電動(dòng)飛行汽車畢業(yè)論文

1、河南理工本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，私家車越來越多的涌入普通家庭，但是交通阻塞擁擠日漸突出，在我國尤為凸顯，特別是不可持續(xù)發(fā)展能源過度利用，給環(huán)境帶來了很大的危害。面對(duì)這樣的問題，本設(shè)計(jì)主要是根據(jù)目前電動(dòng)汽車與直升飛機(jī)的螺旋飛行的技術(shù)，而采用的一種組合結(jié)構(gòu)，并采用新型的環(huán)保能源蓄電池供電來研究，也就是電動(dòng)飛行器，本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是電動(dòng)飛行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的概述、傳動(dòng)方案選擇、傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵詞：電動(dòng)飛行器; 傳動(dòng)系; 參數(shù)匹配ABSTRACTAlong with the social development, the private car more and

2、more flows out into common family, but the traffic jam hustles gradually outstanding, at our country in order to highlight, especially can not keep on to develop energy excesssive make use of, brought environment very great harm.Face a problem like this, this design speaking of putting together dyna

3、moelectric car and helicopter knot, is also a dynamoelectric aircraft, the main task of this design is the design of propeller, includes propping up of propeller organization, spread motive to reach, design and total pit in the school of Han way.Key words：Dynamoelectric aircraft；Propeller；Spread；Pro

4、p up1新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第1章 緒論1.1 選題依據(jù)及研究意義 21世紀(jì)，在黨的正確領(lǐng)導(dǎo)下制定了中國未來發(fā)展的藍(lán)圖，中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。在國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境不穩(wěn)定、不確定因素較多的情況下，中國經(jīng)濟(jì)依然保持穩(wěn)定快速的發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)的重心已明顯的向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，而中國作為亞洲經(jīng)濟(jì)的大國儼然成為引領(lǐng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的火車頭。國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)人民生活水平的提高，隨著人民收入的提高，追求健康的品質(zhì)生活也愈演愈烈，近年來的旅游業(yè)的發(fā)展就是最好的體現(xiàn)；國家實(shí)行的大小節(jié)假日，實(shí)際上就是為了發(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)，而一個(gè)國家旅游行業(yè)的發(fā)展成為拉動(dòng)國家內(nèi)需的主要產(chǎn)業(yè)之一。國家旅游產(chǎn)業(yè)的興旺發(fā)展，不

5、僅帶來了國內(nèi)游客的增加，而且也吸引了許多國外游客的中國之旅，然而光鮮的背后總存在著的許多問題，在高峰期各大旅游勝地相當(dāng)擁堵。導(dǎo)致事故增加，嚴(yán)重影響游客心情。因而大力發(fā)展的近郊旅游也逐漸引起了人民的重視。由于我國目前積極實(shí)行城鄉(xiāng)一體化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是由城市帶動(dòng)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的快速增長帶來家庭轎車的大幅度增加，盡管國家道路交通也在大力發(fā)展，但是仍就滿足不了日益嚴(yán)重的交通擁擠與堵塞問題，尤其是高峰期特別是大小節(jié)假日的擁擠與堵塞，對(duì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。1.2 問題提出與初步解決近郊旅游以及短距離的一日工作圈的現(xiàn)實(shí)狀況，人們采用的主要交通工具是小轎車，但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)前的轎

6、車已經(jīng)凸顯出許多問題。面對(duì)顯現(xiàn)的問題，提出了初步的解決。1.2.1 凸顯問題 （1）污染問題相當(dāng)嚴(yán)重，汽車尾氣排除的一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等有毒氣體嚴(yán)重威脅著人們的健康。二氧化碳的過量排放帶來了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)帶來全球表面變熱，海平面的上升給沿海國家?guī)砹藝?yán)重的威脅。同時(shí)大量的汽車帶來的噪聲污染也相當(dāng)嚴(yán)重，給人們帶來了許多心理上的壓力和精神上的疾病。嚴(yán)重?fù)p害了社會(huì)的健康發(fā)展。 （2）現(xiàn)階段95%以上的汽車燃燒的是汽油，隨著汽車數(shù)量的不斷增加，石油的開采也相當(dāng)厲害，能源的浪費(fèi)與短缺為未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展埋下了禍根。同時(shí)這種資源的利用率相對(duì)于電能來說也普遍的較低。而且國際油價(jià)價(jià)格波動(dòng)對(duì)能源生產(chǎn)國和消

7、費(fèi)國都造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。由于從短期看面臨許多不確定因素，長期看石油供需矛盾存在，中東北非局勢(shì)不定，能源的短缺嚴(yán)重違背了可持續(xù)發(fā)展這一戰(zhàn)略目標(biāo)。1.2.2 初步解決對(duì)于空間立體，存在地上、立交、高空，面對(duì)交通阻塞問題，我們選擇空間立體的中間低空，發(fā)展空中走廊，面對(duì)能源的浪費(fèi)和短缺我們采用效率高的電能，蓄電池這一領(lǐng)域在世界上也已基本成熟，單位容量的電能也是相當(dāng)?shù)目捎^。綜上考慮，將電動(dòng)汽車與直升飛機(jī)結(jié)合起來提出了電動(dòng)飛行器這一概念。該題目的優(yōu)點(diǎn)在于可持續(xù)性發(fā)展，蓄電池作為能量的來源污染較少，人既可以在路上行駛也可以在低空飛行，無實(shí)物阻礙，行程短，工作效率高，能源利用率也高。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀新型近距

8、離交通工具的開發(fā)和研究，國內(nèi)國外都有很多的形式，但都不是太近如人意。1.3.1 國外現(xiàn)狀國外對(duì)電動(dòng)飛行汽車有很多研究，但大都不盡如人意。美國專利號(hào)為#2,573,2711951的設(shè)計(jì)由Adolph R.Perl提出，他設(shè)計(jì)了名為 Roadable aircraft 的汽車飛機(jī)，但是沒有制造出實(shí)物。而且國外飛行器的特點(diǎn)是能夠飛行但是能源主要是汽油。1.3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)基本沒有涉及汽車飛機(jī)的資料，通過查閱，發(fā)現(xiàn)南京航空航天大學(xué)一篇 2007 屆本科生畢業(yè)論文對(duì)汽車飛機(jī)模型做了部分探究，但是常規(guī)的布局讓其看起來更像是一架飛機(jī)，而且主翼沒有設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。然而國內(nèi)的電動(dòng)汽車已初步成熟，特點(diǎn)是利用蓄電

9、池作為電能輸出，但是不能飛行。1.4 技術(shù)支撐電動(dòng)汽車加上直升機(jī)螺旋槳對(duì)電動(dòng)飛行器的整體設(shè)計(jì)提供了可能。由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。電動(dòng)汽車在中國已初步成型。領(lǐng)域的發(fā)展為電動(dòng)飛行器電能的輸入提供了可靠依據(jù)。電能能源的問題解決在于單位容量的儲(chǔ)能問題。直升機(jī)在世界上得到了廣發(fā)的發(fā)展和研究，螺旋槳的技術(shù)也相當(dāng)成熟，為電動(dòng)汽車安裝螺旋槳也成為了可能，為此電動(dòng)飛行器在理論上是可以完成設(shè)計(jì)的。1.5 市場前景從能源與環(huán)保的角度來說，電動(dòng)飛行器已被世界汽車業(yè)公以為“未來汽車”。但從目前的技術(shù)發(fā)展水平來看，按現(xiàn)有技術(shù)正好可采用蓄電池作能源，即用電動(dòng)機(jī)來直接驅(qū)動(dòng)飛行。而此電動(dòng)飛行器的設(shè)計(jì)主要是

10、針對(duì)中高層收入家庭，發(fā)展方向也主要集中在中高層階段，由于考慮到能耗問題以及技術(shù)的問題其價(jià)格在100萬左右。 第2章 電動(dòng)飛行器的初步設(shè)計(jì)2.1 電動(dòng)飛行器的總體設(shè)想電動(dòng)飛行器主要是在電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上去掉發(fā)動(dòng)機(jī)改由電動(dòng)機(jī)并加裝螺旋槳。設(shè)計(jì)思路的來源于一款正在研究的法拉利飛行跑車如圖2-1所示。這種飛行汽車是在價(jià)值大約20萬英磅的法拉利599GTB跑車設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，車身上裝有8個(gè)“風(fēng)扇”。在地面上行駛時(shí)，這些風(fēng)扇為汽車提供穩(wěn)定但并不是太強(qiáng)的推動(dòng)力。一旦升入空中，汽車就變得好象直升飛機(jī)一樣，可以俯沖，可以向前，還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)改變方向。目前這款汽車還處于初期的設(shè)計(jì)階段，但實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)證實(shí)了

11、法拉利這種奇妙的想法是確實(shí)可行的。如圖2-1 法拉利電動(dòng)飛行器模型2.2 電動(dòng)飛行器的工作原理電動(dòng)飛行器的螺旋槳是由8個(gè)獨(dú)立的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。盡管是8個(gè)驅(qū)動(dòng)，但因?yàn)轱w行器具有六個(gè)坐標(biāo)輸出，所以仍然是欠驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力不穩(wěn)定的系統(tǒng)。沿著任意給定方向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，飛行器如果沒有給予足夠多的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。而且前罩4個(gè)與后罩4個(gè)螺旋槳形成互補(bǔ)關(guān)系，那么該飛行器就是欠驅(qū)動(dòng)的，因此為了實(shí)現(xiàn)全部的運(yùn)動(dòng)控制目標(biāo)。必然存在旋轉(zhuǎn)力矩與平移系統(tǒng)的耦合。如圖2-2所示，給出前后車罩各四個(gè)螺旋槳工作時(shí)的示意圖，可以看出每兩組螺旋槳以相反的方向旋轉(zhuǎn)，通過改變螺旋槳速度，就可以改變升力并產(chǎn)生各種動(dòng)作。同時(shí)增加或者減小四個(gè)螺旋槳的速度可以產(chǎn)

12、生垂直運(yùn)動(dòng)。相反的改變相對(duì)的螺旋槳的速度可以產(chǎn)生滾動(dòng)以及相應(yīng)的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。同理，俯仰運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)的側(cè)向運(yùn)動(dòng)來自于另外的相對(duì)的螺旋槳速度的相反改變，偏航運(yùn)動(dòng)則更加復(fù)雜，因?yàn)樗鼇碜杂诿繉?duì)螺旋槳反力矩的差異。向上或向下的動(dòng)作是同時(shí)增加或減小所有四個(gè)螺旋槳來控制的，前后螺旋槳推力的差異產(chǎn)生俯仰力矩導(dǎo)致前后動(dòng)作的轉(zhuǎn)換。同理左右運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換時(shí)通過左右螺旋槳的推力來改變的。如圖2-2 8個(gè)螺旋槳的工作過程示意圖2.3 電動(dòng)飛行器的初步設(shè)計(jì)參數(shù)參照汽車設(shè)計(jì)師考慮機(jī)械布局所彌定的外形尺寸進(jìn)行大體輪廓設(shè)計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的各主要級(jí)別（主要乘用車）的常見尺寸范圍，如表2-1。表2-1 常見車型尺寸范圍中小型車奧迪A3429

13、2*1765*1432廣汽本田 峰范4400*1695*1470BYD F03460*1618*1465大眾 POLO 3970*1682*1462斯柯達(dá) 晶銳3992*1642*1500中華 駿捷FRV4240*1755*1460奇瑞QQ33550*1495*1530雪鐵龍 震歐3947*1690*1503一汽大眾 4540*1775*1467一汽大眾 速騰4544*1760*1461馬自達(dá)64670*1780*1435馬自達(dá)34515*1745*1465馬自達(dá)5 4582*1872*1645奔馳GLK4528*1840*1691KIA 福瑞迪4530*1775*1460上海MG64653*

14、1827*1478斯柯達(dá) 明銳4569*1769*1462北京現(xiàn)代 悅動(dòng)4542*1775*1490 一般中小型乘用車長4m左右；寬度主要影響乘坐空間和靈活性，但是車身太寬會(huì)降低在市區(qū)行走、停泊的方便性，因此對(duì)于轎車來說車寬2m是一個(gè)公認(rèn)的上限；車身高度直接影響重心（操控性）和空間，重心過高會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)安全性下降，大部分的室內(nèi)停車場都有高度限制，一般為1.8m；在車長被確定后，軸距是影響乘坐空間最重要的因素，同時(shí)在行駛性能方面，長軸距能提高直路巡航的穩(wěn)定性，但轉(zhuǎn)向靈活性下降，因此在穩(wěn)定性和靈活性之間必須作出取舍，取得適當(dāng)?shù)钠胶猓灰话戕I車的懸長都不能太短，一來軸矩太長會(huì)影響靈活性，二來要考慮機(jī)械零

15、件的布局車，車長=前懸+后懸+軸距；輪距直接影響汽車的前后寬度比例，考慮空氣動(dòng)力學(xué)，一般轎車的前輪距比后輪略大（相差約10-50mm），即車身前半部比后半部略寬；離地距高低意味著重心高低，影響操控性，一般轎車的最低離地距為130mm-200mm，附合正常道路狀況的使用要求。初步繪制電動(dòng)飛行器長4m，寬2m，高1.7m；質(zhì)量：2t，不能過重，只得比普通汽車稍重；飛行高度：300m，為了避開高樓，緩解如今日益嚴(yán)重的交通壓力。而且如若太高，導(dǎo)致空氣稀薄，以免駕駛員受到不必要的傷害；速度：300km/h ，不能太高也不能太低，以保證實(shí)用性；承載：2人；行駛距離：300km，續(xù)航1.5小時(shí)。2.4本課題

16、的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容本課題根據(jù)電動(dòng)飛行器的方案的確定，對(duì)電動(dòng)飛行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)這一塊做出了具體的設(shè)計(jì)方案，主要包括驅(qū)動(dòng)方式的選擇，傳動(dòng)軸的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，螺旋槳的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及傳動(dòng)方案的選擇等。并對(duì)設(shè)計(jì)做出最后的校核。 2.5電動(dòng)飛行器的主要結(jié)構(gòu)和工作原理2.5.1電動(dòng)飛行器的總體架構(gòu)電動(dòng)飛行器總體構(gòu)架可分為基體、旋翼、尾槳、起落裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、傳動(dòng)裝置以及其他系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)等部件結(jié)構(gòu)或組件結(jié)構(gòu)。機(jī)身是電動(dòng)飛行器的基體，它主要用于支持和固定電機(jī)、主減速器、旋翼、尾槳和起落裝置等部件支持和容納操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)也支持和容納電氣、電子、儀表等機(jī)載設(shè)備。旋翼是電動(dòng)飛行器的象征，也是飛行器的關(guān)鍵部分，它不僅提供飛行

17、器的升力和前進(jìn)力，而且提供飛行器的縱向和橫向操縱力矩。旋翼和尾槳協(xié)同實(shí)現(xiàn)飛行器的航向操控。起落裝置是飛行器是直升機(jī)于用于起飛、著陸、滑跑、滑行和停放的專門裝置。2.5.2 電動(dòng)飛行器的動(dòng)力裝置動(dòng)力系統(tǒng)主要是電動(dòng)機(jī)裝置，此電動(dòng)機(jī)是以蓄電池為原料帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力為飛行器提供動(dòng)能?；旌蟿?dòng)力裝置由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大主要部件總成組成。發(fā)動(dòng)機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能向電池充電，延長混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的行駛里程由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能和電池輸出的電能，共同輸出到電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)汽車行駛，電力驅(qū)動(dòng)是唯一的驅(qū)動(dòng)模式。2.5

18、.3 電動(dòng)飛行器的操控裝置操縱系統(tǒng)通常由駕駛桿（盤）和操縱線系組成，操縱線系由拉桿或者鋼索、搖臂、扇形件、滑輪等零件組成。提供精密的操控指令，主要包括飛行器的飛行：通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳速度實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。包括逃生控制、調(diào)速檔位、轉(zhuǎn)向、升降,并通過傳感裝置來控制安全降落傘的打開來達(dá)到安全逃生。2.5.4電動(dòng)飛行器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速器與機(jī)身的連接固定，一般是通過減速器殼體和減速器架實(shí)現(xiàn)的。外載荷主要包括旋翼的六力素、發(fā)動(dòng)機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入、輸出扭矩和所承受的結(jié)構(gòu)質(zhì)量慣性力，以及操縱系統(tǒng)的操縱反力等。而固定連接點(diǎn)的支撐反力則應(yīng)通過對(duì)傳力路線的分析后，建立適當(dāng)?shù)挠?jì)

19、算分析模型求得，中問減速器主要起改變尾傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速和方向的作用。因此，中問減速器的受載主要包括中問減速器的輸入、輸出扭矩，其次為減速器及其相關(guān)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的質(zhì)量慣性載荷。如圖2-3所示。 圖2-3 飛行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.5.5 電動(dòng)飛行器的逃生機(jī)構(gòu)直升機(jī)墜毀傷亡事故表明，束帶系統(tǒng)失效是引起墜毀傷亡的常見原因。經(jīng)驗(yàn)表明，這種“接觸傷亡”的人數(shù)比“過載傷亡”的人數(shù)大4或5倍。所以必須設(shè)計(jì)一套抗墜毀束帶系統(tǒng)。束帶系統(tǒng)由鎖扣組件1,腰帶組件2和肩帶組件3組成。2.5.6 電動(dòng)飛行器的螺旋槳結(jié)構(gòu)機(jī)翼前行時(shí)，上下翼面之間的氣流速度差造成上下翼面之間的壓力差，這就是升力。所謂“機(jī)翼前行”，實(shí)際上是機(jī)翼和空氣形成

20、相對(duì)速度。既然如此，和機(jī)身一起前行時(shí)，機(jī)翼可以造成升力，機(jī)身不動(dòng)而機(jī)翼像風(fēng)車葉一樣打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，和空氣形成相對(duì)速度，也可以形成升力，這樣旋轉(zhuǎn)的“機(jī)翼”就成為旋翼，旋翼產(chǎn)生升力就是直升機(jī)可以垂直起落的基理。2.5.7 電動(dòng)飛行器的工作原理由電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)由蓄電池提供能源，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸通過減速裝置控制機(jī)翼，機(jī)翼可以造成升力，機(jī)身不動(dòng)而機(jī)翼像風(fēng)車葉一樣打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，和空氣形成相對(duì)速度，同時(shí)形成升力，這樣旋轉(zhuǎn)的“機(jī)翼”就成為旋翼，旋翼產(chǎn)生升力，升力使電動(dòng)汽車可以垂直起落。也可以控制螺旋槳來行進(jìn)或控制航向。操作員可以控制旋翼的拉力T、后向力H、側(cè)向力S以及尾槳拉力Tr。對(duì)于揮舞鉸偏置的旋翼，在改

21、變H力和s力的同時(shí)，也改變了槳毅力矩M份和Moz。還有另外一個(gè)可用的操縱，即對(duì)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的控制。通過改變蓄電池的供油量，可以改變電動(dòng)機(jī)的輸出功率，來控制旋翼的轉(zhuǎn)速。直升機(jī)在空中飛行時(shí)具有6個(gè)自由度。駕駛員并不能對(duì)這6個(gè)自由度全部實(shí)施單獨(dú)的或彼此完全獨(dú)立的控制。但是，利用上述4個(gè)飛行操縱與發(fā)動(dòng)機(jī)控制的適當(dāng)配合，駕駛員可以操縱直升機(jī)實(shí)現(xiàn)所需要的任何飛行狀態(tài)。第3章 電動(dòng)飛行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的概述 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以將動(dòng)力所提供的運(yùn)動(dòng)的方式、方向或速度加以改變，被人們有目的地加以利用的機(jī)械結(jié)構(gòu)。常見傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-1所示。在圖3-1中圖（a）為齒輪傳動(dòng)；圖（b）為繩帶傳動(dòng)；圖（c）

22、為渦輪蝸桿傳動(dòng)；圖（d）為鏈傳動(dòng)。 （a）齒輪傳動(dòng) （b）繩帶傳動(dòng) （c）渦輪蝸桿傳動(dòng) （d）鏈傳動(dòng) 圖3-1 常見機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要為減速器，傳動(dòng)軸。減速器可以控制電動(dòng)飛行器的穩(wěn)定運(yùn)行，保證其穩(wěn)定的控制，傳動(dòng)軸對(duì)整車的靈活性起到一定的控制。3.2 飛行器傳動(dòng)系統(tǒng)3.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的形式傳動(dòng)系統(tǒng)的形式有機(jī)械式傳動(dòng)、液力機(jī)械式傳動(dòng)、靜液式傳動(dòng)、電力式傳動(dòng)等。通過查閱資料對(duì)常用機(jī)械式傳動(dòng)，電力式傳動(dòng)有：（1）機(jī)械式傳動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)主離合器變速箱（萬向節(jié)傳動(dòng)軸）主傳動(dòng)器差速器半軸驅(qū)動(dòng)輪。機(jī)械傳動(dòng)通常采用人力換檔的機(jī)械式變速箱優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)簡單、可靠。缺陷：易熄火。（2）電力式傳動(dòng)電傳動(dòng)是

23、由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，再由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋或由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)帶有減速器的驅(qū)動(dòng)輪。傳動(dòng)過程：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)輪。特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高于靜液式；電機(jī)質(zhì)量很大。應(yīng)用：目前在超重型汽車、混合電力汽車有應(yīng)用。機(jī)械式離合器的動(dòng)作原理如圖3-2所示。圖3-2 機(jī)械式離合器1-飛輪；2-從動(dòng)盤；3-壓盤；4-膜片彈簧 離合器的主動(dòng)部分和從動(dòng)部分借接觸面間的摩擦作用，是兩者之間可以暫時(shí)分離，又可逐漸接合，在傳動(dòng)過程中又允許兩部分相互轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2.2常見的驅(qū)動(dòng)方式及方案選擇驅(qū)動(dòng)方式，是指發(fā)動(dòng)機(jī)的布置方式以及驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)量、位置的形式。現(xiàn)在乘用車的驅(qū)動(dòng)方式有：前置前驅(qū)（FF）、前置后驅(qū)（FR）、前置四驅(qū)、中置后驅(qū)

24、（MR）、中置四驅(qū)、后置后驅(qū)（RR）、后置四驅(qū)。（1）前置前驅(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)(Front engine Front drive，簡稱FF)，這是絕大多數(shù)轎車比較盛行的驅(qū)動(dòng)型式，但貨車和大客車基本上不采用該型式。這種布置形式目前主要在發(fā)動(dòng)機(jī)排量為2.5L以下的乘用車廣泛應(yīng)用。前置前驅(qū)轎車的布局一般都是將發(fā)動(dòng)機(jī)橫向布置，與設(shè)計(jì)緊湊的變速驅(qū)動(dòng)橋相連。 優(yōu)點(diǎn) 省略了傳動(dòng)軸裝置，減輕了車重，結(jié)構(gòu)比較緊湊；有效地利用了發(fā)動(dòng)機(jī)艙的空間，駕駛室內(nèi)空間更為寬敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒適性；發(fā)動(dòng)機(jī)靠近驅(qū)動(dòng)輪，動(dòng)力傳遞效率高，燃油經(jīng)濟(jì)性好；發(fā)動(dòng)機(jī)等總成前置，增加前軸的負(fù)荷，提高了轎車高速行駛時(shí)的操縱

25、穩(wěn)定性和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性；簡化了后懸架系統(tǒng)。 缺點(diǎn) 啟動(dòng)、加速或爬坡時(shí)，前輪負(fù)荷減少，導(dǎo)致牽引力下降；前橋既是轉(zhuǎn)向橋，又是驅(qū)動(dòng)橋，結(jié)構(gòu)及工藝復(fù)雜，制造成本高、維修保養(yǎng)困難；前橋負(fù)荷較后軸重，并且前輪又是轉(zhuǎn)向輪，故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短。（2）前置后驅(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)(Front engine Reardrive，簡稱FR)，這是一種最傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)型式。國內(nèi)外大多數(shù)貨車、部分轎車(尤其是高級(jí)轎車)和部分客車都采用這種驅(qū)動(dòng)型式，但采用該型式的小型車則很少。優(yōu)點(diǎn) 在良好的路面上啟動(dòng)、加速或爬坡時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的負(fù)荷增大(即驅(qū)動(dòng)輪的附著壓力增大)，其牽引性能比前置前驅(qū)型式優(yōu)越；軸荷分配比較均勻，因

26、而具有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，并有利于延長輪胎的使用壽命；發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器等總成臨近駕駛室，簡化了操縱機(jī)構(gòu)的布置；轉(zhuǎn)向輪是從動(dòng)輪，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、便于維修。缺點(diǎn) 由于采用傳動(dòng)軸裝置，不僅增加車重，同時(shí)降低動(dòng)力傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，影響了燃油經(jīng)濟(jì)性；縱置發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和傳動(dòng)軸等總成的布置，使駕駛室空間減小，影響乘坐舒適性；（3）前置四驅(qū)前置四驅(qū)是指汽車發(fā)動(dòng)機(jī)前置，并且是四輪驅(qū)動(dòng)，多用于高性能轎車或者SUV，用在轎車上的優(yōu)點(diǎn)就是操控性高，而用在越野車上則是通過性更強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn) 在積雪或易滑路面上行駛時(shí)，靠前輪牽拉車身，有利于保證方向穩(wěn)定性；汽車散熱器布置在汽車前部，散熱條件好，發(fā)動(dòng)機(jī)可得到足

27、夠的冷卻；行李箱布置在汽車后部，所以有足夠大的行李箱空間。缺點(diǎn) 前置四驅(qū)并轉(zhuǎn)向需要等速萬向節(jié)，其機(jī)構(gòu)和制造工藝較為復(fù)雜。一旦發(fā)生正面碰撞事故，因其發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件損失較大，維修費(fèi)用高。（4）中置后驅(qū)中置后驅(qū)即發(fā)動(dòng)機(jī)中置、后輪驅(qū)動(dòng)(Middleengine Reardrive，簡稱MR)，發(fā)動(dòng)機(jī)置于座椅之后、后軸之前，大多數(shù)高性能跑車和超級(jí)跑車都采用這種型式。優(yōu)點(diǎn) 可獲得最佳的軸荷分配，操縱穩(wěn)定性和行駛平順性較好；發(fā)動(dòng)機(jī)臨近驅(qū)動(dòng)橋，無需傳動(dòng)軸，從而減輕車重，具有較高的傳動(dòng)效率。缺點(diǎn) 發(fā)動(dòng)機(jī)的布置占據(jù)了車廂和行李箱的一部分空間，通常，車廂內(nèi)只能安放2個(gè)座椅；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的隔音和絕熱效果差，乘坐舒適性有所

28、降低。（5）中置四驅(qū)中置四驅(qū)即發(fā)動(dòng)機(jī)中置、四輪驅(qū)動(dòng)，與中置后驅(qū)一樣，高性能跑車和超級(jí)跑車都采用這種型式。不過相比中置后驅(qū)，中置四驅(qū)的操控性以及過彎極限要更強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn) 重量集中，車身平擺方向的慣性力矩小，轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向盤操作靈敏，運(yùn)動(dòng)性好。缺點(diǎn) 后排地板中央有突起；在雪地或易滑路面上啟動(dòng)加速時(shí)，后輪推動(dòng)車身，易發(fā)生甩尾現(xiàn)象。（6）后置后驅(qū)后置后驅(qū)即發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)(Rearengine Reardrive，簡稱RR），是目前大、中型客車流行的布置型式，而現(xiàn)代乘用車采用后置發(fā)動(dòng)機(jī)的僅有保時(shí)捷911系列和Smart fortwo。應(yīng)用在乘用車上，后置發(fā)動(dòng)機(jī)可以說是沒有任何優(yōu)點(diǎn)，由于后部的重量過大，在

29、快速過彎時(shí)，整車的抓地需求絕大部分交付給了后輪，此時(shí)后輪的負(fù)擔(dān)是很大的，因此一旦后輪因?yàn)樗俣冗^高，或者路況較差等原因打滑，后輪就會(huì)失控，導(dǎo)致無法讓車輛保持既定運(yùn)行軌跡。通過分析選擇飛行器驅(qū)動(dòng)方式為中置后驅(qū)。3.2.3 螺旋槳的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 螺旋槳的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括傳動(dòng)軸、減速器以及電動(dòng)機(jī)組成。由于此設(shè)計(jì)由8個(gè)螺旋槳，此8個(gè)螺旋槳各自獨(dú)立的完成工作，也必須由8個(gè)獨(dú)立的電機(jī)來控制，電機(jī)通過傳動(dòng)軸連接減速裝置最后連接螺旋槳槳轂槳葉，來帶動(dòng)螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制整體的運(yùn)動(dòng)。減速器的選用：為提高傳動(dòng)裝置的效率，減少能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用，所以選用傳動(dòng)效率較高的齒輪傳動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。（1）蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大，結(jié)

30、構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪聲，具有自鎖性；但是其傳動(dòng)效率低，磨損較嚴(yán)重，蝸桿軸向力較大，致使軸承摩擦損失較大。（2）圓錐齒輪具有斜齒輪漸進(jìn)接觸的嚙合特點(diǎn)，且重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，承載能力強(qiáng)，最小齒數(shù)為5，因而可獲得較大的傳動(dòng)比和較小的機(jī)構(gòu)尺寸。綜合考慮應(yīng)選用圓錐齒輪傳動(dòng)較好。同時(shí)考慮到安裝軸承此次采用徑向軸承，由于許用應(yīng)力： (3-1) 式中：M為離心力，D為內(nèi)圈滾道直徑，L為滾針總工作長度。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)時(shí)，根據(jù)電動(dòng)飛行器總重為2t的設(shè)計(jì)，小組整體設(shè)計(jì)需要轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分的電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)（傳動(dòng)比的選取與校核由本小組其他成員設(shè)計(jì)算出）3.3傳動(dòng)系統(tǒng)的功能驅(qū)動(dòng)橋的作用是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳給

31、驅(qū)動(dòng)車輪；而變矩器、變速箱、主傳動(dòng)器共同用來實(shí)現(xiàn)減速和變速；變速器可用來實(shí)現(xiàn)倒駛;離合器和變速器共同作用可以在必要時(shí)中斷動(dòng)力傳遞；差速器起差速作用.3.3.1 電動(dòng)飛行器傳動(dòng)系統(tǒng)飛行器的電機(jī)所提供的動(dòng)力要經(jīng)過傳動(dòng)系統(tǒng)才能到達(dá)旋翼，從而旋翼旋轉(zhuǎn)。其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速按一定比例傳遞到旋翼、尾槳和個(gè)附件。飛行器的性能在很大程度上取決于傳動(dòng)系統(tǒng)的性能，傳動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞將直接影響飛行器的性能和可靠性。飛行器傳動(dòng)系統(tǒng)的的典型構(gòu)成為“三器兩軸”，即：主減速器、尾減速器、中間減速器、動(dòng)力傳動(dòng)軸和尾傳動(dòng)軸。飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)為渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其輸入轉(zhuǎn)速較高，所以要達(dá)到旋翼的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速必須經(jīng)過主減速器減速。減速

32、器的減速比一般比較大，例如美國的武裝直升機(jī)阿帕騎的總傳動(dòng)比為72.4，“黑鷹”直升機(jī)的總傳動(dòng)比為81.故本飛行器的總傳動(dòng)比設(shè)定為78。直升機(jī)的主減速器傳動(dòng)一般為34級(jí)傳動(dòng)，本飛行器的主減速器分3級(jí)傳動(dòng)，第1、2級(jí)為螺旋錐齒輪傳動(dòng)，第3級(jí)為行星齒輪（5個(gè)）傳動(dòng)，起位于主減底部，滾柱式超越離合器被設(shè)置在第2級(jí)。3.3.2 本飛行器傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）高功率重量比飛行器的傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)于一般的減速傳動(dòng)系統(tǒng)而言具有更高的功率重量比，作為航空部件必須嚴(yán)格控制質(zhì)量。即便如此，一般情況下主減速器人占據(jù)飛行器總質(zhì)量的1/71/9，所以為了進(jìn)一步減輕重量必須采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、潤滑系統(tǒng)優(yōu)化和選用高強(qiáng)度比材料等方法減輕重

33、量，提高功率重量比。（2）高生存能力飛行器過度飛行可能引起傳動(dòng)系統(tǒng)故障，進(jìn)而有可能使得潤滑油泄露，所以必須保證減速器有一定的干運(yùn)轉(zhuǎn)能力。另外傳動(dòng)系統(tǒng)必須具有一定的抗墜毀行，保證在墜落時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件不進(jìn)入駕駛艙。（3）高性能飛行器具有一些良好的性能，比如高減速比、高效率、高可靠性、良好的維護(hù)性等。飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)主要是渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速很高，但是槳葉的運(yùn)轉(zhuǎn)速度由于激波和失速的限制不會(huì)很高，所以減速比就會(huì)很大，減速級(jí)就會(huì)增加，這也是傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量相對(duì)較大的原因。為了提高傳動(dòng)的效率減速齒輪一般采用斜齒，而為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，更好的辦法是采用人字齒。傳動(dòng)系統(tǒng)為單路承載方式，一旦發(fā)生故障將是災(zāi)難

34、性的，這就要求傳動(dòng)系統(tǒng)必須具有很高的可靠性。直升機(jī)受空間和結(jié)構(gòu)限制，維修較為困難，因此要求傳動(dòng)系統(tǒng)有良好的維修性。（4）動(dòng)力學(xué)問題突出、壽命要求高飛行器的最突出的問題之一就是振動(dòng)問題，來自電機(jī)、旋翼以及尾槳的激振力相互疊加耦合，使得飛行器的傳動(dòng)系統(tǒng)承受的載荷十分的復(fù)雜。不僅如此，在傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈中，各種不同轉(zhuǎn)速的構(gòu)件協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)、旋翼系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間存在振動(dòng)耦合。傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，易發(fā)生故障和失效，求故障不易檢測(cè)，維護(hù)性較差，要實(shí)現(xiàn)較長的使用壽命具有較大的難度。（5）與普通飛機(jī)不同，本飛行器也進(jìn)行了以下改進(jìn)：分扭傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步發(fā)展的分扭技術(shù)具有高的傳動(dòng)比、可以減少傳

35、動(dòng)級(jí)數(shù)、效率高、可靠性高、噪聲小、利于減重等優(yōu)點(diǎn);采用東京周傳動(dòng)技術(shù)，分解旋翼軸的載荷，有利于零部件的設(shè)計(jì)、減輕重量和提高可靠性;采用高速離合器級(jí)數(shù)，提高可靠性減輕重量;主減速器多采用軸軸承齒輪一體化設(shè)計(jì)，提高了可靠性，同時(shí)減輕了主減速器的重量;采用復(fù)合材料傳動(dòng)軸、復(fù)合材料機(jī)匣技術(shù)來減輕結(jié)構(gòu)重量;采用耐高溫軸承、齒輪材料、提高了傳動(dòng)的壽命;采用深度氮化甚至納米技術(shù)以改變部件的表面特性，是不見得耐磨損性能提高，增加部件的使用壽命;發(fā)展了更為有效的潤滑油方式，如環(huán)下潤滑、離心甩油、多噴嘴噴射等。提高了滑油過濾精度，確保齒輪、軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部件膜材副良好的潤滑和冷卻條件.3.4 飛行器傳動(dòng)軸系的動(dòng)力學(xué)設(shè)

36、計(jì)飛行器傳動(dòng)軸系是由多個(gè)軸段，聯(lián)軸器以及減速器等組成的傳動(dòng)鏈。在軸系的橫向彎曲振動(dòng)設(shè)計(jì)上有亞臨界設(shè)計(jì)和超臨界設(shè)計(jì)兩種形式。由于是電動(dòng)飛行器，提供的動(dòng)力有限，故要求傳動(dòng)軸系重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，使得抄臨界設(shè)計(jì)成為必然。飛行器傳動(dòng)軸系在結(jié)構(gòu)上采用薄壁圓筒形式，這樣大大的降低了系統(tǒng)的彎曲剛度，一方面降低了系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，另一方面?zhèn)鲃?dòng)軸成為柔性軸，由于柔性軸在轉(zhuǎn)速增長的過程中的自動(dòng)定心作用，使得傳動(dòng)軸在未引入任何阻尼的情況下進(jìn)行超臨界工作成為可能。由于飛行器要求有較大的臨界轉(zhuǎn)速，而且在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中必須滿足苛刻的振動(dòng)限制要求，以保證有足夠的疲勞壽命，影次必須采取措施（如阻尼器）。確保安全通過低于工作轉(zhuǎn)速的臨界

37、轉(zhuǎn)速。對(duì)傳動(dòng)軸系進(jìn)行動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)是飛行器研制中首先要解決的幾個(gè)核心問題之一。3.4.1影響臨界轉(zhuǎn)速的主要因素臨界轉(zhuǎn)速的確定是飛行器傳動(dòng)軸系動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)中最基本的任務(wù)。對(duì)于傳動(dòng)軸系來說，合理配置軸系的臨界轉(zhuǎn)速，是保證傳動(dòng)軸系安全可靠性運(yùn)行的意向重要前提。在傳動(dòng)軸系設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，都必須進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)和分析，以便從動(dòng)力學(xué)的角度分析設(shè)計(jì)的合理性?，F(xiàn)對(duì)影響臨界轉(zhuǎn)速的主要因素進(jìn)行分析。（1）軸的形狀及材料的影響傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速與軸的形狀尺寸及材料性質(zhì)關(guān)系如下 （3-1）即傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速正比于軸截面的回轉(zhuǎn)半徑r及軸材料的，反比于跨度的平方。（2）支撐彈性的影響對(duì)于安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上的飛行器傳動(dòng)軸系，由于試

38、驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)非常牢固，支承是完全剛性的這種假設(shè)也是合理的。實(shí)際情況是，傳動(dòng)軸系安裝在本身質(zhì)量不大，結(jié)構(gòu)又較輕的飛機(jī)尾梁上，顯然不能看做理想的剛性支承。這種支承具有彈性，即當(dāng)受力時(shí)，支承將沿受力方向發(fā)生變形。以雙簡支軸、盤裝于中央的情況為例，設(shè)兩個(gè)支承的剛度系數(shù)為，軸的剛度系數(shù)為，盤的質(zhì)量為m,則軸的臨界轉(zhuǎn)速為 （3-2） ，可以看作一個(gè)折合的總剛度系數(shù)。顯然，的存在總使減小，使軸的臨界轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)無線增大時(shí)（剛性支承），.（3）轉(zhuǎn)矩的影響轉(zhuǎn)矩的存在回事傳動(dòng)軸的抗彎剛性降低，因而使臨界轉(zhuǎn)速下降。對(duì)一階臨界轉(zhuǎn)速，修正公式為 （3-3）式中，為無轉(zhuǎn)矩軸的臨界轉(zhuǎn)速；為臨界轉(zhuǎn)矩，即在此轉(zhuǎn)矩作用下，軸將失

39、穩(wěn)，撓度無線增加。對(duì)于雙支承等截面軸，在全部軸都受轉(zhuǎn)矩作用的情況下， ，可見對(duì)于細(xì)而長的軸，較小，對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響就大些。（4）軸加速（或減速）的影響當(dāng)軸以變轉(zhuǎn)速越過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其最大振幅總是滯后出現(xiàn)。一般地，轉(zhuǎn)速加速度越大，滯后越大，響應(yīng)曲線也趨于平緩。 對(duì)飛行器傳動(dòng)軸來說，除了上述的軸的形狀及材料、支承彈性、轉(zhuǎn)矩以及軸加速（或減速）幾個(gè)重要因素外，還有一些影響因素，如各軸段之間的聯(lián)接如花鍵、套齒、螺釘或焊接等都會(huì)改變系統(tǒng)的剛性，從而影響軸系的臨界轉(zhuǎn)速。3.4.2 調(diào)整臨界轉(zhuǎn)速的方法在飛行器傳動(dòng)軸系的研制，使用和排放過程中，臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算可以達(dá)到以下目的：確定臨界轉(zhuǎn)速，以避開傳動(dòng)軸系的正常工作

40、轉(zhuǎn)速，并留有足夠的裕度；因傳動(dòng)軸系工作轉(zhuǎn)速范圍改變，而必須改變臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，確定設(shè)計(jì)修改方案。飛行器傳動(dòng)軸系的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算主要是軸系各臨界轉(zhuǎn)速和振型的計(jì)算。計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速，并與軸系的常用工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較和分析，明確各臨近轉(zhuǎn)速的裕度。振型則為軸系的振動(dòng)特征。為保證重量輕、轉(zhuǎn)速較高的飛行器傳動(dòng)軸系不僅能安全可靠運(yùn)行，而且性能好、壽命長，在傳動(dòng)軸系研制、使用和排故各階段，能有效地調(diào)整傳動(dòng)軸系的主要方法有 調(diào)整軸的剛度雖然式（3-1）是有簡單模型轉(zhuǎn)子導(dǎo)出的，但也但也同樣適用于任一復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)際轉(zhuǎn)子。只要傳動(dòng)軸系的材料確定，它的臨界轉(zhuǎn)速為 （3-4）式中，C為一常數(shù)，d為軸的直徑，為軸的跨度。反應(yīng)了軸的剛度

41、，因此要提高臨界轉(zhuǎn)速可以通過增大軸的剛度來實(shí)現(xiàn)，最有效的乃是減小軸的跨度，其次為增大轉(zhuǎn)軸的直徑。 軸材料的值，也直接影響軸的臨界轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)有的工程金屬材料其比剛度幾乎差不多，對(duì)臨界轉(zhuǎn)速幾乎沒有什么影響。如采用金屬基復(fù)合材料科大為提高值。有碳化纖維加強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料與合金鋼相比，比剛度值提高了2倍。若軸采用此材料，其彎曲臨界轉(zhuǎn)速可提高約1.4倍。采用彈性支承 有式（3-2）可見，對(duì)于簡單的軸，如果彈性支承的剛度遠(yuǎn)小于軸的剛度，則折合剛度約等于彈性支承剛度，即該軸的臨界轉(zhuǎn)速將取決于彈性支承的剛度。因此，為了調(diào)整臨界轉(zhuǎn)速，常常希望降低支承的剛度，即采用彈性支承。 飛行器傳動(dòng)軸系主減、中減、尾減的徑向剛

42、度和角向剛度的變化對(duì)軸系各臨界轉(zhuǎn)速的影響不大或根本沒有影響，因此在進(jìn)行軸系臨界轉(zhuǎn)速配置時(shí)可以不考慮這幾種因素。第四章 傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)電動(dòng)飛行器動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足車輛對(duì)動(dòng)力性能的要求和續(xù)駛里程的要求。確定汽車的動(dòng)力性，就是確定汽車沿行駛方向的運(yùn)動(dòng)狀況。我們得到動(dòng)力性能的要求，即最高車速50km/h，加速性能045km/h小于10s，爬坡度不小于20%。為此，需要掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力。根據(jù)這些力的平衡關(guān)系建立汽車行駛方程式，就可以估算汽車的最高車速、加速度和最大爬坡度。汽車的行駛方程式為： (4-1)式中：Ft驅(qū)動(dòng)力；F行駛阻力之和。4.1 驅(qū)動(dòng)力發(fā)動(dòng)

43、機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動(dòng)系傳至驅(qū)動(dòng)輪上。此時(shí)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩Tt產(chǎn)生一對(duì)地面的圓周力F0，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的反作用力Ft（方向與F0相反）即是驅(qū)動(dòng)汽車的外力，此外力稱為汽車的驅(qū)動(dòng)力。如圖8所示。其數(shù)值為： （4-2）式中：Tt作用與驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩；r車輪半徑。 圖4-1 汽車的驅(qū)動(dòng)力由于電動(dòng)飛行器采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以在電動(dòng)飛行器中Tt是由電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到車輪上的。令傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比為i，主減速器的傳動(dòng)比i0，變速器的傳動(dòng)比ig，傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率為t，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為Ttq，則有： (4-3) (4-4)4.2 行駛阻力汽車在水平道路上等速行駛時(shí)，必須克服來自地面的滾動(dòng)阻力和

44、來自空氣的空氣阻力。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時(shí)，還必須克服坡度阻力。汽車加速行駛時(shí)還需要克服加速阻力。因此汽車行駛的總阻力為： （4-5） 式中：Ff滾動(dòng)阻力；Fw空氣阻力；Fi坡度阻力；Fj加速阻力其中：滾動(dòng)阻力：Ff可以等效的表示為： （4-6） 式中：W作用于車輛上的法向載荷；滾動(dòng)阻力系數(shù)，與路面種類，行駛車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、氣壓等有關(guān)。研究中滾動(dòng)阻力系數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)公式取值。（1）空氣阻力，根據(jù)理論力學(xué)M有 （4-7）式中：空氣阻力系數(shù)；迎風(fēng)面積，即車輛行駛方向的投影面積；空氣密度，一般1.2258Ns2m-4。相對(duì)速度，在無風(fēng)時(shí)即車輛的行駛速度。在無風(fēng)條件下汽車的運(yùn)動(dòng)，即為汽車的行駛

45、速度ua。如ua以kmh計(jì)，A以m2計(jì)，則空氣阻力(N)為： (4-8)（2）坡度阻力，根據(jù)理論力學(xué)M有 (4-9)式中：坡度。一般道路的坡度均較小，此時(shí)sin=tan=i。（3）加速阻力，根據(jù)理論力學(xué)M有 (4-10)式中：車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；m車輛質(zhì)量；行駛加速度。這樣，電動(dòng)飛行器陸地行駛阻力為： (4-11)車輛行駛時(shí)，不僅驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力相互平衡，電動(dòng)機(jī)功率和車輛行駛阻力功率也總是平衡的。即：在車輛行駛的每一時(shí)刻，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率Pe總是等于機(jī)械傳動(dòng)損失的功率與全部運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率之和。在純電動(dòng)汽車中，Pe為電動(dòng)機(jī)的輸出功率。車輛運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率有滾動(dòng)阻力功率Pf，空氣阻力功

46、率Pw,坡度阻力功率Pi以及加速阻力功率Pj。即： （4-12）根據(jù)以上的推導(dǎo)，可得車輛行駛過程中的平衡方程如下： (4-13) （4-14）對(duì)純電動(dòng)汽車而言，式中：Pe電動(dòng)機(jī)輸出功率(kW)；n電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速(rpm)。4.3 傳動(dòng)比 飛行器的固定減速比為6.3。（1）傳動(dòng)比的選擇滿足車輛最高車速的要求，由最高車速vmax與電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速nmax確定傳動(dòng)比的上限，即 (4-15)已知最高車速vmax=50km/h，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速nmax=3100，車輪半徑r=0.245，則： （4-16）（2）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax，和最高車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力Fmax確定速比的下限，即 (4

47、-17) 已知f=0.01，r=0.245，CD=0.4，A=1.8/m2，m=800kg，則 (3) 由電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力Famax確定，即 (4-18) 其中：Famax=mgcosf+mgsin =800·9.8·0.98·0.012+800·9.8·0.2=1628.5 N，r=0.245m。 主減速比滿足要求。4.4 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則：動(dòng)力系統(tǒng)的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛、動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛加速性的要求、動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要求、 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以額定轉(zhuǎn)矩在額定車

48、速行駛的要求、根據(jù)汽車的動(dòng)力性指標(biāo)選擇最適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。4.4.1 額定功率 選擇的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)不小于在平坦良好路面上車輛以最高車速行駛時(shí)阻力功率之和，即 （4-19）滿載時(shí)：G=800×9.8N，f=0.012，CD=0.4，A=1.8m2，=0.9，ua=50km/h 式中，Pe為電動(dòng)機(jī)額定功率；M為整車總質(zhì)量；g為重力加速度；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；Umax為最高車速；Cd為空氣阻力系數(shù)；A為車輛迎風(fēng)面積；t為傳動(dòng)系效率。4.4.2 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 當(dāng)飛行器車以額定車速在平地上勻速行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩即為額定轉(zhuǎn)矩。 (4-20)根據(jù)車型常規(guī)車速為20km/h， n.根據(jù) (4-2

49、1)將P=5kw，n=3100N/m帶入式（4-21），得T=15.4N / m2，故額定轉(zhuǎn)矩15.4N / m2大于額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩4.76 N / m2。因此電動(dòng)飛行器滿足陸地行駛條件。4.4.3 傳動(dòng)軸的校核計(jì)算根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖，在確定軸承的支撐點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取值，對(duì)于6205型溝球軸承，支點(diǎn)在球心處。對(duì)于此類型的軸有兩根不同的長度，因此得分別校核。這里選長半軸進(jìn)行校核，作為簡支梁的軸的支撐跨距L=108mm。此軸截面如圖4-2所示。如圖4-2 軸截面B由已知數(shù)據(jù)可得軸的總彎矩為M=26074315.4N / m2，根據(jù)參考文獻(xiàn)直升機(jī)原理M得軸的計(jì)算應(yīng)力為： (4-22)已選定軸的材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理，由直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)M查得:，因此，故安全?？箯澖孛嫦禂?shù) （4-23）抗扭截面系數(shù) （4-24）截面的彎矩 （4-25）截面的彎曲應(yīng)力 （4-26）截面上的扭轉(zhuǎn)切力 （4-27）由資料飛機(jī)的電動(dòng)力技術(shù)概述得。截面上由于軸肩形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按參考文獻(xiàn)直升機(jī)飛行力學(xué)D查得 ， (4-28)經(jīng)查值后可查得=1.83，=1.51又由參考文獻(xiàn)空氣螺旋槳理論及應(yīng)用M圖表查得軸的材料敏感系數(shù)為 ，故有效集中系數(shù)為 （4-29） （4-30）通過理論力學(xué)M查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)，