【文章內容簡介】 駛的時候，發(fā)動機將動力傳遞給驅動輪所在的軸； （ 2） 在水中行駛的時候，發(fā)動機將動力傳遞給螺旋槳； （ 3） 入水以及 登陸的時候，驅動輪以及螺旋槳同時工作。 為了實現(xiàn)上述功能，就需要有分動器、螺旋槳，主要靠分動器實現(xiàn)水陸轉化時的動力傳出的轉變。 總體方案的選擇 在陸地上行駛時，和普通汽車一樣，在水中行駛時，靠螺旋槳帶動，此時將車輪收起以減小阻力。為了保證在水中行駛的穩(wěn)定性以及安全性，盡量保證整體的重心偏后，還要在其中加入密封艙。 傳動方式的選擇 依據(jù)“以車為主，車船結合”的理念，先進行陸上行駛的傳動方案的大 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 體設計，再根據(jù)水中行駛的要求進行改進設計。 對于整體的尺寸，選取 馬自達 6 為基本設計模型，選取其 所有的輪距，前后車輪的軸距，以及輪胎的尺寸。 汽車傳動系統(tǒng)分為機械傳動、液力 機械傳動、液力傳動和電傳動等類型。其中機械式傳動系統(tǒng)工作可靠、應用最為廣泛；液力 機械式傳動系統(tǒng)操作簡便，但結構較復雜、造價較高、機械效率較低；靜液式傳動系統(tǒng)存在著機械效率低、造價高、使用壽命和可靠性都不夠理想等缺點；電力式傳動系統(tǒng)使汽車的總體布置簡化、使用壽命延長，但也有質量大、效率低、消耗較多的有色金屬等缺點。綜合以上因素，本設計中選用機械式傳動系統(tǒng)。 傳動系統(tǒng)的布置方案 機械傳動系統(tǒng)的布置方案有：發(fā)動 機前置、后輪驅動的 FR 方案，發(fā)動機前置、前輪驅動的 FF 方案，發(fā)動機后置、后輪驅動的 RR方案，發(fā)動機中置、后輪驅動的 MR 方案，四輪驅動的 4WD 方案等。下面對各布置方案進行分析： （ 1） FR方案：結構簡單、工作可靠； （ 2） FF 方案：將發(fā)動機、變速器、主減速器等都裝置在汽車前面，結構緊湊，操作簡單，但將使整體重心過于偏前，不符合快艇行駛的船舶動力性要求； （ 3） RR 方案：將發(fā)動機、離合器和變速器都置于驅動橋之后，更容易做到總體質量的前后分配，但是在此種情況下，發(fā)動機冷卻情況較差，發(fā)動機和變速器、離合器的操縱機構 都較復雜； （ 4） MR方案：發(fā)動機置于汽車的中部，其優(yōu)缺點介于 FF 和 RR之間； （ 5） 4WD 方案： 越野能力強，但結構復雜，不便于控制，增大了總體質量，不利于水上行駛。 根據(jù)這些資料，考慮選取的汽車模板，選取發(fā)動機前置后輪驅動的方案，在模板的基礎上進行整體的改進，盡量將重心后移，滿足整體的傳動要求。 最終總體布置方案 根據(jù)馬自達 6 的整體尺寸，總體使用機械傳動方案，采用發(fā)動機前置后輪驅動的方案，在能滿足各方面要求的情況下進行總體的設計。 其他方案的確定 輪胎收放系 統(tǒng) 根據(jù)專利 US 2021/0148340，確定了輪胎收放的大體方案，在水中行駛時將輪胎收入車內，減少水腫行駛的阻力，能有效的提高水中的速度和靈活性。 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 方向控制 沿用一般車輛的控制系統(tǒng)，在前輪設置橫向轉向拉桿控制方向。在水中的方向控制主要靠舵的轉動來實現(xiàn)，具體情況本文不做論述。 密封 根據(jù)一般船舶螺旋槳處的密封方法，應用到輪胎和車體以及收放懸架系統(tǒng)和車體之間的密封。 本章小結 本章主要敘述了水陸兩棲快艇陸地上以及水中傳動系統(tǒng)方案的確定，以及輪胎收放系統(tǒng)、方向控制、密封 方面的方案確定。 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 第三章 外形的設計 外形的主要參數(shù) 現(xiàn)在的兩棲交通工具都在追求高速化和便捷化，通過增加發(fā)動機的功率提高總體的速度也使得總體的重量不斷增加，所能提供的功率和總體的重量呈現(xiàn)出飽和的趨勢，目前很難繼續(xù)通過改進發(fā)動機來提高行駛的速度，因此，對于外形的設計成為了比較有價值的研究點。 水陸兩棲快艇的外形，直接和水接觸，是行駛過程中阻力的產生部位，合理的外形能有效的減小阻力的產生，在總體的建模過程中，使用solidworks 進行設計，通過分層設計，以 及對于首部、中部以及尾部的參數(shù)要求，模擬出了一個以跑車外形為理念加入船體外形概念的總體外形。 車輛首部形狀設計 圖 主要船首形狀 經(jīng)過研究表明，水陸兩棲快艇在水中的行駛阻力主要來源于黏壓阻力，它的大小 和船體首部的形狀有著直接關系。車首的形狀設計包括兩個大的方面，一方面是車首的總體外觀構型；另一個方面是車首入流攻角以及車首導流角的設計。車首的入流攻角對于破浪性的有很大的影響，破浪性越好，車首的堵水現(xiàn)象越小，能有效的減小阻力；導流角對于行駛過程中車頭的堵水情況有很大影響，車首堵水會增加首尾的壓力差，從而加大行駛的阻力。 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 車首的總體外觀構型比較經(jīng)典的有下面幾種，如圖 所示。 圖 導流角 圖 入流角 中間截面輪廓設計 水陸兩棲快艇的中間輪廓的設計可以參考滑行艇的形狀?；型У耐庑斡泻芏啵衅降仔?、高速型、圓舭型、 V 型艇、倒 V 型艇和雙體型等。一般認為處于過渡狀態(tài)航行的艇，艇體采用高速圓舭型為宜，船體的各種圓舭型見圖 所示。 過渡型快艇以圓舭型剖面居多，因而很多場合常常稱過渡型快艇為圓舭艇。就一般來說，這種類型的快艇的前部不但呈凸形有比較大的底部斜升角，而向尾部方向凸形變小，斜升角變小，可以趨向于零度。選用這樣的剖面形狀，能有效使快艇在波浪中的沖擊減小，而后體形狀能有效加大水動 力的作 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 用。 現(xiàn)在國內的水陸兩棲輪式車，大多數(shù)使用平底。平底可以增加高速滑行車輛的滑行面積，但是不適用于排水型以及過渡型的車輛。根據(jù)上面的敘述，對所設計的處于過渡階段的水陸兩棲快艇的外形，選用高速斜底圓舭型底面結合車輛實際側面形狀得到中間輪廓。 圖 船體圓舭型 尾部形狀設計 圖 方尾后流動狀態(tài)和虛長度 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 選用方尾，這基本是所有的水面行駛快艇的共同特點。方尾船型最主要的優(yōu)點是能降低高速行駛時快艇總體的阻力。當快艇高速行駛的時候，方尾的下端液面會低于船舷兩側的水面，水 流在船尾的后部形成一個凹槽，就像整個快艇整體的延伸，如圖 a）所示。實際上，船體并沒有這一部分的延伸，所以將延伸的這部分稱為增加了“虛長度”。從阻力的觀點來看，這一部分的相當于增加了船的長度，如圖 ）。由于水線長度的增加，排水量的長度系數(shù)變小了，總的阻力也隨之變小了。有人做過試驗，證明了采用方尾的結構能是阻力下降 10~15％。 整體的成型 根據(jù)上面的參數(shù)，以及考慮外形的美觀程度，參考了跑車的外形，在跑車外形的基礎上進行了適當?shù)男薷摹５贸龅耐庑稳鐖D所示。 圖 基于 solidworks的三維圖 具體的尺寸大小詳見 CAD 繪制的圖樣。 本章小結 本章主要根據(jù)一般船舶外形的各方面尺寸以及外形特性，并根據(jù)選取的模板及一般跑車的外形進行了外形的設計。 首先以 solidworks 為平臺設計了外形，然后在 CAD 圖中進行了具體尺寸的標注。 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 第四章 水陸兩棲快艇總體設計 概述 水陸兩棲快艇是一種在陸地上和水中 性能要求高、負荷變化不大的新型交通工具。各總成本身性能指標 影響 其使用功能的好壞，但 其使用功能的好壞 更主要的 取決于 各總成之間結構性能的協(xié)調 。因此水陸兩棲快艇的總體設計在本設計中是重要的任務之一。 水陸兩棲快艇技術參數(shù)確定 質量參數(shù)的確定 （ 1）水陸兩棲快艇整體質量的估計 由于采用馬自達 6 的整體結構，再加上螺旋槳的 結構，初步估計空車時候的整天質量為 1882kg。車上乘坐人數(shù)為 4 人，在滿人的情況下，每個乘客的體重取為 65kg，經(jīng)計算總重量為： G=1882+65*4=2142kg （ 2） 水路兩棲快艇軸數(shù)和驅動形式的確定 因為總體重量小于 3t，所以 參照一般轎車設計手冊 ，則 可以采用兩軸驅動，其驅動形式為 4? 2，根據(jù)對發(fā)動機選擇與布置方式的論證，采用后輪驅動。 （ 3） 水路兩棲快艇軸荷分配 根據(jù) 馬自達 6，則滿載時前軸允許載質量 810kg,為保證后論上有足夠的附著力，后輪裝用單胎時， 空車后軸負荷應大于 40%，由于發(fā)動機靠前，螺旋槳置后，中心位置基本位于兩軸中間位置，后軸負荷滿足要求。 水路兩棲快艇主要尺寸的確定 （ 1） 水陸兩棲快艇的軸距 沿用馬自達 6 的軸距，軸距為 2675mm。 （ 2） 水陸兩棲快艇的前后輪距 沿用馬自達 6 的前后輪距，為 1540mm。 （ 3） 最小離地距離 沿用馬自達 6 的原始參數(shù)，最小離地距離為 150mm。 水路兩棲快艇主要性能參數(shù)的確定 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 行駛動力性參數(shù)的確定 （ 1） 發(fā)動機的選型 初步?jīng)Q定沿用馬自達 6 的原配發(fā)動機。經(jīng)查閱相關資料了解到，這種發(fā)動機最大功率 為 108kW，最高轉速為 6500rpm，最大扭矩為 183N m/4000rpm，即在 4000rpm 的轉速條件下能達到最大的扭矩，燃油類型為汽油，燃油號為93 號，供油方式是多點電噴。 （ 2） 設計要求的行駛速度 根據(jù)設計要求，要求在陸上行駛速度為 50km/h，在水中的行駛速度為40km/h。 燃料的經(jīng)濟性 根據(jù)選定的發(fā)動機型號，確定發(fā)動機排量為 ，進氣形式為自然吸氣，百公里耗油量約為 5L。 水陸兩棲快艇主要部件的選擇和布置 發(fā)動機的選擇和布置 （ 1） 發(fā)動機的選擇 發(fā)動機已經(jīng)在 上面選定了型號。 （ 2） 發(fā)動機的位置布置 沿用了馬自達 6的各種參數(shù)，因此決定發(fā)動機前置后輪驅動，在設計的時候盡量將發(fā)動機的重心安置在前橋的后端，以使整體重心盡量靠后分布。 這樣的布置盡管增加了中間的傳動軸的長度，但是這樣能使整體重心盡量靠下，使乘客能更貼近地面，增加整體的安定性。 駕駛位置的確定 水陸兩棲快艇駕駛位置應符合駕駛人員在汽車行駛時習慣采用左置形式，考慮在海上形式是的安全性應盡可能降低中心，故其位置安排在前橋之后，發(fā)動機左側（詳見總體結構布局圖）。 傳動系的布置 發(fā)動機， 離合器，變速器連成一體安裝在 前橋梁架 上，為保證乘坐人員的位置， 各部件安放 在水陸兩棲快艇中線 位置 ，通過傳動軸將離合器，分動器，傳動橋，螺旋槳相連。 其中傳動軸是十字萬向聯(lián)軸器。 螺旋槳位置的布置 螺旋槳作為水陸兩棲快艇在水種形式的驅動裝置，宜放在水陸兩棲快艇 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 的末位置，即符合船舶動力學的要求。 懸架系統(tǒng)的布置 水陸兩棲快艇懸架系統(tǒng)除了承受垂直載荷，水平力，驅動或制動力矩之外，還可以承受由于道路不平所以引起的沖擊載荷，并使水陸兩棲快艇在陸地上形式具有良好的乘坐舒適性 。 懸架系統(tǒng)的設計 也是任務之一，此處的詳細情況請見論文后面的介紹。 水陸兩棲快艇材料的選用 玻璃鋼的 相對密度在 — 之間，只有 碳鋼 的 1/4— 1/5，可是 拉伸強度 卻接近，甚至超過碳素鋼，而比 強度 可以與高級合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中，都具有卓越成效。某些環(huán)氧 FRP 的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到 400Mpa以上。 耐腐蝕性好。 對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力 。 可設計性好。 可以根據(jù)產品的形狀、技術要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝 。 可以充分選擇材料來滿足產品的性能，如：可以設計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。 工藝性好。 工藝簡單，可以一次成型，經(jīng)濟效果突出，尤其對形 狀復雜、不易成型的數(shù)量少的產品，更突出它的工藝優(yōu)越性。 因此船體結構決定采用玻璃鋼為材料。 總體布置的計算 軸荷計算以及重心位置的計算 這種計算主要是針對水路兩棲快艇在陸地上行駛時的需要 .據(jù)力矩平衡原理，按下列公式計算各軸的負荷和水陸兩棲快艇的質心位置 （ 4— 1） 式中： ?321 , ggg — 各總成質量， kg； ?321 , lll — 成質心到前軸的距離， m； G — 總質量， kg； L — 重心距前軸長度 ， m； h — 重心距前軸 高度， m。 Ghhghghg GLlglglg ???? ???? ??332211 332211 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 整理數(shù)值后如表所見。 表 4— 1 主要部件的重量