本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計項目結(jié)題報告

1、編號： 長沙理工大學(xué)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗計劃項目結(jié)題報告書項目名稱： 本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計 項 目 類 別： 學(xué)生自主創(chuàng)新性實驗項目 教師指導(dǎo)選題創(chuàng)新性實驗項目學(xué)院名稱： 汽車與機械工程學(xué)院 （蓋章） 項目組負(fù)責(zé)人： （簽名）導(dǎo)師姓名： （簽名）學(xué)院負(fù)責(zé)人： （簽名）填表日期： 2016年1月15日 教務(wù)處制二一六 年 一 月大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗項目計劃結(jié)題申請評審須知 一、凡經(jīng)立項的項目都必須結(jié)題。項目研究工作完成后，項目負(fù)責(zé)人須從網(wǎng)上下載并填寫長沙理工大學(xué)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗計劃項目結(jié)題報告書，經(jīng)所在單位簽署意見后，國家級項目報教務(wù)處實驗室建設(shè)與管理科，校級項目

2、交于各學(xué)院教務(wù)辦，由各學(xué)院教務(wù)辦管理校級項目的結(jié)題材料。二、申請結(jié)題時，項目負(fù)責(zé)人須提供以下材料： 1、長沙理工大學(xué)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗項目計劃結(jié)題報告書一式三份及電子文檔； 2、項目研究成果主件（含項目研究報告、公開發(fā)表的論文、專著、軟件、其他等）； 3、必要的附件（驗證項目成果及成果推廣效果、效益的資料）；4、 項目申請書、開題報告、中期報告復(fù)印件；5、 以上24項以支撐材料的形式裝訂成冊，一式三份。6、 本結(jié)題報告書適用于國家級立項項目和校級立項項目。 一、研究人員及成果情況（以下項目主持人填寫）項目名稱本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計項目編號立項時間2015年4月1日完成時間2016年

3、1月15日結(jié)題方式項目組成員姓名學(xué)號所在學(xué)院及專業(yè)項目中的分工簽 名林馳201221030524汽車與機械工程學(xué)院機械設(shè)計及其自動化專業(yè)組長游皇波201272030329汽車與機械工程學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)組員李泳德201369030332汽車與機械工程學(xué)院車輛工程專業(yè)組員蔣孝文201369030219汽車與機械工程學(xué)院車輛工程專業(yè)組員劉濤201248030221汽車與機械工程學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)組員提交的成果主件、附件目錄1本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計實驗項目計劃結(jié)題報告書；2本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計項目研究成果報告；3.本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計項目計劃書；4.本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計申請表

4、與開題報告；5.本田節(jié)能汽車離合器的設(shè)計中期報告；二、研究成果簡介項目研究的目的與意義：本田節(jié)能大賽是一項以注重能源，創(chuàng)造節(jié)約型社會為主體的活動，希望所有參賽者能夠共享這種對地球環(huán)境保護的挑戰(zhàn)精神。1981年，Honda在日本舉行了首屆節(jié)能競技大賽，至今已有30屆的歷史。中國也于2007年引入該比賽，在大賽中，選手們最大程度地有效利用能源，開拓思路，為創(chuàng)造全新的節(jié)能低碳生活，爭相展示他們的智慧與信念。該項目正是在遵循本田的節(jié)能目的的基礎(chǔ)上，通過在離合器的設(shè)計上實現(xiàn)節(jié)能車在行駛過程中可以實現(xiàn)無動力滑行，以及在符合大賽官方要求的速度要求上，當(dāng)速度過慢時，又可通過離合器的結(jié)合實現(xiàn)動力傳輸，保證車子在

5、比賽中的性能要求。所以，對于我們設(shè)計的車子的理念來說，離合器的設(shè)計好壞對于比賽來說很重要，同時也可以通過我們對于離合器的理解與設(shè)計，對一些傳統(tǒng)離合器進行改善改變，盡量去做到節(jié)能和簡單適用。研究主要內(nèi)容：開始的方向是在節(jié)能車上使用滾柱式單向離合器，該離合器結(jié)構(gòu)分為內(nèi)行星輪和外行星輪，工作表面在經(jīng)過研究阿基米德螺旋線、對數(shù)螺旋線、和中心輪移動的圓這三種曲線后，決定采用中心輪移動的曲面導(dǎo)向筒，這種導(dǎo)向筒的加工最為方便，工藝方面可以采用冷擠成型，效率高，曲線精度高安裝方便，使用可靠。 材料選擇方面，原定用45鋼，后研究發(fā)現(xiàn)，選擇既有很高硬度要求又耐足夠沖擊強度的材料，可提高機械強度和耐磨性。滾柱應(yīng)選擇

6、GG-15,經(jīng)過熱處理表面硬度達到HRC5963。與滾柱相接觸的內(nèi)圈和外圈，即單向離合器的齒輪和導(dǎo)向筒的材料，采用含碳量較低的合金鋼 20GMb，表面滲碳處理硬度達HRC5963 。因此相比之下，采用這兩種材料組合比較好。楔角的大小的設(shè)計對單向離合器正常工作具有重大影響。因為楔角設(shè)計過大（如a>8°）時，在楔緊過程中，滾柱就不能可靠的楔緊，滾柱與內(nèi)外圈接觸面之間產(chǎn)生的嚴(yán)重的滑動摩擦，使單向離合器不能工作，而且容易損壞。當(dāng)楔角設(shè)計過?。ㄈ鏰<3°）時，在分離過程中，滾柱就不能自動分離，而且在楔緊狀態(tài)下，由于滾柱與內(nèi)外圈之間的法向壓力過大，是接觸應(yīng)力過高。將滾柱或內(nèi)

7、外圈壓壞。因此現(xiàn)在所設(shè)計的單向離合器的楔角在4°6°。具體到某一個單向離合器的楔角是根據(jù)單向器所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小來確定滾柱、導(dǎo)向筒和齒輪結(jié)合古的大小。一般滾柱大楔角小、滾柱小楔角大。經(jīng)過研究，滾柱式單向離合器有以下幾種，滾柱為8，楔角為4°左右；滾柱為7，楔角為5°左右；滾柱為6，楔角為6°左右。我們在經(jīng)過研究后初定采用滾柱為7，楔角為5°的離合器。使用過程中，由于滾柱的磨損和內(nèi)外圈的變形，在全載荷時，楔角a將有少許增大。由于儲備間隙的設(shè)計對單向離合器很有影響，儲備間隙一般2mm3mm。應(yīng)根據(jù)其傳遞轉(zhuǎn)矩的大小來決定，傳遞轉(zhuǎn)矩大的儲備間隙

8、稍大些，傳遞轉(zhuǎn)矩小的，儲備間隙稍小。開始時，我們的儲備間隙設(shè)計太小，經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)單向離合器的滾柱及內(nèi)外圈因使用磨損而容易失效。設(shè)計太大又不符合結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計要求。因此要再進行儲備間隙研究，以單向離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的最佳工作狀態(tài)和使用壽命來決定儲備間隙。以上是在開始方向上的收獲，但是想法總是好的，在實際中由于本身對于設(shè)計與實際運用缺乏一些經(jīng)驗，導(dǎo)致后面發(fā)現(xiàn)該離合器不適用與節(jié)能汽車上，同時也是時間以及組內(nèi)成員后期的信心不足，所以導(dǎo)致在該方向上不得不放棄，重新尋找另一種簡單實用的離合器。經(jīng)過與上一屆學(xué)長的交流，同時向指導(dǎo)老師反映情況后，一致做出決定，在上一屆的基礎(chǔ)上設(shè)計離合器，及還是從最簡單的方向入手

9、，為比賽著想，同時也有對上一屆經(jīng)驗的繼承。所以針對上一屆在于離合器咬合較差導(dǎo)致能量浪費以及車子顛簸，同時針對他們在于離合器安裝過程出現(xiàn)的種種問題，我們努力改善該套方案。重要觀點以及相應(yīng)的對策建議：原計劃是做出滾動離合器，但是后期車隊的總體分析以及車隊內(nèi)部意見和指導(dǎo)教師的建議我們在單向滾柱式離合器的研究上止步于此。首先是在后期我們參觀相關(guān)實際的成品后發(fā)現(xiàn)該離合器不適用于我們的節(jié)能車上面，還有就是相關(guān)技術(shù)方面對于我們來說還是有些難以突破的難度，不僅在于離合器的安裝還有后期的加工和調(diào)整，都存在相當(dāng)大的難度，而比賽日期也不允許我們對于滾柱式離合器的深入研究，所以在此考慮上，我們決定采用普通離合器，基于

10、上屆的基礎(chǔ)上稍作改進，使離合器更加適合節(jié)能車，更加節(jié)能和實用。這是我們在中期發(fā)現(xiàn)后所做的調(diào)整。經(jīng)過前邊日子，我們也吸取教訓(xùn)同時獲得一些經(jīng)驗。發(fā)現(xiàn)很多想法雖然很創(chuàng)新，但是從實際出發(fā)，由于技術(shù)上的不成熟以及一些時間限制，很多很好的想法在一些角度是無法實現(xiàn)。所以，從實際出發(fā)得去實踐才有真正的收獲。同時，作為開始的想法觀點，我們也得到一些了解，以后在比賽完后也可以繼續(xù)往這個角度去研究，爭取在這個方向有所收獲。此次項目是基于節(jié)能車的比賽，所以相對來說也是一個限制。所以，車子的比賽為中心，所以要考慮大局改變方向。研究的成果與收獲： 我們?nèi)M成員經(jīng)過一段時間的努力，在滾柱式單向離合器課題的研究上去的了一些成

11、就，但是基于技術(shù)和指導(dǎo)老師和車隊商討決定后，對于滾柱式離合器的研究我就先止步于此，但是基于車隊的研究進度，改變方案，研究逐步推進，完成離合器的制作同時安裝在車子上，經(jīng)過多次試車和車手的感受，我們調(diào)整了幾次離合器的設(shè)計，做了幾次小改動不斷完善同時與車子的電機等配合安裝成功，并在10月份末的比賽取得進步的成績。 以下是我們在研究過程的研究成果以及相應(yīng)的研究設(shè)計過程：(1)完成對上一屆車體的圖紙分析，查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，了解國內(nèi)外相關(guān)研究狀況，并初步完成本屆賽車的機械結(jié)構(gòu)圖紙設(shè)計；(2)完成本賽車的機械部分裝配圖，并對整體進行ANYSYS受力分析和UG，CAD優(yōu)化工作，并且對整車進行人車模擬；(3)

12、完成整車車架的1：1模型，畫好了離合器的圖紙和進行相應(yīng)的分析未完成的內(nèi)容； （4）中間發(fā)現(xiàn)離合器與車子的配合存在很大問題，比賽時間接近，與指導(dǎo)老師商量后改變方案，重新設(shè)計離合器比起為離合器重新設(shè)計電機架和車架更為實際，所以重新畫離合器圖并進行分析，由于之前對前面車子的分析和總結(jié)，采取的是上一屆的離合器方案但是有在一些不足處做出改善； （5）圖紙經(jīng)過訓(xùn)練中心老師看后做了一些改善，然后把圖紙交給老師加工，加工后第一次安裝上去，發(fā)現(xiàn)在車子的行走過程中有些結(jié)合效果很差，經(jīng)過多次試車后發(fā)現(xiàn)了問題，是由于離合器與電機架的間距有問題，所以重新設(shè)計離合器，好調(diào)整間距，來回還是加工了3次才弄出一個最好的； （6

13、）離合器加工完成同時試車也比較順利，雖然后面再電機方面還是存在問題，但是基本上在車子離合方面還是比較完善，對于車手的試車體驗來說，也對于新一套的離合器方案表示滿意； （7）電機方案確定后，車子機械各方面也準(zhǔn)備就緒，接下來就是給車手熟悉車子，在學(xué)校車子的滑行還是比較好，車子速度控制也比較穩(wěn)定，就是外殼的重量過大，但是比賽日期已經(jīng)接近； （8）車子試車沒問題，在10月份24號到25號在廣州成功參加比賽并取得16名的成績，比起上一屆在里程和控制上都有所進步。項目研究過程中反映的一些問題和總結(jié)：因為中期的計劃調(diào)整，離合器決定不采用滾柱式單向離合器，所以對于離合器部分參數(shù)沒有得到最終確認(rèn)，也沒有對其離合

14、器的設(shè)計與節(jié)能實用進行實驗檢測，和收集數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化改進。相對于最初的計劃，我們未能完成一部分的任務(wù)，沒能完成這項任務(wù)的原因是多方面的：（1）我們?nèi)M成員將大部分的時間精力投注于學(xué)習(xí)之中，用于課題研究的時間相對來說較少，后期的課題研究中，我們將會合理的安排自己的時間，在做到不耽誤學(xué)習(xí)的前提下按計劃完成研究任務(wù)；（2）在于之前對于單向滾柱式離合器的資料搜尋還有研究花費相當(dāng)一部分時間，還有基于完成這個項目是車隊的一部分，而我們成員有限，必須調(diào)配出一些時間在于車隊的電控方面的研究；（3）我們要將離合器進行實際檢測，需要將離合器制造出來，并且在車架已經(jīng)焊接完成的情況下才能進行實際檢測，然而由

15、于經(jīng)費緊張和學(xué)校加工設(shè)備的不合要求而沒能將車架焊接完成。實際檢測的延誤相應(yīng)的帶來一系列的后果是，實際檢測數(shù)據(jù)的收集分析以及優(yōu)化設(shè)計。 雖然在開始的方案上出現(xiàn)大問題，但是也有所收獲，同時在改變方案后，大家也意見一致同時不會因此失去信心，堅持第二個方案下去最后還是取得比較滿意的成績，有了這一次的經(jīng)驗我們也會再接再厲爭取在第一個方案繼續(xù)研究同時爭取下一屆的車子更加完善爭取更好的成績。三、項目研究總結(jié)報告預(yù)定計劃執(zhí)行和項目研究和實施情況：由于該項目是基于節(jié)能車的比賽，所以創(chuàng)新的重點在于節(jié)能和簡便，同時設(shè)計的重點必須以車子為中心，與車子的其他機械部位配合好。（1）.按計劃開始對上一屆車子的整車的了解和深

16、入研究，通過該車子理解節(jié)能車在設(shè)計上的基本走向而不是毫無目的的創(chuàng)新，而離合器正是經(jīng)過對車子分析后以及與學(xué)長的交流覺得上一屆離合器存在大問題；（2）.根據(jù)意見和小組的想法決定采用滾柱式單向離合器，于是大家有方向的收集資料分析；（3）.收集資料分析后進行畫圖設(shè)計，并進行車子整體安裝設(shè)計和分析；（4）.經(jīng)過把資料給老師看后，發(fā)現(xiàn)該方案很多地方存在問題，而比賽時間不允許繼續(xù)研究下去，而且發(fā)現(xiàn)以我們現(xiàn)在的技術(shù)水準(zhǔn)無法很好的加工與安裝，而且沒經(jīng)過試車還不一定可以成功使用，所以只好改變方案，在指導(dǎo)老師的建議下我們決定在上一屆的基礎(chǔ)上發(fā)展第二套方案；（5）.在重新制定方向,大家著手收集資料,同時咨詢上一屆比賽

17、的一些問題，做出相應(yīng)的改進，雖然缺少第一個方案的創(chuàng)新。但是在與上一屆的比較中，重新設(shè)計的離合器相對容易安裝而且在離合器的牙合和分離上面來說顯得比較成熟；（6）.畫好設(shè)計圖后進行相應(yīng)的分析后，與車子進行模擬整合沒問題后我們便進行加工，由于該方案相對技術(shù)難度較低，加工也就比較順利；（7）.加工出成品后，我們便進行安裝，安裝中出現(xiàn)不少小問題，在比較和詢問指導(dǎo)老師后逐一解決；（8）.基本上準(zhǔn)備就緒后，便是車手試車，在離合器的使用中還是比較順利，滑行距離也有所增加；（9）.車子試車完畢后，在10月份24號到25號成功參加比賽并取得比較理想的成績。研究工作中的收獲和成績：（1）.該項目基于節(jié)能車比賽，目的

18、在于節(jié)能，在開始通過很多資料收集了解滾動單向離合器的節(jié)能之處以及其優(yōu)勢，作為在該項比賽這是一個不錯的創(chuàng)新點，雖然最后還是沒能實現(xiàn)對其運用，但是對于我們學(xué)生來說無疑增加了一些新的知識，對于以后的工作或者其他比賽來說可能有所用途；（2）.經(jīng)過第一個方案的失敗，我們也反省和思考了很長時間，了解了很多想法是很好的，但是只有實際應(yīng)用才知道它是否合理，還有就是在專業(yè)知識還是相對匱乏的情況下我們還是需要加大力度培養(yǎng)基礎(chǔ)才能在大問題方向有所突破；（3）.由于第二個方案是在上一屆的基礎(chǔ)上進行改善的，也是這個轉(zhuǎn)變讓我們開始認(rèn)識到在一項比賽上如何去取得好的成績和一些突破性的進步，有一個重要的問題是去繼承，即做好一些傳承，這樣才能不斷積累，而不是每一次開始都是零的起步；（4）.第二個方案相對來說比較順利，同時在上一屆安裝上出現(xiàn)的問題我們也逐一解決了，并且在比賽中取得16名的比較理想的成績。研究工作中的困難和問題以及建議：開始階段各組員投入時間和效率無法成正比，應(yīng)分配好個組員的任務(wù)，充分利用課余時間，挖掘資料收集途徑，通過到圖書館查閱和收集資料，請教專業(yè)老師等獲得有效建議，從而提高團隊效益，學(xué)生也能從中獲得知識和得到鍛煉。有