【正文】 眾多因素趨于多元化，綠色的出行方式在眾多出行方式之中順應時代而發(fā)展，這種理念不僅包含對環(huán)境保護的理念，還包括一種健康的生活態(tài)度，以及擁有一段通暢的出行過程。而將飛機和電動汽車融為一體的電動飛行器一定有著廣闊的前景，基于此背景，結合電動汽車及飛機對電動飛行器進行了初步設計分析。中國目前已發(fā)展為世界第二大經濟體，國際地位日益提高，成為引領世界經濟發(fā)展的火車頭，國家經濟的進一步穩(wěn)定發(fā)展，人民的生活也會越來越好，經濟收入也會越來越高，走出戶外，追求健康生活的欲望也越來越高，近些年來的旅游發(fā)展就是最好的體現(xiàn)；國家實行的大小節(jié)假日，實際上就是在積極鼓勵旅游產業(yè)的發(fā)展，旅游行業(yè)的發(fā)展已經成為拉動國家經濟內需發(fā)展的一個主要產業(yè)。 問題提出與初步解決近郊旅游以及短距離一日工作圈的現(xiàn)實狀況，采用的主要交通工具就是小轎車，然而隨著社會的發(fā)展，當前使用的轎車凸顯出很多問題。同時其中所含的多種致癌物質靜如人體會產生持續(xù)刺激從而激發(fā)癌癥；汽車的另一種污染為噪聲污染，人長時間處于噪聲超過安全標準的環(huán)境中，身體健康就會受到不同程度的損害。顯然，進一步使用傳統(tǒng)內燃機技術發(fā)展汽車工業(yè)將會給我國的能源安全和環(huán)境保護造成巨大的壓力。電動飛行器具有推動航空界實現(xiàn)革命性發(fā)展的潛力，因此近年來逐漸成為世界航空界重點發(fā)展的機型之一。美國NASA 系統(tǒng)進行了太陽能飛機設計方法和設計基礎技術的研究，發(fā)布了一些重要技術文獻，成為太陽能飛機和電動力系統(tǒng)設計的重要參考。SolarImpulse 實現(xiàn)了有人駕駛太陽能飛機晝夜連續(xù)飛行技術的突破。其空中飛行時速為193公里，是第二輛也是最后一輛獲得聯(lián)邦航空局承認的兼作汽車使用的飛行器。據(jù)米爾納的網站介紹，Aircar是一款四門四座飛車，飛行中機翼可以向機身后面折疊，此時寬度同豐田花冠汽車一般大小。穆勒國際公司（Moller International）研發(fā)了一款非常成功的汽車電動飛行器Skycar M400并成功生產出了一架。而全世界只生產出了這樣一輛汽車電動飛行器，穆勒國際公司，Moller International現(xiàn)已擬定出出售計劃。 技術支撐隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，我國機械工業(yè)的迅速發(fā)展，新型的交通工具必將逐漸出現(xiàn)，而將飛機螺旋槳和電動汽車融為一體的電動飛行器一定有著廣闊的前景，基于此背景，我們設計者與指導老師對“情侶號”電動飛行器進行了初步設計分析。電動飛行器可以實現(xiàn)低空、低速飛行；以綠色能源為動力，減少污染排放；特別是可在小面積場地垂直起降，省去繁瑣的機場規(guī)劃創(chuàng)建和管理。它可以實現(xiàn)低空、低速飛行；高效節(jié)能、綠色環(huán)保，能夠較好的實現(xiàn)零排放或極低排放能量，特別是可在小面積場地垂直起降，省去繁瑣的機場規(guī)劃創(chuàng)建和管理，轉化效率比燃料型的飛行器高得多；噪聲和振動水平極低，乘坐時候舒適性好（對于軍事用途而言隱蔽性好）；結構簡單，使用時候維護簡單，經濟性好；在路上行駛、無人時可以起飛等。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。 電動飛行器整體架構設計總體布局是電動飛行器設計的重要工作之一，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。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。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，如圖21所示。從而提高在艦艇和山區(qū)部署使用時的作業(yè)效率。底盤主要由傳動系、行駛系、轉向系、和制動系等四大系統(tǒng)組成。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)挠嬎惴治瞿Ｐ颓蟮?，中間減速器主要起改變尾傳動的轉速和方向的作用。（2）氣囊氣囊在汽車正面碰撞時能防止乘員與其前方的物體撞擊。（4）安全玻璃汽車正面或側面碰撞時，乘員頭部往往撞擊風窗玻璃或側窗玻璃而受傷，并且玻璃碎片還會使臉部和眼睛受傷。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。 初步參數(shù)電動飛行器的初步參數(shù)設計機身時，應遵循以下機身設計要求，滿足機身在汽車上的裝載要求。 機身主要幾何參數(shù)的確定（1）重量：2t，不能過重，只得比普通汽車稍重。（5）行駛距離：300km。 因為機身底板只受很小的氣動載荷，幾乎不受結構載荷，所以一層航空層板可以滿足功能強度的要求，能滿足基本強度要求的情況下，對邊緣材料進行一定的修剪，以減輕電動飛行器的重量。也可以控制螺旋槳來行進或控制航向。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。 電動飛行器轉向機的選擇由于研究的是電動飛行器，所以設計的轉向機應該滿足微型車空間小、能源消耗小、成本低等特點，因此我選擇機械轉向系統(tǒng)，轉向機選擇應用最為廣泛、成本最低的結構體積小的齒輪齒條式轉向機。采用側面輸入，中間輸出方案時，與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向對稱平面附近。采用兩端輸入方案時，由于轉向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產生運動干涉。圖22 V形斷面齒條為了使運轉平穩(wěn)性提高，沖擊減小，降低工作噪聲，采用斜齒圓柱齒輪與斜條式轉向器。當車輪跳動、轉向或轉向機工作時，如在齒條上作用有使齒條旋轉的力矩時，應選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉而破壞齒輪、齒條的齒不能正確捏合的情況出現(xiàn)。轉向盤輪轂的細牙內花鍵與轉向軸連接，轉向盤上都裝有喇叭按鈕，有些電動飛行器的轉向盤上還裝有車速控制開關和安全氣囊。 圖33 轉向盤 圖34 萬向節(jié)因為單個十字軸式剛性萬向節(jié)在輸入軸和輸出軸有夾角的情況下，其兩軸的角速度是不相等的，兩軸夾角越大，轉角差越大，萬向節(jié)的不等速特性越嚴重。萬向節(jié)選擇中碳合金鋼，調質處理，滾針軸承材料一般采用。因此主動小齒輪基本尺寸如表32。這些年來，車速逐漸提高，轉向軸上面也要有相應的吸能裝置。表33 式(31)中參數(shù)的值載荷系數(shù)K轉矩( N*mm)133000齒輪模數(shù)齒輪分度園直徑( mm)25齒寬b(0mm)30齒數(shù)比u彈性系數(shù) 節(jié)點區(qū)域系數(shù)重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)④由于選擇的齒輪材料為，因此接觸疲勞極限應為MPa 壽命系數(shù)安全系數(shù)因此 由式(31)得： 滿足齒面接觸疲勞強度（2）齒輪抗彎強度校核由校核齒根彎曲疲勞強度公式： (34)根據(jù)公式(32)、(33)以及查詢資料可得到式(34)中各參數(shù)的值，如表33。 離合器操縱機構的概述離合器是電動飛行器傳動系統(tǒng)中直接與電動機相連接的部件。離合器是設置在電動機與變速器之間的動力傳遞機構，其功用是能夠在必要時中斷動力的傳遞，保證電動飛行器平穩(wěn)地起步；保證傳動系換檔時工作平穩(wěn)；限制傳動系所能承受的最大扭矩，防止傳動系過載。因此本設計選擇單片離合器。當離合器分離時，彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降低踏板力；②膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結構簡單緊湊，軸向尺寸小； 零件數(shù)目少，質量??；③高速旋轉時，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降；④由于膜片彈簧大端面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命；⑤易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長；⑥平衡性好；⑦有利于大批量生產，降低制造成本；但膜片彈簧的制造工藝較復雜，對材料質量和尺寸精度要求高，其非線性特性在生產中不易控制，開口處容易產生裂紋，端部容易磨損。前三種的共同缺點是在連接件之間都有間隙，在傳動中將產生沖擊和噪聲，而且在零件相對滑動中有摩擦和磨損，降低了離合器的傳動效率。壓盤形狀較復雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數(shù)，通常采用灰鑄鐵，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度為170～227HBS。當壓盤工作表面超過180～2000OC時摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器壓盤工作表面的瞬時溫度一般在1800OC以下。改善離合器散熱通風結構的措施有：在壓盤上設置散熱筋，或鼓風筋；在離合器中間壓盤內鑄通風槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風；在離合器外殼內裝導流罩。表34 直徑系數(shù)的取值范圍車型直徑系數(shù)乘用車～～（單片離合器）～（雙片離合器）～摩擦片外徑也可以根據(jù)發(fā)動機最大轉矩（）按如下經驗公式選用 （3－5）式中：直徑系數(shù)取值范圍如表34。表36 離合器后備系數(shù)的取值范圍車 型后備系數(shù)乘用車及最大總質量小于6t的車用車～最大總質量為6～14t的商用車～掛車～(3)單位壓力P的確定摩擦面上的單位壓力P的值和離合器本身的工作條件，摩擦片的直徑大小，后備系數(shù)，摩擦片材料及質量等有關。前面已經初步確定了摩擦片的基本尺寸：外徑 內徑 厚度 內徑與外徑比值 由公式 （3－6）和 （3－7）式中： 壓緊力； 摩擦片的摩擦因數(shù)； 摩擦面數(shù)量（單片，雙片）； 摩擦片的單位壓力, ；得 滿足表37的要求。表37 單位摩擦面積傳遞轉矩的許用值（ ）離合器規(guī)格D/mm210210～250250～325325/單位摩擦面積傳遞轉矩的許用值可選＝（），根據(jù)計算可得出(1)為降低離合器滑磨時的熱負荷，防止摩擦片損傷，對于不同車型，單位壓力的最大范圍為,即(2)為了減少電動飛行器起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應小于其許用值，即 （3－10）式中： 單位摩擦面積滑磨功，焦； 單位摩擦面積滑磨功許用值，焦； 汽車起步時離合器接合一次所產生的總滑磨功， ，焦；對于乘用車：，：，：；可根據(jù)下式計算 （3－11）式中： 汽車總質量，kg； 輪胎滾動半徑，m； 汽車起步時所用變速器檔位的傳動比； 主減速器傳動比； 發(fā)動機轉速，；計算時乘用車取，商用車取。 變速器操縱機構的概述電動飛行器變速器操縱機構作為變速器的控制機構，較之電動飛行器設計中的其它環(huán)節(jié)，只是一個小裝置，但它卻和電動飛行器的正常行駛有著十分緊密的關系，并在變速器的設計中占有重要的地位。自動操縱式機械換檔變速器又稱或稱自動化機械換檔變速器，它是在原手動機械換檔變速器（MT）的基礎上，對其離合器、變速器的控制系統(tǒng)和操縱機構進行改造而形成的。擋數(shù)越多變速器的結構越復雜，并且使輪廓尺寸和質量加大，同時操縱機構復雜，而且在使用時換擋頻率增高并增加了換擋難度。、15176。對于商用車，176。所以普遍采用的壓力角為20176。等，普遍采用30176。選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以15176。設計時應力求中間軸上同時工作的兩對齒輪產生軸向力平衡，以減少負荷提高軸承壽命。倒擋設計為直齒時，在這個擋位上工作時，中間軸上的軸向力不能抵消（但因為擋位使用的少，所以也是允許的），而此時第二軸上沒有軸向力作用，中間軸的受力如圖37所示。 中間軸式為22176。 （4）齒寬在選擇齒寬時，應該注意齒寬對變速器的軸向尺寸、齒輪工作平穩(wěn)性、齒輪強度和齒輪工作時齒寬受力的均勻程度等均有影響。通常根據(jù)齒輪模數(shù)m的大小來選定齒寬b：直齒：b=Kcm，Kc為齒寬系數(shù)，～ 斜齒：b=Kcmn，～若齒頂高系數(shù)小，則齒輪重合度小，工作噪聲大；但因輪齒受到的彎矩減小，輪齒的彎曲應力也減少。 變速器主要零件的設計及校核(1)各擋齒輪齒數(shù)的分配在初選了中心距、齒輪的模數(shù)和螺旋角后，可根據(jù)預先確定的變速器擋數(shù)、傳動比和結構方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。因本設計是輕型載貨汽車中間軸一擋齒輪齒數(shù)選為14，螺旋角選為22176。因為齒輪節(jié)圓直徑d=mz，式中z為齒數(shù)，所以將上述有關參數(shù)帶入式（337）后得 （338）倒擋軸齒輪彎曲應力（從動齒輪）圖39 齒形系數(shù)（2）斜齒輪彎曲應力 （339）式中，圓周力（N）, =2/d；為計算載荷（）；d為節(jié)圓直徑（mm），d=（z）/cos，為法向模數(shù)；為斜齒輪螺旋角；為應力集中系數(shù)，=；b為齒面寬（mm）；t為法向齒距（mm），t=；y為齒形系數(shù)，可按當量齒數(shù)在圖39中查得；為重合度影響系數(shù)，=。 （341） （3） 輪齒的接觸應力 式中：齒輪的接觸應力（MPa）； F 齒面上的法向力（N），； 圓周力在（N）， 節(jié)點處的壓力角（25176。表3