的成就，如国外开发的SAE#2试验台1719，主要适合于离合器的摩擦副的摩擦磨损特性试验。因为他们拥有相当丰富和成熟的产品检测和试验手段。从国外资料来看，国外的离合器设计生产厂家一般还要对离合器做总成系统试验和离合器的车上试验

23、20。国外先进工业国家的汽车产业大都相当发达和成熟, 一个非常重要的原因是拥有相当丰富和成熟的产品检测和试验手段。在离合器检测方面著名的企业如法国的VELEO公司、德国的申克公司、美国的贝尔实验室、日本的AUTOMAX公司等。他们均采用直流电动机作为主电机进行加载。而分离加载方式则有所不同，法国的VELEO公司采用液压的分离加载方式,德国申克公司采用气动比例，而美国贝尔实验室和日本AUTOMA公司均采用气动比例,伺服电机分离加载，道路阻力矩加载方式均采用测功机。总体的检测精度都较高。并且，他们制造的汽车离合器综合性能试验台均采用计算机控制，带有多层次的用户编程接口，最终用户可以通过二次开发构建

24、适应自身要求的功能；支持多国语言显示，能够适应不同国家和地区的应用要求；产品数据库可由用户任意修改扩充；大部分采用基于工控机的数据采集和控制系统，利用实时控制技术，实现高速实时多任务控制；检测精度高，各种数据的显示和打印都是自动的，能够满足自动化生产的要求，但其产品价格昂贵。法国的EELEO公司，德国的申克公司，日本的AUTOMAX公司的离合器试验台价格在500万元左右，而美国的贝尔实验室更是高达3500万元！下表为国内外同类产品主要技术参数对比。表1.11.4 AMT工作原理概述1.4.1 AMT的控制系统与换档过程AMT 是复杂的机电一体化的产品，其控制系统和换档过程的理论分析是实现其功能

25、的重要保证，要分析离合器控制在 AMT 控制中的应用，应该搞清楚 AMT 的控制系统及其对整个换档过程的控制策略。1) AMT 的控制系统概述图1.5 AMT结构示意图图 1.5 所示系统可分为人工控制和电子控制两层。人工控制层主要反映个人驾驶风格及外部环境。驾驶员根据交通状况、汽车载荷、天气情况等外部条件决定以下参数：手/自动选择，换挡规律选择，杆位选择，巡航控制，加速踏板位置、制动踏板位置及源于系统故障信息而采取的其措施。电子控制层包括发动机控制单元（ECU） 和变速器控制单元（TCU），离合器控制单元 CCU 经常作为一个功能模块集成在 TCU 内。电子控制层根据驾驶者的初始设定参数（手

26、/自动选择、航控制选择、换挡模式选择、杆位选择等），实时采集反映驾驶员意图的信号（加速踏板位置和制动踏板位置信号），明确驾驶员操纵意图，结合车辆当时的运动状态（发动机转速、输入轴转速、车速、挡位等），依据内部的控制规律，按照可行的控制策略，控制执行机构（节气门执行机构、离合器执行机构、选换挡执行机构），完成发动机、离合器、变速器的综合控制。所依据控制规律是从众多熟练驾驶员实际操作的最佳驾驶方法中提炼而成，包括不同驾驶风格下的起步模式、换挡规律、离合器结合规律等。控制策略则是按照控制规律要求，并考虑执行机构特性而形成的对发动机、离合器、变速器的控制时序和控制方法。电子控制层的性能决定 AMT 的

27、换档品质，是目前 AMT 研究的主要内容。2) AMT 换档过程分析AMT 的换档过程可以图 1.2 表示，下面逐段分析每一个时间段的动作及控制要点。图1.6 AMT换档过程时序图 a.离合器分离阶段t1t2换挡信号开始后迅速分离离合器，所需时间取决于离合器执行器响应时间和动作部件惯性，越短越好。此时发动机负荷突然下降，输出负荷仅需满足发动机自身、空调、发电等要求。如节气门开度大时则转速会迅速升高，出现超速、发动机轰响、噪声突然增大问题，故需及时减小节气门开度，调节转速和扭矩。这个过程中如果减小节气门开始过早，则会出现发动机制动，导致车速下降；过晚则发动机空转上升。因此 ECU 和 TCU 之

28、间要实时通讯，根据发动机动态特性做大量试验来优化确定减小节气门开始时刻。 b.摘空档阶段t2t3此过程完成摘空挡动作。离合器即将完全分离之前，TCU 应发出摘空挡指令，以便抵消执行器的响应滞后时间，使同步器及时移动，将正在啮合的齿轮分离，减少换挡时间，可以提高动力性。难点是 CCU 与 TCU 正确协调执行时序，消除执行器响应时间和惯性的影响。 c.选挂新档阶段t3t4换挡执行器摘空挡后，按照 TCU 指令，同步器顺势挂入新挡或选其它同步器挂入新挡，同步时间受主、被动齿轮之间的转速差和同步器具体结构的影响。转速差大，转动部件惯性力大，则同步时间长。调节发动机的动态特性，优化换挡点、挡位之间的速

29、比和设计结构合理的同步器，能在减小同步时间的同时提高同步器使用寿命。 d.离合器结合阶段t4t5当主、从离合器摩擦片转速差小于预设的转速差时开始结合离合器，由于摩擦作用强制发动机转速和扭矩与汽车相协调，这一阶段是影响换挡品质的主要阶段，换挡冲击主要在这一阶段产生。离合器结合规律取决于所选驾驶模式，考虑了发动机和汽车的瞬时状态，可以兼顾动力性和舒适性。离合器结合过程中对发动机有很高的动力输出配合要求，主要表现在节气门开度与离合器结合行程协调及恢复供油控制方面。恢复供油时刻如果过早则会导致发动机空转上升，主、被动摩擦片转速差会变得更大，当结合速度快时冲击度变大，同时离合器滑摩功增大，离合器寿命减少

30、；恢复供油过晚，则会出现发动机制动作用。由此可见，AMT 车辆换挡过程复杂，必须对发动机、离合器、变速器实施综合控制才能得到良好的换挡性能，AMT 车辆中发动机、离合器和变速器采用电子控制，ECU 和 TCU 之间可以实时通讯，易于根据驾驶风格的不同实现多种驾驶模式，同时可以方便地增加其他动力控制系统。AMT 换挡品质还受运算速度、执行机构响应速度、传动部件惯性等影响，决定了AMT 的技术不仅要在理论上取得突破，更需要大量的实验来进一步完善系统的特性。1.4.2 AMT离合器工作过程分析从上面的分析我们可以看出，在 AMT 的控制过程中，存在两个只有离合器动作的控制环节，就是离合器的分离环节和

31、离合器的结合环节，而且在摘档的过程中，离合器的控制要同摘档过程同步进行，因此，离合器的控制在整个 AMT 的控制中具有重要的地位；同时离合器控制又是 AMT 控制的难点所在，因为节气门位置控制、离合器控制和档位选择控制三套系统对控制规律和执行机构动作规律的要求各不相同：对于节气门位置控制和档位选择控制，只是单一的位置控置，实现节气门在某一位置的停留或者是档位选择机构处于某一特定位置，而离合器控制则不然，根据不同工况的特点、根据不同模式的控制要求，离合器的控制要能实现多种形式的动作规律，比如快慢快的结合策略、滑磨度的控制、出于离合器寿命考虑的控制方法等等。因此，离合器控制在 AMT 的控制策略中

32、既是重点又是难点，AMT 的离合器控制策略也是众多高校和研发机构研究的重要内容，近年来在这方面有大量的研究成果及文献。下面就离合器控制中的几个具体问题进行论述。离合器的工作工况较多，下面以有代表性的起步过程分析，说明离合器的工作过程。图1.7 平地起步过程中的离合器各参数变化示意图 车辆向前起步时(以水平道路为例) ， 离合器接合过程可分为 4 个阶段， 见图 1.3 所示。图中Tm 为换算到变速器输入轴上的阻力矩(不包括加速阻力) ，Tcs为离合器传递的力矩，e 为离合器主动片转速(发动机转速) ，c为离合器从动片转速。第一阶段（t1t2 之前）， 用于消除空行程，无转矩传递，从尽快完成起步

33、考虑，此阶段应快速接合。第二阶段（t2t3 ）， 离合器主、从动片之间产生滑磨， 但离合器传递的转矩尚不能克服最大滚动阻力矩，车辆仍保持静止。从减少滑磨功考虑，此阶段应快速接合。第三阶段，（t3t4 ）离合器主、从动片之间传递的转矩超过最大滚动阻力矩，车辆开始运动。由于此阶段Tcs 的变化会引起冲击，为了实现平稳起步，此阶段应缓慢接合。第四阶段（t4t5），离合器主、从动片开始同步，接合速度对 j、W 已无影响，从尽快完成起步考虑，此阶段应快速接合。21 平地起步只是离合器工作过程中的一个典型状态，在 AMT 控制的过程中，会出现更多的离合器工作状态，要结合具体的情况制定正确的控制策略。1.5

34、 离合器性能试验台对 AMT 离合器控制规律研究的意义本课题中要搭建的离合器性能试验台，目的是要得到离合器的分离行程、滑磨温度、等参数之间的关系。根据上面的分析，我们已经可以得出此试验台对我们 AMT 离合器控制规律研究的意义：通过分析试验台所得的各种曲线，可以在曲线上选择合理的点，可以实现在保证离合器使用寿命的前提之下，使得离合器结合时的冲击度足够的小。当然，离合器的结合过程是一个动态过程，结合压力也在不断变化，我们可以通过相关曲线提供的信息，对于一个特定的离合器结合方式，可以通过仿真计算得出离合器的寿命，再通过台架试验加以验证；或者，根据已有的离合器寿命要求，制定出可行的离合器控制策略。总

35、之，对离合器结合压力、滑磨寿命等一系列参数进行的实验，是改善AMT 控制策略、完善 AMT 控制原理的必备前提。通过实验和 AMT 控制方法的改进，致力于实现汽车动力性、经济性、耐久性以及换挡舒适性的综合平衡，这就是本课题的研究意义。1.6 本章小结本章在回顾汽车自动变速器发展历程和 AMT 发展历程的同时，对 AMT的特点和 AMT 控制中离合器的控制特点作出了分析。由于 AMT 的离合器控制对于 AMT 的性能有着很大的影响，所以对于离合器的性能进行试验，是改进离合器控制的必备条件，也是本课题的意义所在。下图为本文基本框架图：图1.8 本文基本框架图第二章 离合器性能试验台搭建的基本思路及

36、结构分析在进行离合器性能试验台的具体设计之前，要对离合器性能试验台的整体结构进行规划，确定试验台搭建的基本思路。试验台搭建的具体工作是在基本思路的指导下进行的。2.1 离合器性能试验台搭建的基本思路本课题研究的目的是搭建起一个以优化 AMT 离合器控制为目的的实验台，通过上面的分析，离合器性能试验台和相关的实验软件系统要能够完成以下功能： a.在离合器接合分离过程中，对分离行程、扭矩，摩擦片温度等物理量进行实时测量和记录。 b.对实验所得的数据进行分析和处理，得到参数间的相互关系。我们可以得出试验台搭建的基本思路：利用数据采集系统，采集离合器分离接合过程中其各项性能参数；根据理论分析的结果，对

37、实验的数据进行一定的处理；根据对数据的分析结果，优化AMT 离合器的分离接合控制。2.2 离合器性能试验台的结构分析根据上面的功能分析，离合器性能试验台的总体结构包括以下几个方面： 1) 机械部分： 动力提供部分 动力传递部分 加载部分 2) 数据采集部分： 位移传感器 转矩转速传感器 温度传感器2.3 离合器试验台的总体结构离合器试验台由驱动部分，测量部分，加载部分等构成。试验台主机结构简图由图2.1所示，驱动部分选用110KW，额定转矩350N.m的变频调速电机，加载部分由惯量盘和磁粉制动器构成，惯量盘用于模拟汽车的惯性，磁粉制动器用于模拟道路的阻力矩来摸拟不同离合器的使用工况；测量部分由

38、传感器组成，传感器主要由转矩转速传感器，温度传感器，位移传感器等。所设计试验台是能对离合器作热负荷、静摩擦力矩、动摩擦力矩测试的综合性能试验台，所以离合器性能试验台总体布置情况如下图： 图2.1 离合器性能试验台总体布置1电机 2转矩转速传感器 3被试验离合器 4转矩转速传感器 5飞轮 6制动器2.4 工作原理离合器试验台要能测量实现离合器自动控制所需的相关性能参数，并模拟车辆负载和行驶环境，以验证所制定的控制策略。根据试验台功能要求，参照国家汽车行业标准QCT 27-2004 汽车干摩擦式离合器总成台架试验方法,在离合器输出端安装转矩转速传感器，测量离合器传递转矩；在压盘中径上加工孔，安装温

39、度热电偶，测量摩擦片表面温度，热电偶测头与压盘和摩擦片的接触表面基本平齐，热电偶的信号通过集流环输出。2.5 本章小结本章针对离合器性能试验台的功能需求，在对离合器性能试验方案进行分析的基础上，提出了离合器性能试验台的具体方案和总体结构。总体结构的提出，是对离合器机械系统具体指导，下面的内容，就将围绕机械系统的具体开发展开。第三章 离合器性能试验台机械部份设计 引言：机械部分是离合器性能试验台设计功能的主要实现部分，在机械部分中，要能够完成整个系统的支撑等主要任务，本章的内容围绕离合器性能试验台机械部分的设计展开。3.1 电动机的选用3.1.1 电动机的功用本试验台是测试和研究排量为2.0L的

40、轿车上的AMT的离合器综合性能，试验台选用变频调速电机代替汽车发动机，变频调速电机通过变频器的调节，输出不同的转速与转矩矩来模拟汽车在不同工况和路面发动机的输出转矩和转速。排量为 2.0L的发动机功率大致为110KW，最大转速为6000r/min，而在本试验台中，常常模拟转速为1000r/min发动机进行试验，最高转速要求为3000r/min。3.1.2 所选电机的参数综上，选用以下参数的变频调速电机：型号：YVPCG280M1-50-A-E 额定功率：110kw 同步转速：3000 r/min 恒转矩调速范围：200-3000r/min 调速范围：3000-6000r/min 额定转矩:35

41、0N.M最高转速转矩：175N.M3.2 制动器的选用3.2.1 制动器的功用离合器试验台在进行试验的过程中，试验台必须能够提供和模拟轿车在各种路面工况下的各种转速和转矩，而提供不同转矩和转速的电机价格昂贵。制动器的功用就是将电机输出的恒定转矩和转速转化为不同的转矩和转速并将其传给AMT离合器，实现综合性能试验。磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的。其具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系的特点。在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点。是一种多用途、性能优越的自动控制元件。3.2.2 制动器的参数选择磁粉制动器的选型一般

42、以所需传达最大转矩为依据来选定，并同时注意保证实际滑差功率小于磁粉离合器、制动器的允许滑差功率。计算公式如下：由n=9550*P/M得（式中：9550为常数系数） P=nM/9550式中：n为实际滑差转速，取1000r/min； M为额定转矩，取350N.M； P=1000350/9550=36.1KW根据下表得，决定选择滑差率为35和40的磁粉制动器，根据所设计试验台的中心高度（280mm），选择型号为CZ-200的磁粉制动器。CA-200的具体参数如下：额定转矩：2000N.M激磁电流：3A允许滑差功率：35KW冷却方式：双水冷磁粉量: 1800g图3.1磁粉制动器3.3 传感器的选择3.

43、3.1 转矩转速传感器目前，常用的力矩传感器有： a.应变计式，其测量范围为0.5到5000N.m，其特点是测量范围广,使用寿命长,长期稳定性好,精度高,抗干扰能力强。 b.钢弦式，其测量范围为0到60000N.m,其特点是不受环境及电路参数变化的影响，传输导线可长达数百米到数千米，但不适于传速较高的转矩测量。 c.磁电式，其测量范围是0到5MN.m，其特点是非接触测量，能测高速扭矩，也能测静态和低速的扭矩，精度高。结合上述各种传感器的特点，最终选定应变计式就可满足试验台的要求。传统的转矩传感器通常采用电阻应变桥来检测转矩信号，并采用导电滑环来耦合电源输入及应变信号输出，由于导电滑环属于磨擦接

44、触，因此不可避免地存在着磨损和发热，这样不但限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命，同时由于接触不可靠，也不可避免地会引起测量信号的波动及误差的增加。因此，如何在旋转轴上进行能源及信号的可靠耦合已成为转矩传感器最棘手的问题，而JN338数字式转矩转速传感器则巧妙地解决了这个问题。该传感器采用两组特殊环形旋转变压器来实现能源的输入及转矩信号的输出，从而解决了旋转动力传递系统中能源及信号可靠地在旋转部分与静止部分之间的传递问题。该传感器还可同时实现旋转轴转速的测量，从而可方便地计算出轴输出功率，因此，利用该传感器可实现转矩、转速及轴功率的多参数输出。由于所选电机的额定转矩为350n.m，所以在下表

45、中选择规格为500n.m或700n.m的转矩转速传感器。其外形如图：图3.2转速转矩传感器3.3.2 温度传感器温度传感器的作用是测量滑磨过程中离合器摩擦片的温度，测量温度的传感器有多种形式，包括热电偶传感器、热电阻传感器、热敏电阻、PN结型集成温度传感器等等。热电偶传感器在温度测量中应用极为广泛，因为它结构简单，具有较高的准确度，温度测量范围宽，动态响应较好。下图为本试验台选择的热电偶传感器： 图3.3 热电偶传感器 温度传感器的安装方法：将温度传感器的导线通过空心轴穿至法兰盘的末端，然后导线再从离合器飞轮的孔中穿过，再从离合器盖和压盘的铆钉缝隙（缝隙足够大）中穿过，在压盘的中径上加工孔，安

46、装温度热电偶，测量摩擦片表面温度，热电偶测头与压盘和摩擦片的接触表面基本平齐（距离表面约0.5mm），热电偶的信号通过集流环输出，同时为了确保压盘的动平衡，在压盘上相对于温度传感器距中心的对称位置也做适当处理。3.3.3 分离行程传感器离合器的分离行程是实验台要测量的重要参数，分离行程传感器就是要实现对分离行程的准确测量。由于对分离轴承的位移进行直接的测量比较困难，故通过测量分离叉的位移来表征分离轴承的位移。在实际的试验台中，在布置难度上，拉绳位移传感器可以方便的进行布置，在测量的精度方面，拉绳位移传感器实现的是对分离叉位移的直接测量。于以上考虑，在实际的应用中选择了拉绳位移传感器。在拉伸位移

47、传感器的型式选择上，考虑到使用的环境比较恶劣，安装空间较小，要求传感器有可靠的性能和较长的使用寿命，且测量精度要求高。综合考虑，选择了结构原理简单，轮廓尺寸较小米诺位移传感器。下图为试验台选用的拉绳位移传感器：图3.4 米诺拉伸位移传感器下表是此传感器的具体参数：表3.1拉绳位移传感器的安装方法：将拉绳位移传感器的主体部分用螺栓固定在与分离叉末端水平相对应的离合器壳体上，将传感器拉绳的末端用螺钉固定在分离叉的末端，确保绳索的方向与分离叉与被动的方向一致且使绳索紧绷。3.4 集流环的选择 为了将安装在离合器内部的传感器的信号传递出来，所以安装集流环，选择型号：HG60120-6P/12S，其总长

48、度为107.5cm。型号代表意思如下图：图3.5 集流环的型号集流环外形如下图：图3.6 集流环外形图3.5 联轴器的选择3.5.1 联轴器的功用 联轴器是机械中的常用部件，主要用来连接轴与轴，以传递运动与转矩，同时也起到安全传递的作用。 根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持连接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。1）刚性联轴器这类联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30m/s

49、时应用铸钢或锻钢。刚性联轴器对两轴对中性的要求很高，当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。但由于构造简单、成本低、可传递较大转矩，故当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时常采用。2）挠性联轴器挠性联轴器中分为无弹性元件挠性联轴器（也称可移式刚性联轴器）和带弹性元件挠性联轴器，前一类只具有补偿两轴相对位移的能力，后一类由于含有能产生较大弹性变形的元件，故除有补偿性能外还具有缓冲和减震作用，但在传递转矩的能力上，因受弹性元件强度的限制，一般不及无弹性元件联轴器。带弹性元件联轴器中按弹性元件的材料不同，又可分为金属弹性元件联轴器和非金属弹性元件联轴器

50、。金属弹性元件的主要特点是强度高、传递转矩能力大、使用寿命长、不易变质且性能稳定。非金属弹性元件联轴器的优点是制造方便、易获得各种结构形状，且具有较高的阻尼性能。3.5.2 联轴器的选择根据所设计试验台轴的工作状况，相结合的两轴对心性较低，且轴高速转动震动较强、冲击较强，故选择有弹性元件的挠性联轴器。具体为市面上广泛应用的CF-H橡胶树脂型联轴器。由具有橡胶弹性的聚酯树脂做联轴器传动，具有良好的对中性，而且震动和冲击的吸收性能强，实现了天然橡胶所不具有的耐热性、耐寒性、耐油性。另外，仅需向轴向移动，便可实现轴的结合和分离，易于维护。要安装在轴上时，可用独自设计的夹紧机构与花键轴连接，利用Cen

51、taLock机构用夹紧衬套进行连接时，衬套和花键轴被完全固定住，不产生摩擦磨损。由于电机的额定转矩为350N.M，所以选择CF-H-030或CF-H-040。而为了保证其安全可靠性，由于CF-H-040所能承受的扭矩为600N.M，所以选择CF-H-040。其具体参数见下表：表3.2联轴器参数的选择其外形图：图3.7 联轴器外形图3.6 轴的设计3.6.1 空心轴的设计1）空心轴材料由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢，所以空心轴材料为45钢。2）空心轴内径为了使离合器上的传感

52、器的导线与集流环连接，且不影响轴的转动，所以轴设计为中空轴，将导线通过中空轴伸到离合器所测部位，并随着轴转动。由扭转强度公式：22 式中其中：D为空心轴外径； d为空心轴内径；由于空心轴的材料为45钢，所以取60。而所选电机的额定转矩为350n.m，所以Tmax=350n.m。而根据所选的集流环，其信号数据线束直径不超过7mm，所以空心轴内径d=15mm。 所以计算出空心轴的外径为52mm，为了便于加工，轴径取55mm。3）空心轴结构设计空心轴的装配方案是：联轴器，集流环，轴承，螺母，法兰盘。而为了对轴承的考虑到安装和定位问题，所以设计其结构简图如下：图3.8空心轴其中轴的直径从左到右依次为5

53、5mm，60mm，65mm，60mm，55mm。第二段和第三段轴留有凹槽用于安装卡环以定位空心轴轴承的内圈，第四段轴上加工螺纹用来安装螺母，以固定右边的轴承座端盖，其长度不宜过长，否则不好加工，所以设计为33mm。结合强度和空间问题，再由经验设计第三段轴的长度为185mm，考虑到集流环的长度为107.5mm，设计第二段轴长度为150mm。4）键的选择和校核：a键的选择： 键是一种标准零件，键连接主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。空心轴的一端设计为与联轴器连接，故选择普通圆头平键连接。空心轴的键连接处的轴径为d=55mm，查机械设计23 初选择键宽b键高h=1610。由于轴

54、的长度为65mm，所以选择键的长度L=55mm。b键的校核：普通平键连接的强度条件为：23式中：T传递的转矩，取350n.m； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h=0.510=5mm； l键的工作长度，mm，圆头键l=L-b=55-16=39mm； d轴的直径，取55mm； p键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，查机械设计23，取90。将以上数据代入公式：pa90Mpa所选择的键符合强度要求。 3.6.2传动轴的设计1）传动轴的材料 选取45钢，理由同上空心轴。2）最小轴径的计算根据公式：23 式中： P为轴传递的公率，单位：KW N为轴的转速，单位:r/minA0值的选取由

55、下表：表3.3轴的材料Q235-A、20Q275、35(1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13T/MPa1525203525453555A014912613511212610311297A0的选择原则：在下述情况时，T取较大值，A0取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只做单向旋转；反之，T取较小值，A0取较大值。根据以上选择原则，由于传动轴所受弯矩较小，所以T取较大值，A0取较小值，而轴的材料我们选择45，所以A0=103，而由替换公式：，式中T=350N.Md=42mm从而算出d的最小值为42

56、mm，取45mm。图3.9传动轴 如图3.9传动轴的两端分别开有键槽与联轴器相连接，根据所选联轴器的尺寸两端轴取65mm，中间一段则通过轴承套在轴承座上，设计为205mm，轴承分别安装在两端，第二段轴上加工有螺纹，用于安装挡圈，定位轴承的内圈。第三段轴与第四段轴之间加工有凹槽，用于安装卡环，定位另一轴承的内圈。第二段轴长21mm，第四段长18mm，凹槽宽2mm。3）键的选择和校合a键的选择：与空心轴相似，此轴设计键也是与联轴器相连接，故也选择普通圆头平键连接。键连接一侧的轴径为d=45mm，查书机械设计选择键宽b键高h=149。由于轴的长度为65mm，所以选择键的长度L=56mm。b键的校核：

57、普通平键连接的强度条件为：23式中：T传递的转矩，取350n.m； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h=0.59=4.5mm； l键的工作长度，mm，圆头键l=L-b=56-14=42mm； d轴的直径，取45mm； p键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，查书机械设计 ，取90。将数据代入上式： 综上所述，所选择的键符合强度要求。3.6.3 惯性飞轮轴设计1）飞轮轴的材料 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢，所以空心轴材料为45钢。2） 飞轮轴内径 由上文传

58、动轴设计计算得，飞轮轴最小内径取45mm。3）飞轮轴结构设计 飞轮轴的装配方案是：联轴器、飞轮轴支架轴承分别从轴的左右两端安装，飞轮安装在飞轮轴的中间，由于试验台转速转矩较大，且飞轮质量大，产生的飞轮惯性极大，二者 之间仅靠普通平键难以满足要求，因而在飞轮轴中间设计一直径较大的盘，盘上边缘开若干螺栓孔，将飞轮套在飞轮轴上与盘接触，然后用螺栓固定。而为了对轴承的考虑到安装和定位问题，所以设计其结构简图如下：图3.10飞轮轴其中轴的直径从左到右依次为45cm，50cm，60cm，90cm，60mm，50cm，45mm。第一段和第七段轴上开有键槽，用于与联轴器的连接。第四段轴上外缘开有螺栓孔，用于与

59、飞轮的固定。第二段和第六段轴通过深沟球轴承则与飞轮支架上方的轴承座结合。结合强度和空间问题，再由经验设计第三段轴的长度为541cm，考虑到第一段轴从轴承座来后与联轴器相连接，联轴器与轴承座之间留有一定距离。故此段轴设计较长，为159mm。第二段和第六段轴直接与轴承座里的轴承配合，长度设计为30mm。4）键的选择和校合a键的选择： 跟空心轴相似，此轴设计键也是与联轴器相连接，故也选择普通圆头平键连接。键连接一侧的轴径为d=45mm，查书机械设计选择键宽b键高h=149。由于轴的长度为65mm，所以选择键的长度L=56mm。b.键的校核：普通平键连接的强度条件为：23式中：T传递的转矩，取350n

60、.m； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h=0.59=4.5mm； l键的工作长度，mm，圆头键l=L-b=56-14=42mm； d轴的直径，取45mm； p键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，查书机械设计 ，取90。将数据代入上式： 综上所述，所选择的键符合强度要求。3.7 轴承的选择滚动轴承的正常失效形式是内外圈滚道或滚动体上的点蚀破坏，而轴承的选择是以轴承不发生点蚀前的转数或工作小时数作为轴承的寿命，即轴承的基本额定寿命来选择的。轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，引起的接触应力也就越大，因而在发生点蚀破坏前所能经受的应力变化次数就越少，亦即轴承寿命越短。综

61、上，选择轴承，主要决定于其所承受的额定动载荷。 额定动载荷计算公式如下：23 根据所设计轴的外径和计算动载荷，通过查阅机械设计手册，得到所需要的轴承型号。3.7.1 空心轴轴承的选择为了保证空心轴的平衡，所以选择一对轴承来保证轴的上下窜动，也可以更加保证其支撑强度。由于轴只承受扭矩，所以深沟球轴承能够满足要求。根据额定动载荷计算公式：式中：P为轴承所受的动载荷，即平均使用载荷为40kg； 为轴承的指数，对于深沟球轴承选择3； N为轴承的转速，试验台平均使用转速2000r/min； Lh为轴承的预期寿命，预期10年，即1036524h；=5.7计算得C=5.7.通过查机械设计手册，根据轴径为65

62、mm，选择型号为61913的深沟球轴承。其基本参数为D=90mm，d=65mm，B=13mm。3.7.2 传动轴轴承的选择为了保证传动轴的平衡，所以选择一对轴承来保证轴的上下窜动，也可以更加保证其支撑强度。由于轴只承受扭矩，所以深沟球轴承能够满足要求。根据额定动载荷计算公式：式中：P为轴承所受的动载荷，即平均使用载荷为40kg； 为轴承的指数，对于深沟球轴承选择3； N为轴承的转速，试验台平均使用转速2000r/min； Lh为轴承的预期寿命，预期10年，即1036524h； 计算得C=5.7.通过查机械设计手册，根据轴径为55mm，选择型号为61911的深沟球轴承。其基本参数为D=80mm，d=55mm，B=13mm。3.7.3 飞轮轴轴承的选择额定动载荷计算公式如下：