電動飛行汽車畢業(yè)論文

1、河南理工本科畢業(yè)論文（設計）摘 要隨著社會的發(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。面對這樣的問題，本設計主要是根據(jù)目前電動汽車與直升飛機的螺旋飛行的技術，而采用的一種組合結構，并采用新型的環(huán)保能源蓄電池供電來研究，也就是電動飛行器，本設計的主要任務是電動飛行器傳動機構的設計，包括傳動機構的概述、傳動方案選擇、傳動系參數(shù)設計等。關鍵詞：電動飛行器; 傳動系; 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)學院本科畢業(yè)論文（設計）第1章 緒論1.1 選題依據(jù)及研究意義 21世紀，在黨的正確領導下制定了中國未來發(fā)展的藍圖，中國經(jīng)濟社會發(fā)展將進入一個新的發(fā)展階段。在國際經(jīng)濟環(huán)境不穩(wěn)定、不確定因素較多的情況下，中國經(jīng)濟依然保持穩(wěn)定快速的發(fā)展，世界經(jīng)濟的重心已明顯的向亞太地區(qū)轉移，而中國作為亞洲經(jīng)濟的大國儼然成為引領世界經(jīng)濟發(fā)展的火車頭。國家經(jīng)濟的發(fā)展帶動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)；國家實行的大小節(jié)假日，實際上就是為了發(fā)展旅游經(jīng)濟，而一個國家旅游行業(yè)的發(fā)展成為拉動國家內需的主要產業(yè)之一。國家旅游產業(yè)的興旺發(fā)展，不

5、僅帶來了國內游客的增加，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擁堵。導致事故增加，嚴重影響游客心情。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行城鄉(xiāng)一體化的經(jīng)濟發(fā)展，特別是由城市帶動周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，經(jīng)濟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，對經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重的影響。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)實狀況，人們采用的主要交通工具是小轎車，但是隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，當前的轎

6、車已經(jīng)凸顯出許多問題。面對顯現(xiàn)的問題，提出了初步的解決。1.2.1 凸顯問題 （1）污染問題相當嚴重，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重威脅著人們的健康。二氧化碳的過量排放帶來了嚴重的溫室效應帶來全球表面變熱，海平面的上升給沿海國家?guī)砹藝乐氐耐{。同時大量的汽車帶來的噪聲污染也相當嚴重，給人們帶來了許多心理上的壓力和精神上的疾病。嚴重損害了社會的健康發(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，石油的開采也相當厲害，能源的浪費與短缺為未來經(jīng)濟的發(fā)展埋下了禍根。同時這種資源的利用率相對于電能來說也普遍的較低。而且國際油價價格波動對能源生產國和消

7、費國都造成嚴峻挑戰(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，中東北非局勢不定，能源的短缺嚴重違背了可持續(xù)發(fā)展這一戰(zhàn)略目標。1.2.2 初步解決對于空間立體，存在地上、立交、高空，面對交通阻塞問題，我們選擇空間立體的中間低空，發(fā)展空中走廊，面對能源的浪費和短缺我們采用效率高的電能，蓄電池這一領域在世界上也已基本成熟，單位容量的電能也是相當?shù)目捎^。綜上考慮，將電動汽車與直升飛機結合起來提出了電動飛行器這一概念。該題目的優(yōu)點在于可持續(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，無實物阻礙，行程短，工作效率高，能源利用率也高。1.3 國內外研究現(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)狀國外對電動飛行汽車有很多研究，但大都不盡如人意。美國專利號為#2,573,2711951的設計由Adolph R.Perl提出，他設計了名為 Roadable aircraft 的汽車飛機，但是沒有制造出實物。而且國外飛行器的特點是能夠飛行但是能源主要是汽油。1.3.2 國內現(xiàn)狀國內基本沒有涉及汽車飛機的資料，通過查閱，發(fā)現(xiàn)南京航空航天大學一篇 2007 屆本科生畢業(yè)論文對汽車飛機模型做了部分探究，但是常規(guī)的布局讓其看起來更像是一架飛機，而且主翼沒有設計旋轉機構。然而國內的電動汽車已初步成熟，特點是利用蓄電

9、池作為電能輸出，但是不能飛行。1.4 技術支撐電動汽車加上直升機螺旋槳對電動飛行器的整體設計提供了可能。由于現(xiàn)代技術的發(fā)展，機械領域得到了飛速的發(fā)展。電動汽車在中國已初步成型。領域的發(fā)展為電動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能問題。直升機在世界上得到了廣發(fā)的發(fā)展和研究，螺旋槳的技術也相當成熟，為電動汽車安裝螺旋槳也成為了可能，為此電動飛行器在理論上是可以完成設計的。1.5 市場前景從能源與環(huán)保的角度來說，電動飛行器已被世界汽車業(yè)公以為“未來汽車”。但從目前的技術發(fā)展水平來看，按現(xiàn)有技術正好可采用蓄電池作能源，即用電動機來直接驅動飛行。而此電動飛行器的設計主要是

10、針對中高層收入家庭，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的問題其價格在100萬左右。 第2章 電動飛行器的初步設計2.1 電動飛行器的總體設想電動飛行器主要是在電動汽車的基礎上去掉發(fā)動機改由電動機并加裝螺旋槳。設計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值大約20萬英磅的法拉利599GTB跑車設計方案的基礎上改進而成，車身上裝有8個“風扇”。在地面上行駛時，這些風扇為汽車提供穩(wěn)定但并不是太強的推動力。一旦升入空中，汽車就變得好象直升飛機一樣，可以俯沖，可以向前，還可以左右轉動改變方向。目前這款汽車還處于初期的設計階段，但實驗模型已經(jīng)證實了

11、法拉利這種奇妙的想法是確實可行的。如圖2-1 法拉利電動飛行器模型2.2 電動飛行器的工作原理電動飛行器的螺旋槳是由8個獨立的電機來驅動。盡管是8個驅動，但因為飛行器具有六個坐標輸出，所以仍然是欠驅動和動力不穩(wěn)定的系統(tǒng)。沿著任意給定方向的獨立運動，飛行器如果沒有給予足夠多的運動驅動。而且前罩4個與后罩4個螺旋槳形成互補關系，那么該飛行器就是欠驅動的，因此為了實現(xiàn)全部的運動控制目標。必然存在旋轉力矩與平移系統(tǒng)的耦合。如圖2-2所示，給出前后車罩各四個螺旋槳工作時的示意圖，可以看出每兩組螺旋槳以相反的方向旋轉，通過改變螺旋槳速度，就可以改變升力并產生各種動作。同時增加或者減小四個螺旋槳的速度可以產

12、生垂直運動。相反的改變相對的螺旋槳的速度可以產生滾動以及相應的側向運動。同理，俯仰運動和相應的側向運動來自于另外的相對的螺旋槳速度的相反改變，偏航運動則更加復雜，因為它來自于每對螺旋槳反力矩的差異。向上或向下的動作是同時增加或減小所有四個螺旋槳來控制的，前后螺旋槳推力的差異產生俯仰力矩導致前后動作的轉換。同理左右運動的轉換時通過左右螺旋槳的推力來改變的。如圖2-2 8個螺旋槳的工作過程示意圖2.3 電動飛行器的初步設計參數(shù)參照汽車設計師考慮機械布局所彌定的外形尺寸進行大體輪廓設計，根據(jù)經(jīng)驗總結的各主要級別（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 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64670*1780*1435馬自達34515*1745*1465馬自達5 4582*1872*1645奔馳GLK4528*1840*1691KIA 福瑞迪4530*1775*1460上海MG64653*

14、1827*1478斯柯達 明銳4569*1769*1462北京現(xiàn)代 悅動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，但是車身太寬會降低在市區(qū)行走、停泊的方便性，因此對于轎車來說車寬2m是一個公認的上限；車身高度直接影響重心（操控性）和空間，重心過高會導致主動安全性下降，大部分的室內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，同時在行駛性能方面，長軸距能提高直路巡航的穩(wěn)定性，但轉向靈活性下降，因此在穩(wěn)定性和靈活性之間必須作出取舍，取得適當?shù)钠胶?；一般轎車的懸長都不能太短，一來軸矩太長會影響靈活性，二來要考慮機械零

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，考慮空氣動力學，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。初步繪制電動飛行器長4m，寬2m，高1.7m；質量：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，緩解如今日益嚴重的交通壓力。而且如若太高，導致空氣稀薄，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，以保證實用性；承載：2人；行駛距離：300km，續(xù)航1.5小時。2.4本課題

16、的具體設計內容本課題根據(jù)電動飛行器的方案的確定，對電動飛行器傳動機構這一塊做出了具體的設計方案，主要包括驅動方式的選擇，傳動軸的動力學設計，螺旋槳的傳動機構，以及傳動方案的選擇等。并對設計做出最后的校核。 2.5電動飛行器的主要結構和工作原理2.5.1電動飛行器的總體架構電動飛行器總體構架可分為基體、旋翼、尾槳、起落裝置、發(fā)動機艙、傳動裝置以及其他系統(tǒng)的受力結構等部件結構或組件結構。機身是電動飛行器的基體，它主要用于支持和固定電機、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、儀表等機載設備。旋翼是電動飛行器的象征，也是飛行器的關鍵部分，它不僅提供飛行

17、器的升力和前進力，而且提供飛行器的縱向和橫向操縱力矩。旋翼和尾槳協(xié)同實現(xiàn)飛行器的航向操控。起落裝置是飛行器是直升機于用于起飛、著陸、滑跑、滑行和停放的專門裝置。2.5.2 電動飛行器的動力裝置動力系統(tǒng)主要是電動機裝置，此電動機是以蓄電池為原料帶動螺旋槳，由螺旋槳產生推（拉）力為飛行器提供動能?；旌蟿恿ρb置由發(fā)動機、發(fā)電機和驅動電動機三大主要部件總成組成。發(fā)動機僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機所發(fā)出的電能供給電動機，電動機驅動汽車行駛。發(fā)電機發(fā)出的部分電能向電池充電，延長混合動力電動汽車的行駛里程由發(fā)動機帶動發(fā)電機所產生的電能和電池輸出的電能，共同輸出到電動機來驅動汽車行駛，電力驅動是唯一的驅動模式。2.5

18、.3 電動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：通過調節(jié)電動機的轉速來改變螺旋槳速度實現(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、調速檔位、轉向、升降,并通過傳感裝置來控制安全降落傘的打開來達到安全逃生。2.5.4電動飛行器的傳動機構減速器與機身的連接固定，一般是通過減速器殼體和減速器架實現(xiàn)的。外載荷主要包括旋翼的六力素、發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)的輸入、輸出扭矩和所承受的結構質量慣性力，以及操縱系統(tǒng)的操縱反力等。而固定連接點的支撐反力則應通過對傳力路線的分析后，建立適當?shù)挠?/p>

19、算分析模型求得，中問減速器主要起改變尾傳動的轉速和方向的作用。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傳動系統(tǒng)零部件的質量慣性載荷。如圖2-3所示。 圖2-3 飛行器傳動機構2.5.5 電動飛行器的逃生機構直升機墜毀傷亡事故表明，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。所以必須設計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 電動飛行器的螺旋槳結構機翼前行時，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“機翼前行”，實際上是機翼和空氣形成

20、相對速度。既然如此，和機身一起前行時，機翼可以造成升力，機身不動而機翼像風車葉一樣打轉轉，和空氣形成相對速度，也可以形成升力，這樣旋轉的“機翼”就成為旋翼，旋翼產生升力就是直升機可以垂直起落的基理。2.5.7 電動飛行器的工作原理由電動機作為動力系統(tǒng)由蓄電池提供能源，通過電動機帶動傳動軸，傳動軸通過減速裝置控制機翼，機翼可以造成升力，機身不動而機翼像風車葉一樣打轉轉，和空氣形成相對速度，同時形成升力，這樣旋轉的“機翼”就成為旋翼，旋翼產生升力，升力使電動汽車可以垂直起落。也可以控制螺旋槳來行進或控制航向。操作員可以控制旋翼的拉力T、后向力H、側向力S以及尾槳拉力Tr。對于揮舞鉸偏置的旋翼，在改

21、變H力和s力的同時，也改變了槳毅力矩M份和Moz。還有另外一個可用的操縱，即對電動機工作狀態(tài)的控制。通過改變蓄電池的供油量，可以改變電動機的輸出功率，來控制旋翼的轉速。直升機在空中飛行時具有6個自由度。駕駛員并不能對這6個自由度全部實施單獨的或彼此完全獨立的控制。但是，利用上述4個飛行操縱與發(fā)動機控制的適當配合，駕駛員可以操縱直升機實現(xiàn)所需要的任何飛行狀態(tài)。第3章 電動飛行傳動機構的設計3.1 傳動機構的概述 機械傳動機構，可以將動力所提供的運動的方式、方向或速度加以改變，被人們有目的地加以利用的機械結構。常見傳動機構如圖3-1所示。在圖3-1中圖（a）為齒輪傳動；圖（b）為繩帶傳動；圖（c）

22、為渦輪蝸桿傳動；圖（d）為鏈傳動。 （a）齒輪傳動 （b）繩帶傳動 （c）渦輪蝸桿傳動 （d）鏈傳動 圖3-1 常見機械傳動機構傳動機構主要為減速器，傳動軸。減速器可以控制電動飛行器的穩(wěn)定運行，保證其穩(wěn)定的控制，傳動軸對整車的靈活性起到一定的控制。3.2 飛行器傳動系統(tǒng)3.2.1 傳動系統(tǒng)的形式傳動系統(tǒng)的形式有機械式傳動、液力機械式傳動、靜液式傳動、電力式傳動等。通過查閱資料對常用機械式傳動，電力式傳動有：（1）機械式傳動 發(fā)動機主離合器變速箱（萬向節(jié)傳動軸）主傳動器差速器半軸驅動輪。機械傳動通常采用人力換檔的機械式變速箱優(yōu)點：傳動效率高；結構簡單、可靠。缺陷：易熄火。（2）電力式傳動電傳動是

23、由發(fā)動機驅動發(fā)電機發(fā)電，再由電動機驅動驅動橋或由電動機直接驅動帶有減速器的驅動輪。傳動過程：發(fā)動機發(fā)電機電動機電動輪。特點：傳動效率高于靜液式；電機質量很大。應用：目前在超重型汽車、混合電力汽車有應用。機械式離合器的動作原理如圖3-2所示。圖3-2 機械式離合器1-飛輪；2-從動盤；3-壓盤；4-膜片彈簧 離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用，是兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉動。3.2.2常見的驅動方式及方案選擇驅動方式，是指發(fā)動機的布置方式以及驅動輪的數(shù)量、位置的形式。現(xiàn)在乘用車的驅動方式有：前置前驅（FF）、前置后驅（FR）、前置四驅、中置后驅

24、（MR）、中置四驅、后置后驅（RR）、后置四驅。（1）前置前驅發(fā)動機前置、前輪驅動(Front engine Front drive，簡稱FF)，這是絕大多數(shù)轎車比較盛行的驅動型式，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)動機排量為2.5L以下的乘用車廣泛應用。前置前驅轎車的布局一般都是將發(fā)動機橫向布置，與設計緊湊的變速驅動橋相連。 優(yōu)點 省略了傳動軸裝置，減輕了車重，結構比較緊湊；有效地利用了發(fā)動機艙的空間，駕駛室內空間更為寬敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒適性；發(fā)動機靠近驅動輪，動力傳遞效率高，燃油經(jīng)濟性好；發(fā)動機等總成前置，增加前軸的負荷，提高了轎車高速行駛時的操縱

25、穩(wěn)定性和制動時的方向穩(wěn)定性；簡化了后懸架系統(tǒng)。 缺點 啟動、加速或爬坡時，前輪負荷減少，導致牽引力下降；前橋既是轉向橋，又是驅動橋，結構及工藝復雜，制造成本高、維修保養(yǎng)困難；前橋負荷較后軸重，并且前輪又是轉向輪，故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短。（2）前置后驅發(fā)動機前置、后輪驅動(Front engine Reardrive，簡稱FR)，這是一種最傳統(tǒng)的驅動型式。國內外大多數(shù)貨車、部分轎車(尤其是高級轎車)和部分客車都采用這種驅動型式，但采用該型式的小型車則很少。優(yōu)點 在良好的路面上啟動、加速或爬坡時，驅動輪的負荷增大(即驅動輪的附著壓力增大)，其牽引性能比前置前驅型式優(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)動機、離合器和變速器等總成臨近駕駛室，簡化了操縱機構的布置；轉向輪是從動輪，轉向機構結構簡單、便于維修。缺點 由于采用傳動軸裝置，不僅增加車重，同時降低動力傳動系的傳動效率，影響了燃油經(jīng)濟性；縱置發(fā)動機、變速箱和傳動軸等總成的布置，使駕駛室空間減小，影響乘坐舒適性；（3）前置四驅前置四驅是指汽車發(fā)動機前置，并且是四輪驅動，多用于高性能轎車或者SUV，用在轎車上的優(yōu)點就是操控性高，而用在越野車上則是通過性更強。優(yōu)點 在積雪或易滑路面上行駛時，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)動機可得到足

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 前置四驅并轉向需要等速萬向節(jié)，其機構和制造工藝較為復雜。一旦發(fā)生正面碰撞事故，因其發(fā)動機及其附件損失較大，維修費用高。（4）中置后驅中置后驅即發(fā)動機中置、后輪驅動(Middleengine Reardrive，簡稱MR)，發(fā)動機置于座椅之后、后軸之前，大多數(shù)高性能跑車和超級跑車都采用這種型式。優(yōu)點 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)動機臨近驅動橋，無需傳動軸，從而減輕車重，具有較高的傳動效率。缺點 發(fā)動機的布置占據(jù)了車廂和行李箱的一部分空間，通常，車廂內只能安放2個座椅；對發(fā)動機的隔音和絕熱效果差，乘坐舒適性有所

28、降低。（5）中置四驅中置四驅即發(fā)動機中置、四輪驅動，與中置后驅一樣，高性能跑車和超級跑車都采用這種型式。不過相比中置后驅，中置四驅的操控性以及過彎極限要更強。優(yōu)點 重量集中，車身平擺方向的慣性力矩小，轉彎時，轉向盤操作靈敏，運動性好。缺點 后排地板中央有突起；在雪地或易滑路面上啟動加速時，后輪推動車身，易發(fā)生甩尾現(xiàn)象。（6）后置后驅后置后驅即發(fā)動機后置、后輪驅動(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)動機的僅有保時捷911系列和Smart fortwo。應用在乘用車上，后置發(fā)動機可以說是沒有任何優(yōu)點，由于后部的重量過大，在

29、快速過彎時，整車的抓地需求絕大部分交付給了后輪，此時后輪的負擔是很大的，因此一旦后輪因為速度過高，或者路況較差等原因打滑，后輪就會失控，導致無法讓車輛保持既定運行軌跡。通過分析選擇飛行器驅動方式為中置后驅。3.2.3 螺旋槳的傳動機構 螺旋槳的傳動機構主要包括傳動軸、減速器以及電動機組成。由于此設計由8個螺旋槳，此8個螺旋槳各自獨立的完成工作，也必須由8個獨立的電機來控制，電機通過傳動軸連接減速裝置最后連接螺旋槳槳轂槳葉，來帶動螺旋槳的轉動，從而控制整體的運動。減速器的選用：為提高傳動裝置的效率，減少能耗，降低運行費用，所以選用傳動效率較高的齒輪傳動進行傳動。（1）蝸輪蝸桿傳動具有傳動比大，結

30、構緊湊，傳動平穩(wěn)，無噪聲，具有自鎖性；但是其傳動效率低，磨損較嚴重，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接觸的嚙合特點，且重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲小，承載能力強，最小齒數(shù)為5，因而可獲得較大的傳動比和較小的機構尺寸。綜合考慮應選用圓錐齒輪傳動較好。同時考慮到安裝軸承此次采用徑向軸承，由于許用應力： (3-1) 式中：M為離心力，D為內圈滾道直徑，L為滾針總工作長度。實驗證明，當時，根據(jù)電動飛行器總重為2t的設計，小組整體設計需要轉速為7200轉/分的電機作為驅動（傳動比的選取與校核由本小組其他成員設計算出）3.3傳動系統(tǒng)的功能驅動橋的作用是將發(fā)電機發(fā)出的動力傳給

31、驅動車輪；而變矩器、變速箱、主傳動器共同用來實現(xiàn)減速和變速；變速器可用來實現(xiàn)倒駛;離合器和變速器共同作用可以在必要時中斷動力傳遞；差速器起差速作用.3.3.1 電動飛行器傳動系統(tǒng)飛行器的電機所提供的動力要經(jīng)過傳動系統(tǒng)才能到達旋翼，從而旋翼旋轉。其作用是將發(fā)動機的功率和轉速按一定比例傳遞到旋翼、尾槳和個附件。飛行器的性能在很大程度上取決于傳動系統(tǒng)的性能，傳動系統(tǒng)性能的好壞將直接影響飛行器的性能和可靠性。飛行器傳動系統(tǒng)的的典型構成為“三器兩軸”，即：主減速器、尾減速器、中間減速器、動力傳動軸和尾傳動軸。飛行器的發(fā)動機為渦輪軸發(fā)動機，其輸入轉速較高，所以要達到旋翼的設計轉速必須經(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阿帕騎的總傳動比為72.4，“黑鷹”直升機的總傳動比為81.故本飛行器的總傳動比設定為78。直升機的主減速器傳動一般為34級傳動，本飛行器的主減速器分3級傳動，第1、2級為螺旋錐齒輪傳動，第3級為行星齒輪（5個）傳動，起位于主減底部，滾柱式超越離合器被設置在第2級。3.3.2 本飛行器傳動系統(tǒng)的特點（1）高功率重量比飛行器的傳動系統(tǒng)相對于一般的減速傳動系統(tǒng)而言具有更高的功率重量比，作為航空部件必須嚴格控制質量。即便如此，一般情況下主減速器人占據(jù)飛行器總質量的1/71/9，所以為了進一步減輕重量必須采用結構優(yōu)化、潤滑系統(tǒng)優(yōu)化和選用高強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系統(tǒng)故障，進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轉能力。另外傳動系統(tǒng)必須具有一定的抗墜毀行，保證在墜落時傳動系統(tǒng)的零部件不進入駕駛艙。（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、良好的維護性等。飛行器的發(fā)動機主要是渦輪軸發(fā)動機，其轉速很高，但是槳葉的運轉速度由于激波和失速的限制不會很高，所以減速比就會很大，減速級就會增加，這也是傳動系統(tǒng)結構重量相對較大的原因。為了提高傳動的效率減速齒輪一般采用斜齒，而為了提高傳動的平穩(wěn)性，更好的辦法是采用人字齒。傳動系統(tǒng)為單路承載方式，一旦發(fā)生故障將是災難

34、性的，這就要求傳動系統(tǒng)必須具有很高的可靠性。直升機受空間和結構限制，維修較為困難，因此要求傳動系統(tǒng)有良好的維修性。（4）動力學問題突出、壽命要求高飛行器的最突出的問題之一就是振動問題，來自電機、旋翼以及尾槳的激振力相互疊加耦合，使得飛行器的傳動系統(tǒng)承受的載荷十分的復雜。不僅如此，在傳動系統(tǒng)傳動鏈中，各種不同轉速的構件協(xié)同運轉。電機、旋翼系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)之間存在振動耦合。傳動系統(tǒng)結構復雜，零部件數(shù)目較多，易發(fā)生故障和失效，求故障不易檢測，維護性較差，要實現(xiàn)較長的使用壽命具有較大的難度。（5）與普通飛機不同，本飛行器也進行了以下改進：分扭傳動技術的應用，進一步發(fā)展的分扭技術具有高的傳動比、可以減少傳

35、動級數(shù)、效率高、可靠性高、噪聲小、利于減重等優(yōu)點;采用東京周傳動技術，分解旋翼軸的載荷，有利于零部件的設計、減輕重量和提高可靠性;采用高速離合器級數(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計，提高了可靠性，同時減輕了主減速器的重量;采用復合材料傳動軸、復合材料機匣技術來減輕結構重量;采用耐高溫軸承、齒輪材料、提高了傳動的壽命;采用深度氮化甚至納米技術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、軸承等轉動部件膜材副良好的潤滑和冷卻條件.3.4 飛行器傳動軸系的動力學設

36、計飛行器傳動軸系是由多個軸段，聯(lián)軸器以及減速器等組成的傳動鏈。在軸系的橫向彎曲振動設計上有亞臨界設計和超臨界設計兩種形式。由于是電動飛行器，提供的動力有限，故要求傳動軸系重量輕、結構簡單，使得抄臨界設計成為必然。飛行器傳動軸系在結構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)的臨界轉速，另一方面?zhèn)鲃虞S成為柔性軸，由于柔性軸在轉速增長的過程中的自動定心作用，使得傳動軸在未引入任何阻尼的情況下進行超臨界工作成為可能。由于飛行器要求有較大的臨界轉速，而且在運轉過程中必須滿足苛刻的振動限制要求，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速的臨界

37、轉速。對傳動軸系進行動力學設計是飛行器研制中首先要解決的幾個核心問題之一。3.4.1影響臨界轉速的主要因素臨界轉速的確定是飛行器傳動軸系動力學設計中最基本的任務。對于傳動軸系來說，合理配置軸系的臨界轉速，是保證傳動軸系安全可靠性運行的意向重要前提。在傳動軸系設計的各個階段，都必須進行臨界轉速的設計和分析，以便從動力學的角度分析設計的合理性?，F(xiàn)對影響臨界轉速的主要因素進行分析。（1）軸的形狀及材料的影響傳動軸的臨界轉速與軸的形狀尺寸及材料性質關系如下 （3-1）即傳動軸的臨界轉速正比于軸截面的回轉半徑r及軸材料的，反比于跨度的平方。（2）支撐彈性的影響對于安裝在試驗臺架上的飛行器傳動軸系，由于試

38、驗臺架的結構非常牢固，支承是完全剛性的這種假設也是合理的。實際情況是，傳動軸系安裝在本身質量不大，結構又較輕的飛機尾梁上，顯然不能看做理想的剛性支承。這種支承具有彈性，即當受力時，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，設兩個支承的剛度系數(shù)為，軸的剛度系數(shù)為，盤的質量為m,則軸的臨界轉速為 （3-2） ，可以看作一個折合的總剛度系數(shù)。顯然，的存在總使減小，使軸的臨界轉速降低。當無線增大時（剛性支承），.（3）轉矩的影響轉矩的存在回事傳動軸的抗彎剛性降低，因而使臨界轉速下降。對一階臨界轉速，修正公式為 （3-3）式中，為無轉矩軸的臨界轉速；為臨界轉矩，即在此轉矩作用下，軸將失

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

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

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

42、度和角向剛度的變化對軸系各臨界轉速的影響不大或根本沒有影響，因此在進行軸系臨界轉速配置時可以不考慮這幾種因素。第四章 傳動系參數(shù)設計電動飛行器動力傳動系統(tǒng)的設計應該滿足車輛對動力性能的要求和續(xù)駛里程的要求。確定汽車的動力性，就是確定汽車沿行駛方向的運動狀況。我們得到動力性能的要求，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，即驅動力與行駛阻力。根據(jù)這些力的平衡關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驅動力；F行駛阻力之和。4.1 驅動力發(fā)動

43、機產生的轉矩，經(jīng)傳動系傳至驅動輪上。此時作用于驅動輪上的轉矩Tt產生一對地面的圓周力F0，地面對驅動輪的反作用力Ft（方向與F0相反）即是驅動汽車的外力，此外力稱為汽車的驅動力。如圖8所示。其數(shù)值為： （4-2）式中：Tt作用與驅動輪上的轉矩；r車輪半徑。 圖4-1 汽車的驅動力由于電動飛行器采用電動機驅動，所以在電動飛行器中Tt是由電動機輸出的轉矩經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞到車輪上的。令傳動系統(tǒng)總傳動比為i，主減速器的傳動比i0，變速器的傳動比ig，傳動系統(tǒng)的機械效率為t，驅動電動機的輸出轉矩為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，必須克服來自地面的滾動阻力和

44、來自空氣的空氣阻力。當汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服坡度阻力。汽車加速行駛時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滾動阻力；Fw空氣阻力；Fi坡度阻力；Fj加速阻力其中：滾動阻力：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；滾動阻力系數(shù)，與路面種類，行駛車速以及輪胎的結構、材料、氣壓等有關。研究中滾動阻力系數(shù)，按經(jīng)驗公式取值。（1）空氣阻力，根據(jù)理論力學M有 （4-7）式中：空氣阻力系數(shù)；迎風面積，即車輛行駛方向的投影面積；空氣密度，一般1.2258Ns2m-4。相對速度，在無風時即車輛的行駛速度。在無風條件下汽車的運動，即為汽車的行駛

45、速度ua。如ua以kmh計，A以m2計，則空氣阻力(N)為： (4-8)（2）坡度阻力，根據(jù)理論力學M有 (4-9)式中：坡度。一般道路的坡度均較小，此時sin=tan=i。（3）加速阻力，根據(jù)理論力學M有 (4-10)式中：車輛旋轉質量換算系數(shù)；m車輛質量；行駛加速度。這樣，電動飛行器陸地行駛阻力為： (4-11)車輛行駛時，不僅驅動力和行駛阻力相互平衡，電動機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刻，電動機發(fā)出的功率Pe總是等于機械傳動損失的功率與全部運動阻力所消耗的功率之和。在純電動汽車中，Pe為電動機的輸出功率。車輛運動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率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，可得車輛行駛過程中的平衡方程如下： (4-13) （4-14）對純電動汽車而言，式中：Pe電動機輸出功率(kW)；n電動機輸出轉速(rpm)。4.3 傳動比 飛行器的固定減速比為6.3。（1）傳動比的選擇滿足車輛最高車速的要求，由最高車速vmax與電機的最大轉速nmax確定傳動比的上限，即 (4-15)已知最高車速vmax=50km/h，電機的最大轉速nmax=3100，車輪半徑r=0.245，則： （4-16）（2）電機的最高轉速對應的最大輸出轉矩Tmax，和最高車速對應的行駛阻力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) 由電機最大輸出轉矩Tmax和最大爬坡度對應的行駛阻力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 電機參數(shù)設計 設計原則：動力系統(tǒng)的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛、動力系統(tǒng)必須滿足車輛加速性的要求、動力系統(tǒng)必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要求、 動力系統(tǒng)必須滿足車輛以額定轉矩在額定車

48、速行駛的要求、根據(jù)汽車的動力性指標選擇最適合的驅動電機。4.4.1 額定功率 選擇的電動機功率應不小于在平坦良好路面上車輛以最高車速行駛時阻力功率之和，即 （4-19）滿載時：G=800×9.8N，f=0.012，CD=0.4，A=1.8m2，=0.9，ua=50km/h 式中，Pe為電動機額定功率；M為整車總質量；g為重力加速度；f為滾動阻力系數(shù)；Umax為最高車速；Cd為空氣阻力系數(shù)；A為車輛迎風面積；t為傳動系效率。4.4.2 電動機額定轉矩 當飛行器車以額定車速在平地上勻速行駛時，電動機輸出的轉矩即為額定轉矩。 (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，故額定轉矩15.4N / m2大于額定轉速下的轉矩4.76 N / m2。因此電動飛行器滿足陸地行駛條件。4.4.3 傳動軸的校核計算根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖，在確定軸承的支撐點位置時，應從手冊中查取值，對于6205型溝球軸承，支點在球心處。對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)參考文獻直升機原理M得軸的計算應力為： (4-22)已選定軸的材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理，由直升機空氣動力學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）截面的彎曲應力 （4-26）截面上的扭轉切力 （4-27）由資料飛機的電動力技術概述得。截面上由于軸肩形成的理論應力集中系數(shù)及按參考文獻直升機飛行力學D查得 ， (4-28)經(jīng)查值后可查得=1.83，=1.51又由參考文獻空氣螺旋槳理論及應用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M查得扭轉尺寸系數(shù)，