【正文】 、奧迪100型、捷達(dá)和桑塔拉的車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在2300r/min2800r/min的范圍內(nèi)，在此也選取nf為2800r/min。風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片上受到離心力和氣體流動(dòng)壓力的作用其受力情況見(jiàn)圖48和圖49，前者產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，后者產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。其受力情況見(jiàn)葉片受到的全部載荷將通過(guò)葉根傳遞到輪轂上面。其中作用在葉片上的離心力Pc為：圖48：風(fēng)扇葉片拉伸計(jì)算圖 圖49：風(fēng)扇葉片氣流載荷圖 （435）式中m為葉片質(zhì)量，kg。在此選擇工程上常用的風(fēng)扇葉片材料：玻璃纖維強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得ρb=葉片截面示意圖如圖410圖410：葉片截面示意圖葉片質(zhì)量m可表示為： （436）葉片體積V葉可表示為： （437）式中θ如圖410，rad。帶入計(jì)算可得：又ω=2πn=，又有拉伸應(yīng)力σc為： （438）式中Sj為葉片截面面積其值為： （439）帶入數(shù)值計(jì)算可得：氣體的流動(dòng)壓力作用在葉片上的載荷力Ph，其可分解為切向作用力Pu和軸向作用力Pz，見(jiàn)圖49。計(jì)算時(shí)需假設(shè)氣流壓力載荷全部作用于葉片平均半徑處。而切向力Pu由傳動(dòng)功率N軸、葉片數(shù)Z和葉片平均半徑處圓周速度um決定，它們之間有如下關(guān)系： （440）式中N軸為風(fēng)扇軸功率，kW Z 為風(fēng)扇葉片數(shù)，前述取Z=7Um為葉片平均半徑處的圓周速度，m/s又由于N軸可表示為： （441）式中qv，a為空氣流量，前述為qv，a=Pst為風(fēng)扇的靜壓，前述為Pst=200Paηs為風(fēng)扇的靜壓效率，其與風(fēng)扇的效率ηf有如下關(guān)系： （442） 式中nf為風(fēng)扇的效率，據(jù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為nf=， η傳為風(fēng)扇的傳動(dòng)效率，在此取η傳=，則風(fēng)扇靜壓效率為：帶入數(shù)值可計(jì)算出N軸為：又葉片平均半徑處圓周速度um為： （443）式中Dm為葉片平均有效直徑，其表達(dá)式為： （444）帶入數(shù)值計(jì)算可得： 而軸向分力Pz表達(dá)式如下： （445）式中t為葉片平均直徑圓周上的節(jié)距，m。其表達(dá)式為： （446）則帶入數(shù)值計(jì)算為：又彎矩Mh按照?qǐng)D49的受力情況可表示為： （447）式中θh為葉片根部截面的法線與圓周切線之間的夾角，如圖6。其值為θh=90β，β為葉片安裝角，前述為30176。θp為氣壓載荷力與圓周切線之間的夾角，如圖49，其可表達(dá)為： （448）帶入計(jì)算可得：m。又最大彎曲應(yīng)力σh可表示為： （449）式中W為葉片根部斷面的抗彎截面系數(shù)，其值與葉片截面的形狀和尺寸有關(guān)?，F(xiàn)把葉片截面近似滴看成高為δ=，寬為l弧=，則： （450）帶入計(jì)算可得：又葉片根部總應(yīng)力σy可表示為： （451）帶入數(shù)值計(jì)算可得：又安全系數(shù)n要滿足以下方程式： （452）式中σs為葉片材料的屈服極限，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得玻璃纖維強(qiáng)聚丙烯的屈服極限σs=78MPa [n]為許用安全系數(shù)，取[n]=5帶入計(jì)算則有：則葉片強(qiáng)度滿足。 前以述及，葉片數(shù)為Z=7，需要進(jìn)行靜平衡計(jì)算，其方法如下：按設(shè)計(jì)的葉片間夾角，分兩邊作矢量圖，角度差不大于2176。，按要求反復(fù)調(diào)整，直到達(dá)到要求為止。由于7葉片數(shù)的冷卻風(fēng)扇設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，本風(fēng)扇葉片間夾角可借鑒之。風(fēng)扇的安裝條件對(duì)風(fēng)扇性能的影響很大，如果設(shè)計(jì)優(yōu)良的風(fēng)扇其安裝條件很差，則其性能也不能充分發(fā)揮出來(lái)，下面就軸向間隙和徑向間隙來(lái)選擇安裝。，為改善風(fēng)扇的能力、壓頭及效率，通常情況下會(huì)在葉片端部安裝一個(gè)圓環(huán)，由試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)所得徑向間隙與風(fēng)扇直徑之比每增加1%，風(fēng)流量便下降25%4%，效率便下降2%3%，為了充分發(fā)揮風(fēng)扇的冷卻效果，本系統(tǒng)風(fēng)扇選擇葉片與護(hù)風(fēng)圓環(huán)之間選擇間隙配合，參看附錄風(fēng)扇裝配圖。，由實(shí)驗(yàn)克得，軸流風(fēng)扇前端與散熱器距離應(yīng)該大于50mm，在此選擇為80mm。首先根據(jù)要傳遞的功率和工作條件確定計(jì)算功率Pca，其表達(dá)式如下： （453）式中KA是工作情況系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得本文設(shè)計(jì)風(fēng)扇為載荷變動(dòng)微小的通風(fēng)機(jī)，其取值為KA=。 P為傳遞功率， Pca為計(jì)算功率，kW。帶入計(jì)算得：又由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為2800r/min，則根據(jù)圖411:V帶選型圖可選擇Y型V帶圖411：普通V帶選型圖查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)從普通V帶Y型帶的基準(zhǔn)直徑系列中選擇小帶輪的直徑dd1為100mm。又由于大帶輪直徑dd2=idd1，則有：則帶速v可根據(jù)下式計(jì)算出來(lái)： （454）在V帶傳輸?shù)恼７秶鷥?nèi)。在大小帶輪的基準(zhǔn)直徑確定后，可以根據(jù)傳動(dòng)總體尺寸的限制和要求確定中心距a，并進(jìn)一步選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld。由于V帶傳動(dòng)中心距應(yīng)滿足下列條件： （455）帶入計(jì)算則有：根據(jù)布局條件初選中心距為150mm。又V帶長(zhǎng)度可表示為： （456）帶入計(jì)算則有：則傳動(dòng)實(shí)際中心距a為： （457）小帶輪上的包角可表示為： （458）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇Ld=630mm，相應(yīng)的帶長(zhǎng)修正系數(shù)為KL=。接著確定V帶的根數(shù)Z，其表達(dá)式如下： （459）式中P0為V帶基本額定功率，可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查出，ΔP0為傳動(dòng)比不為1時(shí)，單根V帶的額定功率增量，也可查手冊(cè)得出，Kα為包角不為180176。時(shí)的包角修正系數(shù)，也可查手冊(cè)得到，帶入計(jì)算可得：則在此在此選擇Z=4由于帶輪的安裝條件已知，大帶輪安裝直徑為50mm，小帶輪的安裝直徑為20mm。又V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪直徑dd≤（d為安裝直徑）時(shí)可采用實(shí)心式，當(dāng)dd≤300mm時(shí)可采用腹板式。據(jù)此大帶輪選擇實(shí)心式，小帶輪選擇腹板式。至于帶輪結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部分在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上都有規(guī)定，這里就不一一說(shuō)明了，具體結(jié)構(gòu)參看附錄大小帶輪的零件圖。由于軸傳遞的功率與扭矩之間存在以下關(guān)系： （460）式中T為軸所受的扭矩，P為風(fēng)扇的功率，W，在此為647Wω為風(fēng)扇角速度，帶入計(jì)算則有：又由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τr可表示為： （461）式中τr為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPaWT為軸的抗扭截面系數(shù)，mm3，可表示為πd3/16則軸的軸徑可表示為： （462）式中[τT]為許用切應(yīng)力，查手冊(cè)常用幾種材料的許用應(yīng)力表可得45號(hào)鋼的需用應(yīng)力在2545MPa之間則有：在此選擇最小軸徑為10mm。又由于風(fēng)扇上的力是是成圓周分布在葉片平均直徑處所以，軸主要受到的是扭矩，在此并不需要進(jìn)行彎矩校核。軸的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)參看附錄軸的零件圖。，錐度為1:50，長(zhǎng)度為10mm的圓錐銷，其強(qiáng)度應(yīng)該滿足下列條件： （463）式中d為圓錐銷平均直徑，D為安裝處軸的直徑，在此為12mmT為傳遞的扭矩，τP為材料的需用切應(yīng)力，常用銷的材料的80MPa帶入計(jì)算則有：則傳動(dòng)銷設(shè)計(jì)合理。其他零件諸如節(jié)溫器，水箱蓋等等根據(jù)需要選購(gòu)即可，這里就不一一贅言了。第5章 總結(jié)與展望 本文工作總結(jié)無(wú)人機(jī)技術(shù)是反應(yīng)國(guó)家科學(xué)技術(shù)實(shí)力的高新技術(shù)，其整機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜、涉及的學(xué)科專業(yè)極廣、技術(shù)含量很高。無(wú)人機(jī)所搭載的發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，可以說(shuō)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，而優(yōu)良的散熱系統(tǒng)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作的先決條件。當(dāng)前無(wú)人機(jī)的使用環(huán)境和用途，給無(wú)人機(jī)在安全性、可靠性和使用效率等方面提出了更高的要求。當(dāng)然，作為無(wú)人機(jī)的主要組成部分，散熱系統(tǒng)也應(yīng)該朝著這幾個(gè)方面的高要求來(lái)發(fā)展。于是本課題就致力于為某型無(wú)人直升機(jī)設(shè)計(jì)一套性能優(yōu)良的散熱系統(tǒng)。本文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：，把它們從次載荷艙換到主載荷艙，讓無(wú)人機(jī)有效的空間得到最大程度的利用。，設(shè)計(jì)出了滿足散熱要求的散熱水箱、散熱水泵和散熱風(fēng)扇等散熱系統(tǒng)中的重要的零部件。，利用帶傳動(dòng)和十字萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的原理實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇傳動(dòng)中遇到的提速和不平行軸之間的傳動(dòng)問(wèn)題。當(dāng)然在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了不少問(wèn)題。畢竟無(wú)人機(jī)技術(shù)通常和軍工技術(shù)有著密切的聯(lián)系，很多時(shí)候需要的參考資料并不是很容易得到，在設(shè)計(jì)初期就由于冷卻液的相關(guān)參數(shù)傷透了腦筋，最終通過(guò)“曲線救國(guó)”的方式查閱汽車?yán)鋮s方面的書(shū)籍才找到相關(guān)數(shù)據(jù)，從中我們可以了解到閉門造車是不行的，我們要觸類旁通，思維要活。在設(shè)計(jì)的中后期，冷卻風(fēng)扇的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)時(shí)，我也遇到了問(wèn)題，當(dāng)時(shí)怎么也找不到合適的方案，最終在與同學(xué)和老師的探討下，總算是在一定程度上得到了解決，可見(jiàn)合作討論的重要性。總之，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)檢驗(yàn)和提升大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的良好機(jī)會(huì)，在這期間有由于冥思苦想而問(wèn)題得不到解決而苦惱過(guò)，有因?yàn)閱?wèn)題得到解決而狂喜過(guò)，這一切到最后將變成一生中難以抹去的記憶。 研究展望總結(jié)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，雖然說(shuō)做了一些工作也解決了一些問(wèn)題，但是由于在理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面存在著一定的缺陷和設(shè)計(jì)條件的有限，設(shè)計(jì)成果還是略顯粗糙。很多設(shè)計(jì)所需要的數(shù)據(jù)都不能直接推算或從實(shí)驗(yàn)中得到，只能利用經(jīng)驗(yàn)公式和前人實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計(jì)精度上得不到保證。希望以后能多積累工程經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)熱力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)等方面的知識(shí)，從而更好地完善無(wú)人機(jī)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。