【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(yīng)時代而發(fā)展，這種理念不僅包含對環(huán)境保護(hù)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(jī)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(jié)合電動汽車及飛機(jī)對電動飛行器進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)分析。中國目前已發(fā)展為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，國際地位日益提高，成為引領(lǐng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的火車頭，國家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步穩(wěn)定發(fā)展，人民的生活也會越來越好，經(jīng)濟(jì)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(shí)行的大小節(jié)假日，實(shí)際上就是在積極鼓勵旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，旅游行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為拉動國家經(jīng)濟(jì)內(nèi)需發(fā)展的一個主要產(chǎn)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(shí)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(dāng)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(zhì)靜如人體會產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中，身體健康就會受到不同程度的損害。顯然，進(jìn)一步使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)將會給我國的能源安全和環(huán)境保護(hù)造成巨大的壓力。電動飛行器具有推動航空界實(shí)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(diǎn)發(fā)展的機(jī)型之一。美國NASA 系統(tǒng)進(jìn)行了太陽能飛機(jī)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)的研究，發(fā)布了一些重要技術(shù)文獻(xiàn)，成為太陽能飛機(jī)和電動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參考。SolarImpulse 實(shí)現(xiàn)了有人駕駛太陽能飛機(jī)晝夜連續(xù)飛行技術(shù)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(rèn)的兼作汽車使用的飛行器。據(jù)米爾納的網(wǎng)站介紹，Aircar是一款四門四座飛車，飛行中機(jī)翼可以向機(jī)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(chǎn)出了一架。而全世界只生產(chǎn)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(jì)劃。 技術(shù)支撐隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，我國機(jī)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(jī)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(shè)計(jì)者與指導(dǎo)老師對“情侶號”電動飛行器進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)分析。電動飛行器可以實(shí)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(jī)場規(guī)劃創(chuàng)建和管理。它可以實(shí)現(xiàn)低空、低速飛行；高效節(jié)能、綠色環(huán)保，能夠較好的實(shí)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(jī)場規(guī)劃創(chuàng)建和管理，轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單，使用時候維護(hù)簡單，經(jīng)濟(jì)性好；在路上行駛、無人時可以起飛等。機(jī)身是電動飛行器的基體，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。 電動飛行器整體架構(gòu)設(shè)計(jì)總體布局是電動飛行器設(shè)計(jì)的重要工作之一，電動飛行器總體構(gòu)架可分為基體、旋翼、尾槳、起落裝置、發(fā)動機(jī)艙、傳動裝置以及其他系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)等部件結(jié)構(gòu)或組件結(jié)構(gòu)。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。發(fā)電機(jī)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(jī)帶動發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能和電池輸出的電能，共同輸出到電動機(jī)來驅(qū)動汽車行駛，電力驅(qū)動是唯一的驅(qū)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(zhuǎn)向系、和制動系等四大系統(tǒng)組成。而固定連接點(diǎn)的支撐反力則應(yīng)通過對傳力路線的分析后，建立適當(dāng)?shù)挠?jì)算分析模型求得，中間減速器主要起改變尾傳動的轉(zhuǎn)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(cè)面碰撞時，乘員頭部往往撞擊風(fēng)窗玻璃或側(cè)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(diào)節(jié)電動機(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。 初步參數(shù)電動飛行器的初步參數(shù)設(shè)計(jì)機(jī)身時，應(yīng)遵循以下機(jī)身設(shè)計(jì)要求，滿足機(jī)身在汽車上的裝載要求。 機(jī)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?yàn)闄C(jī)身底板只受很小的氣動載荷，幾乎不受結(jié)構(gòu)載荷，所以一層航空層板可以滿足功能強(qiáng)度的要求，能滿足基本強(qiáng)度要求的情況下，對邊緣材料進(jìn)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(jìn)或控制航向。通過改變蓄電池的供油量，可以改變電動機(jī)的輸出功率，來控制旋翼的轉(zhuǎn)速。 電動飛行器轉(zhuǎn)向機(jī)的選擇由于研究的是電動飛行器，所以設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向機(jī)應(yīng)該滿足微型車空間小、能源消耗小、成本低等特點(diǎn)，因此我選擇機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向機(jī)選擇應(yīng)用最為廣泛、成本最低的結(jié)構(gòu)體積小的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)。采用側(cè)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?qū)ΨQ平面附近。采用兩端輸入方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動干涉。圖22 V形斷面齒條為了使運(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器。當(dāng)車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向機(jī)工作時，如在齒條上作用有使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確捏合的情況出現(xiàn)。轉(zhuǎn)向盤輪轂的細(xì)牙內(nèi)花鍵與轉(zhuǎn)向軸連接，轉(zhuǎn)向盤上都裝有喇叭按鈕，有些電動飛行器的轉(zhuǎn)向盤上還裝有車速控制開關(guān)和安全氣囊。 圖33 轉(zhuǎn)向盤 圖34 萬向節(jié)因?yàn)閱蝹€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(zhuǎn)角差越大，萬向節(jié)的不等速特性越嚴(yán)重。萬向節(jié)選擇中碳合金鋼，調(diào)質(zhì)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(zhuǎn)向軸上面也要有相應(yīng)的吸能裝置。表33 式(31)中參數(shù)的值載荷系數(shù)K轉(zhuǎn)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(diǎn)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(yīng)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(qiáng)度（2）齒輪抗彎強(qiáng)度校核由校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(jī)構(gòu)的概述離合器是電動飛行器傳動系統(tǒng)中直接與電動機(jī)相連接的部件。離合器是設(shè)置在電動機(jī)與變速器之間的動力傳遞機(jī)構(gòu)，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(shè)計(jì)選擇單片離合器。當(dāng)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(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸??； 零件數(shù)目少，質(zhì)量??；③高速旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長；⑥平衡性好；⑦有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本；但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對材料質(zhì)量和尺寸精度要求高，其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。前三種的共同缺點(diǎn)是在連接件之間都有間隙，在傳動中將產(chǎn)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(fù)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(dāng)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(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)置散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)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(jī)最大轉(zhuǎn)矩（）按如下經(jīng)驗(yàn)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(zhì)量小于6t的車用車～最大總質(zhì)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(zhì)量等有關(guān)。前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的基本尺寸：外徑 內(nèi)徑 厚度 內(nèi)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(zhuǎn)矩的許用值（ ）離合器規(guī)格D/mm210210～250250～325325/單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值可選＝（），根據(jù)計(jì)算可得出(1)為降低離合器滑磨時的熱負(fù)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(yīng)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(chǎn)生的總滑磨功， ，焦；對于乘用車：，：，：；可根據(jù)下式計(jì)算 （3－11）式中： 汽車總質(zhì)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(jī)轉(zhuǎn)速，；計(jì)算時乘用車取，商用車取。 變速器操縱機(jī)構(gòu)的概述電動飛行器變速器操縱機(jī)構(gòu)作為變速器的控制機(jī)構(gòu)，較之電動飛行器設(shè)計(jì)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(guān)系，并在變速器的設(shè)計(jì)中占有重要的地位。自動操縱式機(jī)械換檔變速器又稱或稱自動化機(jī)械換檔變速器，它是在原手動機(jī)械換檔變速器（MT）的基礎(chǔ)上，對其離合器、變速器的控制系統(tǒng)和操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造而形成的。擋數(shù)越多變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時操縱機(jī)構(gòu)復(fù)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(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過大的螺旋角，以15176。設(shè)計(jì)時應(yīng)力求中間軸上同時工作的兩對齒輪產(chǎn)生軸向力平衡，以減少負(fù)荷提高軸承壽命。倒擋設(shè)計(jì)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?yàn)閾跷皇褂玫纳?，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(yīng)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(qiáng)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(yīng)力也減少。 變速器主要零件的設(shè)計(jì)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(yù)先確定的變速器擋數(shù)、傳動比和結(jié)構(gòu)方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)。因本設(shè)計(jì)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?yàn)辇X輪節(jié)圓直徑d=mz，式中z為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)帶入式（337）后得 （338）倒擋軸齒輪彎曲應(yīng)力（從動齒輪）圖39 齒形系數(shù)（2）斜齒輪彎曲應(yīng)力 （339）式中，圓周力（N）, =2/d；為計(jì)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(yīng)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(dāng)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(yīng)力 式中：齒輪的接觸應(yīng)力（MPa）； F 齒面上的法向力（N），； 圓周力在（N）， 節(jié)點(diǎn)處的壓力角（25176。表3