电动飞行器系统毕业设计论文

1、-目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 绪论31.1 选题依据及研究意义31.2 问题提出与初步解决31.2.1 问题的提出31.2.2 初步解决41.3 国内外研究现状41.4 技术支撑51.5 应用前景5第2章 电动飞行器的初步设计72.1 电动飞行器的总体设想72.1.1 电动飞行器的整体设计72.1.2 电动飞行器整体架构设计72.1.3 电动飞行器动力平衡设计82.1.4 电动飞行器螺旋桨的设计82.1.5 电动飞行器底盘设计92.1.6 电动飞行器传动机构的设计92.1.7 电动飞行器逃生机构的设计92.1.8 电动飞行器操控装置的设计102.2 初步参数电动飞行器的初步参数11

2、2.2.1 机身主要几何参数的确定11第3章 电动飞行器操控装置的设计133.1 电动飞行器转向机及转向操纵机构的概述133.1.1 电动飞行器转向机的选择133.1.2 电动飞行器转向操纵机构的组成153.2 转向机及转向操纵机构的设计及计算163.2.1 初定转向机尺寸163.2.2 转向操纵机构的计算173.2.3 转向齿轮的强度校核173.3 电动飞行器离合器操纵机构的设计及计算193.3.1 离合器操纵机构的概述193.3.2 离合器操纵机构的选择193.3.3 离合器基本机构参数的确定213.4 电动飞行器变速器操纵机构的设计263.4.1 变速器操纵机构的概述263.4.2 变速

3、器操纵机构主要参数的选择273.4.3 变速器主要零件的设计及校核303.4.4 齿轮强度验算333.4.5 轴的设计及强度计算363.5电动飞行器液压升降控制机构的设计及计算423.5.1液压升降控制机构的概述433.5.2液压升降控制机构的选择433.5.3 液压升降控制机构的结构及零件的设计453.5.4液压升降控制机构支架和下底板结构的确定48第4章 结论53参考文献54致 谢55摘 要随着城市里环境建设和规模的发展，人们的生活质量和生活水平都在不断的提高。城市里的交通压力和环境污染日渐严重，人们的出行选择也因众多因素趋于多元化，绿色的出行方式在众多出行方式之中顺应时代而发展，这种理念

4、不仅包含对环境保护的理念，还包括一种健康的生活态度，以及拥有一段通畅的出行过程。而将飞机和电动汽车融为一体的电动飞行器一定有着广阔的前景，基于此背景，结合电动汽车及飞机对电动飞行器进行了初步设计分析。根据设计任务书，本设计的主要任务是对电动飞行器的操控装置进行设计，结合空气动力学和材料力学性能，设计空气阻力较小和轻便的机身，同时运用直升机原理、电动汽车理论及新能源相关知识，最终设计出可双人乘坐的电动飞行器。 关键词：电动飞行器；操控装置；直升机原理；新能源ABSTRACTWith the protruding of urban traffic problems and the developm

5、ent of science and technology, new means of transport will gradually appear, and integrate aircraft and the electric car electric vehicle must have a broad prospect, based on this background, our designer and guidance teacher to lovers electric vehicle are analyzed in the preliminary design. Accordi

6、ng to the specification, I for electric vehicle is the main task of the control device design, combination of air dynamics and mechanics of materials performance, air resistance is small and lightweight body design, at the same time by using the principle of the helicopter, car theory and knowledge

7、of the new energy, finally can double in electric vehicle design.Key words：Electric vehicle；device design；Principle of the helicopter； The new energy第1章 绪论电动飞行器的设想是应当今社会发展而提出的。1.1 选题依据及研究意义随着“十二五规划”的部署，国家更加坚定了发展经济的战略决策。中国目前已发展为世界第二大经济体，国际地位日益提高，成为引领世界经济发展的火车头，国家经济的进一步稳定发展，人民的生活也会越来越好，经济收入也会越来越高，走出户外

8、，追求健康生活的欲望也越来越高，近些年来的旅游发展就是最好的体现；国家实行的大小节假日，实际上就是在积极鼓励旅游产业的发展，旅游行业的发展已经成为拉动国家经济内需发展的一个主要产业。国家旅游产业的兴旺发展，不仅吸引了大量国内游客，而且也带动了国外游客的中国旅游，各大名胜高峰期游客大量拥挤。导致事故增加，严重影响游客心情；为此国家近年来积极发展近郊旅游，以旅游发展促进当地经济发展。此外国家实行建设新农村的决策，特别是由城市带动周边乡镇发展，家庭轿车的大量增加，虽然国家道路交通也在大力发展，但是人就满足不了日益严重的交通拥挤与堵塞问题，而且有愈来愈严重的趋势，高峰期特别是大小节假日的拥挤与堵塞，就

9、是最好的表现。1.2 问题提出与初步解决近郊旅游以及短距离一日工作圈的现实状况，采用的主要交通工具就是小轿车，然而随着社会的发展，当前使用的轿车凸显出很多问题。1.2.1 问题的提出随着燃油汽车的迅速发展及大量普及，它在给人类带来便捷舒适的同时，也带来了两大问题：环境的污染和能源的消耗。有资料表明，当今世界的汽车每天向大气排放约2亿吨有害气体，占大气污染总量的60%以上，汽车排放污染已成为当今大气最大的污染源，在这些汽车废气当中有存在着大量对人体有害的物质。这些有害物质不断造成人们的呼吸道疾病以及生理机能障碍。同时其中所含的多种致癌物质静如人体会产生持续刺激从而激发癌症；汽车的另一种污染为噪声

10、污染，人长时间处于噪声超过安全标准的环境中，身体健康就会受到不同程度的损害。总体讲我国的石油资源是很缺乏的。2000年原油产量1.6亿吨，进口原油0.73亿吨，成品油0.3亿吨，国内产量2亿吨，进口1.6亿吨，这意味着45%要靠进口。空气污染最严重的十个城市中有7个在中国。显然，进一步使用传统内燃机技术发展汽车工业将会给我国的能源安全和环境保护造成巨大的压力。面临如此严峻的形式我国必修认真思考汽车工业的未来发展。1.2.2 初步解决电动飞行器是指采用电动力系统、以电能作为推进能源的飞机，它的优点是可以实现低空、低速飞行；高效节能、绿色环保，能够较好的实现零排放或极低排放能量特别是可在小面积场地

11、垂直起降，省去繁琐的机场规划创建和管理，转化效率比燃料型的飞行器高得多；噪声和振动水平极低，乘坐时候舒适性好（对于军事用途而言隐蔽性好）；结构简单，使用时候维护简单，经济性好；在路上行驶、无人时可以起飞等。同时，由于高空含氧量低，飞机性能受到极大限制，飞机不受含氧量限制，更是一个新的突破口。电动飞行器具有推动航空界实现革命性发展的潜力，因此近年来逐渐成为世界航空界重点发展的机型之一。1.3 国内外研究现状新型近距离交通工具的开发和研究，国内国外都有很多的形式，但都不是太近如人意。电动飞机技术的真正发展从1974 年Boucher 研制成功第1架太阳能电动无人飞机Sunrise开始。20 世纪7

12、0年代末80 年代末，McCready、Rochelt 等分别在有人太阳能飞机研制方面取得突破7-8。美国NASA 系统进行了太阳能飞机设计方法和设计基础技术的研究，发布了一些重要技术文献，成为太阳能飞机和电动力系统设计的重要参考。20世纪90年代至今，太阳能无人机技术不断地向前发展的趋势。NASA/AirEnvirmentPathfinder系列实现了昼夜连续飞行，多次创造飞行高度纪录的9-10；欧洲的Solitair、Heliplat、Skysailor 等项目取得一定成果11，Zypher 创造长续航时间纪录；Solar Eagle 等超高航时太阳能无人机正在发展中。Eri Raymon

13、d、Rudolf Voit-Nitschmann 等使有人太阳能飞机的实用性有所提升。SolarImpulse 实现了有人驾驶太阳能飞机昼夜连续飞行技术的突破。莫尔泰勒设计了一款非常成功的汽车电动飞行器，Aero-car可流畅地实现陆空行驶的交替进行。泰勒使用玻璃钢材料作为汽车车身，约3米长的传动轴连接着发动机和螺旋推动器。其空中飞行时速为193公里，是第二辆也是最后一辆获得联邦航空局承认的兼作汽车使用的飞行器。1970年，福特汽车公司甚至考虑生产Aero-car系列汽车电动飞行器，但随后长达十年的石油危机使那些计划均告破灭。另一款颇富前景的设计来自于华盛顿州温哥华市的米尔纳莫托斯公司(Mil

14、ner Motors)设计的飞车Air-car。据米尔纳的网站介绍，Air-car是一款四门四座飞车，飞行中机翼可以向机身后面折叠，此时宽度同丰田花冠汽车一般大小。它采用两个导空局承认的兼作汽车使用的飞行器。1970年，福特汽车公司甚至考虑生产Aero-car系列汽车电动飞行器，但随后长达十年的石油危机使那些计划均告破灭。但是其常规的布局让其看起来更像是一架电动飞行器，而且主翼没有设计旋转机构，对于真正的汽车电动飞行器来说，收放主翼会是一件很麻烦的事情，所以我们仅仅对其部分内容作参考。穆勒国际公司（Moller International）研发了一款非常成功的汽车电动飞行器Skycar M40

15、0并成功生产出了一架。“Sky car”M400型的车身旁有4个发动机舱，装备8台改进型转子发动机，功率474千瓦，发动机舱可旋转45，舱内的2个可偏转风扇能改变气流方向45，使乘坐4人的M400能垂直起降，在空中盘旋和和悬停。而全世界只生产出了这样一辆汽车电动飞行器，穆勒国际公司，Moller International现已拟定出出售计划。然而目前的汽车电动飞行器研究，多数以不可再生资源石油为动力源，尾气排放对环境污染较为严重，同时以上设计的飞行汽车需要借助跑道起飞，展开式的机翼占用空间较大。结合指导老师的思路，我们可以依据目前新能源的发展，选用相对较为合理的蓄电池驱动，同时参考空气力学，设

16、计相对节省空间的机身，设计旋翼实现垂直起降。电动飞行器在未来的市场应用将有巨大的空间，绿色环保，价格合理，满足人们的交通需求。1.4 技术支撑随着现代科技的发展，我国机械工业的迅速发展，新型的交通工具必将逐渐出现，而将飞机螺旋桨和电动汽车融为一体的电动飞行器一定有着广阔的前景，基于此背景，我们设计者与指导老师对“情侣号”电动飞行器进行了初步设计分析。1.5 应用前景电动飞行器，也可称为电动飞行汽车，即可以像电动汽车一样在陆地上奔跑，又可以像直升电动飞行器一样在空中飞行，是既环保又便利的未来交通工具。于是电动飞行器凭借着它独有的优势，逐渐进入人们的眼界并越来越被重视，我们可以借助它实现便捷环保的

17、出行，电动飞行器一些明显的优点如下：（1）与普通汽车相比，它可以避开拥堵的交通，电力驱动环保节约资源，速度较快，可以节约宝贵的时间。 （2）与飞机相比，不用按照航班要求时间出行，出发地和目的地的交通工具可以自己解决，可以减少不少麻烦。电动飞行器可以实现低空、低速飞行；以绿色能源为动力，减少污染排放；特别是可在小面积场地垂直起降，省去繁琐的机场规划创建和管理。在这种背景下，减少交通拥挤，减少环境污染，合理利用资源的电动飞行器，将满足人们的交通需求，创造可持续发展交通体系，以最少的社会成本实现最大的交通效率和生活质量。同时，由于高空含氧量低，飞机性能受到极大限制，电动电动飞行器不受含氧量限制，更是

18、一个新的突破口。第2章 电动飞行器的初步设计电动飞行器是指采用电动力系统、以电能作为推进能源的飞机。它可以实现低空、低速飞行；高效节能、绿色环保，能够较好的实现零排放或极低排放能量，特别是可在小面积场地垂直起降，省去繁琐的机场规划创建和管理，转化效率比燃料型的飞行器高得多；噪声和振动水平极低，乘坐时候舒适性好（对于军事用途而言隐蔽性好）；结构简单，使用时候维护简单，经济性好；在路上行驶、无人时可以起飞等。2.1 电动飞行器的总体设想电动飞行器是一种刚刚发展起来的一种新型飞行器。它主要由电动飞行器的整体设计、整体架构设计、动力平衡设计、螺旋桨的设计、底盘的设计、传动机构的设计、逃生机构的设计及操

19、控装置的设计八部分构成。2.1.1 电动飞行器的整体设计电动飞行器总体构架可分为基体、旋翼、尾桨、起落装置、发动机舱、传动装置以及其他系统的受力结构等部件结构或组件结构。机身是电动飞行器的基体，它主要用于支持和固定电机、主减速器、旋翼、尾桨和起落装置等部件支持和容纳操纵系统、液压系统也支持和容纳电气、电子、仪表等机载设备。旋翼是电动飞行器的象征，也是飞行器的关键部分，它不仅提供飞行器的升力和前进力，而且提供飞行器的纵向和横向操纵力矩。旋翼和尾桨协同实现飞行器的航向操控。起落装置是飞行器是直升机于用于起飞、着陆、滑跑、滑行和停放的专门装置。2.1.2 电动飞行器整体架构设计总体布局是电动飞行器设

20、计的重要工作之一，电动飞行器总体构架可分为基体、旋翼、尾桨、起落装置、发动机舱、传动装置以及其他系统的受力结构等部件结构或组件结构。机身是电动飞行器的基体，它主要用于支持和固定电机、主减速器、旋翼、尾桨和起落装置等部件支持和容纳操纵系统、液压系统也支持和容纳电气、电子、仪表等机载设备。旋翼是电动飞行器的象征，也是飞行器的关键部分，它不仅提供飞行器的升力和前进力，而且提供飞行器的纵向和横向操纵力矩。旋翼和尾桨协同实现飞行器的航向操控。起落装置是飞行器是直升机于用于起飞、着陆、滑跑、滑行和停放的专门装置。2.1.3 电动飞行器动力平衡设计 动力系统主要是电动机装置，此电动机是以蓄电池为原料带动螺旋

21、桨，由螺旋桨产生推（拉）力为飞行器提供动能。混合动力装置由发动机、发电机和驱动电动机三大主要部件总成组成。发动机仅仅用于发电，发电机所发出的电能供给电动机，电动机驱动汽车行驶。发电机发出的部分电能向电池充电，延长混合动力电动汽车的行驶里程由发动机带动发电机所产生的电能和电池输出的电能，共同输出到电动机来驱动汽车行驶，电力驱动是唯一的驱动模式，如图2-1所示。图2-1 电动汽车动力平衡系统简图2.1.4 电动飞行器螺旋桨的设计相比于单桨直升机而言，四桨直升机有更好的飞行稳定性，和悬停能力，对侦察拍照，航空测绘等具有强劲优势。采用四螺旋桨设计可以在现有技术水平上提高直升机的机动性和运载能力，其表现

22、在： 首先，四螺旋桨直升机与传统单螺旋桨直升机在形态上有明显的区别。四螺旋桨直升机不需要尾桨来保持方向稳定，可以解决现代单桨直升机空间利用率低的问题。从而提高在舰艇和山区部署使用时的作业效率。 其次，相比于H46等双桨直升机，四桨可以提供更好的悬停性能与更强大的运载能力，可以用作更稳定的高空作业平台或大型运输工具。 另外，由四个螺旋桨分担目前由一个或两个螺旋桨完成的动力要求可以降低每个螺旋桨的负担，降低噪音。 2.1.5 电动飞行器底盘设计底盘是电动飞行器总体布置的基础，是电动飞行器的重要组成部分。底盘主要由传动系、行驶系、转向系、和制动系等四大系统组成。底盘的主要参数包括飞行器的型式以及飞行

23、器的主要参数，电动飞行器的型式需要选择发动机的种类和型式、电动机的种类和型式、发电机的种类和型式、蓄电池的种类和型式、底盘的轴数和驱动型式以及轮胎的规格，而电动飞行器的主要参数则包含尺寸、质量和性能等参数,如图2-2所示。图2-2 电动飞行器底盘组成示意图2.1.6 电动飞行器传动机构的设计主减速器与机身的连接固定，一般是通过减速器壳体和减速器架实现的。外载荷主要包括旋翼的六力素、发动机及其传动系统的输入、输出扭矩和所承受的结构质量惯性力，以及操纵系统的操纵反力等。而固定连接点的支撑反力则应通过对传力路线的分析后，建立适当的计算分析模型求得，中间减速器主要起改变尾传动的转速和方向的作用。因此，

24、中问减速器的受载主要包括中问减速器的输入、输出扭矩，其次为减速器及其相关传动系统零部件的质量惯性载荷,如图2-3所示。图2-3 电动飞行器传动机构示意图2.1.7 电动飞行器逃生机构的设计考虑路面行驶中交通的拥堵，汽车事故增多，可在加车内防护。（1）安全带安全带是最有效的防护装置，可以大幅度地降低碰撞事故的受伤率和死亡率，这一点已被国外大量使用实践证明。（2）气囊气囊在汽车正面碰撞时能防止乘员与其前方的物体撞击。气囊平时折叠在转向盘毂内或仪表板内，必要时可在极短时间(碰撞开始后0.030.05s)内充满气体而呈球形，以填补乘员与室内物体之间的空间。气囊通常采用氮气。（3）头枕头枕是在汽车后部受

25、撞击时限制人的头部向后运动的装置，这样可避免颈椎受伤，而严重的颈椎受伤可能使其内部神经(脊髓)受伤，导致颈部以下全身瘫痪(高位截瘫)。（4）安全玻璃汽车正面或侧面碰撞时，乘员头部往往撞击风窗玻璃或侧窗玻璃而受伤，并且玻璃碎片还会使脸部和眼睛受伤。考虑空中飞行时，针对航速中等、低空飞行，且排除燃油危险问题，可设计更为合理的飞行器整体降落伞。 2.1.8 电动飞行器操控装置的设计电动飞行器飞行操控系统是电动飞行器上用来传递操纵指令，驱动舵面运动的所有部件和装置的总合，用于电动飞行器飞行姿态、气动外形、乘坐品质的控制。操控系统通常由驾驶杆（盘）和操纵线系组成，操纵线系由拉杆或者钢索、摇臂、扇形件、滑

26、轮等零件组成。提供精密的操控指令，主要包括飞行器的飞行通过调节电动机的转速来改变螺旋桨速度实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。包括逃生控制、调速档位、转向、升降,并通过传感装置来控制安全降落伞的打开来达到安全逃生。本文主要的研究内容主要是研究电动飞行器的操控装置的设计，主要包括飞行器的飞行通过调节电动机的转速来改变螺旋桨速度实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。包括逃生控制、调速档位、转向、升降,并通过传感装置来控制安全降落伞的打开来达到安全逃生。2.2 初步参数电动飞行器的初步参数设计机身时，应遵循以下机身设计要求，满足机身在汽车上的装载要求。（1）机身的横截面积尽可能地小，以

27、减小飞行时的空气阻力。 （2）流线型良好。 （3）机身有足够的宽度，可容纳主翼收入。2.2.1 机身主要几何参数的确定（1）重量：2t，不能过重，只得比普通汽车稍重。（2）飞行高度：300m，为了避开高楼，缓解如今日益严重的交通压力，而且如若太高，导致空气稀薄，以免驾驶员受到不必要的伤害。（3）速度：300km/h ，不能太高也不能太低，以保证实用性。（4）承载：两人。（5）行驶距离：300km，续航1.5小时。（6）长：4m, 宽：2m ， 高1.7m。由于电动飞行汽车的最大设计平飞速度为200km/h，属于中速电动飞行器之列，所以其机身的外形设计主要是按照内部装载的需要以及安装机翼、电动机

28、、尾翼的要求进行设计的，当然也必须兼顾气动力的要求。 根据既定的构型设计，我们的机身由一个层板的机身底板和机架组成。 因为机身底板只受很小的气动载荷，几乎不受结构载荷，所以一层航空层板可以满足功能强度的要求，能满足基本强度要求的情况下，对边缘材料进行一定的修剪，以减轻电动飞行器的重量。 机身材料选用铝合金，机身基本尺寸如图2-3所示。图2-3 机身平面图结合以上几何参数，初步确定电动飞行器的整体机架如图2-4所示。图2-4 电动飞行器主视图第3章 电动飞行器操控装置的设计3.1 电动飞行器转向机及转向操纵机构的概述由电动机作为动力系统由蓄电池提供能源，通过电动机带动传动轴，传动轴通过减速装置控

29、制机翼，机翼可以造成升力，机身不动而机翼像风车叶一样打转转，和空气形成相对速度，也可以形成升力，这样旋转的“机翼”就成为旋翼，旋翼产生升力，升力使电动汽车可以垂直起落。也可以控制螺旋桨来行进或控制航向。操作员可以控制旋翼的拉力T、后向力H、侧向力S以及尾桨拉力Tr。对于挥舞铰偏置的旋翼，在改变H力和s力的同时，也改变了桨毅力矩M份和MoZ。还有另外一个可用的操纵，即对电动机工作状态的控制。通过改变蓄电池的供油量，可以改变电动机的输出功率，来控制旋翼的转速。直升机在空中飞行时具有6个自由度。驾驶员并不能对这6个自由度全部实施单独的或彼此完全独立的控制。但是，利用上述4个飞行操纵与发动机控制的适当

30、配合，驾驶员可以操纵直升机实现所需要的任何飞行状态。3.1.1 电动飞行器转向机的选择由于研究的是电动飞行器，所以设计的转向机应该满足微型车空间小、能源消耗小、成本低等特点，因此我选择机械转向系统，转向机选择应用最为广泛、成本最低的结构体积小的齿轮齿条式转向机。为了研究设计方便，我从市场上选取了一款汽车作为研究的对象。现在市场上的微型汽车种类繁多，我结合设计的方案选择了07款奇瑞QQ3 0.8 MT基本型，该车的基本配置数据如下：齿轮齿条式转向器是由与转向轴作为一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式如表3-1。采用侧面输入，

31、中间输出方案时，与齿条固连的左、右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接。因此，两拉杆与齿条同时向左或向右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了强度。采用两端输入方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。表3-1 07款奇瑞QQ3 0.8 MT基本型数据标准引擎CAC-SQR372/直列3缸双顶置凸轮轴12V多点电喷汽油机标准变速器手动5档标准排量812cc最大功率38/6000

32、 KW/rpm最大扭矩70/3500-4000Nm/rpm最高时速130.0 km/h驱动方式前置前驱悬挂方式麦弗逊式独立悬架,圆柱螺旋弹簧,双向作用筒式减振器/纵向拖曳臂式悬架,圆柱螺旋弹簧,双向作用筒式减振器转向助力非助力转向式轮胎155/65R13车身重量880kg轴距2340 mm1295/1260 mm(前/后)长/宽/高3550/1495/1485综上，本设计选择图中的第二个方案：侧面输入，两端输出的方案。图2-2 V形断面齿条为了使运转平稳性提高，冲击减小，降低工作噪声，采用斜齿圆柱齿轮与斜条式转向器。齿条断面形状有圆形、V型和Y型三种，分别如图3-1、3-2所示。圆形断面齿条的

33、制造工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节省20%，故质量小；位于齿条下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动。当车轮跳动、转向或转向机工作时，如在齿条上作用有使齿条旋转的力矩时，应选用V形和Y形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确捏合的情况出现。因此，本设计选择的是V形断面齿条。 图3-1 V形断面齿条 图3-2 Y形断面齿条3.1.2 电动飞行器转向操纵机构的组成转向操纵机构是转向盘到转向传动轴的一系列零部件，包括转向盘，转向柱，转向轴，万向节和转向传动轴，其中万向节和转向盘需要简单设计。转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成，如图3-3所

34、示。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接，转向盘上都装有喇叭按钮，有些电动飞行器的转向盘上还装有车速控制开关和安全气囊。万向节是实现转轴之间变角度传递动力的部件。如果万向节在扭转方向没有动力靠零件的铰链式连接传递，是刚性万向节，根据设计的几何参数，本设计选择刚性万向节。十字轴式刚性万向节结构简单、工作可靠、且允许所连接的两轴之间有较大交角在飞行器上应用最为普遍，如图3-4所示。 图3-3 转向盘 图3-4 万向节因为单个十字轴式刚性万向节在输入轴和输出轴有夹角的情况下，其两轴的角速度是不相等的，两轴夹角越大，转角差越大，万向节的不等速特性越严重。万向节传动的不等速特性将使从动轴及与其相连的传动部

35、件产生扭转振动，从而产生附加的交变载荷，影响传动部件的寿命。为了避免万向节传动的不等速性，采取双万向节等速传动，如图3-5所示。图3-5 双万向节等速传动布置图具体的方法如下：（1）采用双万向节传动；（2）第一万向节两轴间的夹角与第二万向节两轴间的夹角相等；（3）第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉在同一平面内；关于主要零件材料的选择15：主动小齿轮的材料选择，齿条采用45号钢，为减轻质量，壳体用铝合金压铸。万向节选择中碳合金钢，调质处理，滚针轴承材料一般采用。十字轴选用低碳合金钢，轴颈表面进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为0.81.2mm。由于所研究的是电动飞行器，根据车型的特点和现况，转向系

36、统选择无助力的机械式转向器。3.2 转向机及转向操纵机构的设计及计算3.2.1 初定转向机尺寸齿轮齿条式转向器的齿轮选择用斜齿轮，齿轮模数取2.5，主动小齿轮齿数取10个，压力角取20度，齿轮螺旋角取15度。因此主动小齿轮基本尺寸如表3-2。表3-2 主动齿轮几何尺寸表分度圆直径25mm基圆半径23.5mm齿顶高2.5mm齿根高3.125mm齿顶圆直径30mm齿根圆直径18.75mm分度圆齿距7.854mm分度圆齿厚3.93mm3.2.2 转向操纵机构的计算转向盘是操纵机构中最为重要的部分，驾驶着要通过转向盘来完成电动飞行器的转向，方向盘的尺寸和转向时轻便程度有很大关系，转向盘直径小了，转向直

37、径大了，与电动飞行器整体就不很协调，微型车空间本来就很小，转向盘必须特别合适才行。我选择转向盘外径380mm ，转向盘轮缘直径50mm，如图3-6所示。图3-6 转向轴的吸能装置示意图转向轴时连接转向盘和转向机的传动件，并传递它们之间的转矩。这些年来，车速逐渐提高，转向轴上面也要有相应的吸能装置。转向轴和转向柱的吸能装置有很多形式。图3-6的基本结构原理是，当电动飞行器受到巨大冲击时，转向轴产生轴向位移，使支架或某些支撑件发生塑性变形，从而吸收冲击能量。3.2.3 转向齿轮的强度校核(1)齿轮接触强度校核由校核齿面接触疲劳强度公式： (3-1)式中各设计参数：计算载荷系数K (3-2)计算转矩

38、 (3-3)根据公式(3-2)、(3-3)以及查询资料可得到式(3-1)中各参数的值，如表3-3。表3-3 式(3-1)中参数的值载荷系数K1.65转矩( N*mm)133000齿轮模数2.5齿轮分度园直径( mm)25齿宽b(0mm)30齿数比u3.0弹性系数 节点区域系数2.4重合度系数0.725螺旋角系数0.983由于选择的齿轮材料为，因此接触疲劳极限应为MPa 寿命系数安全系数因此 由式(3-1)得： 满足齿面接触疲劳强度（2）齿轮抗弯强度校核由校核齿根弯曲疲劳强度公式： (3-4)根据公式(3-2)、(3-3)以及查询资料可得到式(3-4)中各参数的值，如表3-3。由于选择的齿轮材料

39、为，因此弯曲疲劳极限应为=590 由图查得寿命系数=1.0由表查得安全系数=1.25所以 由公式(3-4)可得 满足齿根弯曲疲劳强度。表3-3 式(3-4)中各参数的值载荷系数K1.65转矩( N*mm)1330002.5齿轮分度园直径( mm)25齿宽b(mm)30齿形系数3.6应力修正系数1.45重合度系数0.64螺旋角系数0.93.3 电动飞行器离合器操纵机构的设计及计算离合器是电动飞行器传动系统中直接与电动机相连接的部件。按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一总成。3.3.1 离合器操纵机构的概述离合器是电动飞行器传动系统中直接与电动机相连接的部件。按动力传递顺序来说，离合器应是

40、传动系中的第一总成。顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。离合器是设置在电动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证电动飞行器平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用，目前电动机上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等，即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长

41、，结构简单、紧凑，操作轻便。3.3.2 离合器操纵机构的选择（1）摩擦片的选择单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用与轿车和中、小型货车。因此本设计选择单片离合器。（2）压紧弹簧布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点：由于膜片弹簧有理想的非线性特征，弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；膜片

42、弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小； 零件数目少，质量小；高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；由于膜片弹簧大端面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；易于实现良好的通风散热，使用寿命长；平衡性好；有利于大批量生产，降低制造成本；但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的执照已日趋成熟6。因此，本设计选用膜片弹簧式离合器，材料选取为。（3）压盘的驱动方式压盘的驱动形式主

43、要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。前三种的共同缺点是在连接件之间都有间隙，在传动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。弹性传动片式是近年来广泛采用的驱动形式，沿圆周切向布置得三组或四组薄弹簧传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺钉联结，传动片的弹性允许其轴向移动。当电动机驱动时，传动片受拉，当拖动电动机时，传动片受压。弹性传动片驱动方式的结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170227HBS

44、。也有少数采用合金压铸件。因此，本设计压盘的驱动方式选择弹性传动片式，材料选用HT200。（4）离合器的散热通风根据机械原理知识可知，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的。当压盘工作表面超过1802000OC时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器压盘工作表面的瞬时温度一般在1800OC以下。在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达到10000OC。过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂。为使摩擦表面温度不致过高，压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要散热通风好。改善离合器散热通风结构的措施有：在压盘上设置散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊

45、的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装导流罩。膜片弹簧式离合器本身构造能良好实现通风散热效果，故不需作另外设置。3.3.3 离合器基本机构参数的确定（1）摩擦片主要参数的选择摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数和单位压力，可估算出摩擦片外径。表3-4 直径系数的取值范围车型直径系数乘用车14.6最大总质量为1.814.0t的商用车16.018.5（单片离合器）13.515.0（双片离合器）最大总质量大于14.0t的商用车22.524.0摩擦片外径也可以根据发动机最大转矩（）按如

46、下经验公式选用 （35）式中：直径系数取值范围如表3-4。由选车型，则将各参数值代入式后计算得根据离合器摩擦片的标准化系列化原则，参照表3-5。表3-5 离合器摩擦片尺寸系列和参数（即GB1457-74）外径D/mm160180200225250280300325350内径d/mm110125140150155165175190195厚度h/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54=d/D0.687O.6940.700.6670.5890.5830.5850.5570.541-0.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.82单位面积a/cm

47、106132160221302402466546678摩擦片相关标准尺寸可取：外径 内径 厚度 内径与外径比 单位面积（2）离合器后备系数的确定后备系数是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择时，应从以下几个方面考虑：摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；防止离合器本身滑磨程度过大；要求能够防止传动系过载；通常轿车和轻型货车。本设计要设计的是1.245吨微型轿车离合器，参看有关统计资料“离合器后备系数的取值范围”（如表3-6），并根据最大质量不超过6吨的载货汽车，结合设计实际情况，故选择。表3-6 离合器后备系数的取值范围车 型后备系数乘用车及最

48、大总质量小于6t的车用车1.201.75最大总质量为614t的商用车1.502.25挂车1.804.00(3)单位压力P的确定摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件，摩擦片的直径大小，后备系数，摩擦片材料及质量等有关。离合器使用频繁，工作条件比较恶劣（如城市用的公共汽车和矿用载重车），单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。前面已经初步确定了摩擦

49、片的基本尺寸：外径 内径 厚度 内径与外径比值 由公式（36）和 （37）式中： 压紧力； 摩擦片的摩擦因数； 摩擦面数量（单片，双片）； 摩擦片的单位压力, ；得 满足表3-7的要求。表3-7 摩擦因数与许用单位压力P摩 擦 材 料P石棉基材料模压0.20.100.25编织0.30.250.35粉末冶金材料铜基0.30.30左右铁基0.40.30左右金属陶瓷0.40.350.65无石棉有机摩擦材料0.20.40.200.40(4) 摩擦片基本参数的选择摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过6570，即 （38）式中： 摩擦片最大圆周速度，； 发动机最高转速，；由此式得，满足要求。摩

50、擦片的内、外径比应在0.530.70范围内，即为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0.这里取1.2。为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径约50mm，即为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即 （39）式中： 单位摩擦面积传递转矩，； 单位摩擦面积传递转矩的许用值，；许用值的选取可参照表3-7。表3-7 单位摩擦面积传递转矩的许用值（ ）离合器规格D/mm210210250250325325/0.280.300.350.40单位摩擦面积传递转矩的许用值可选0.3

51、0（），根据计算可得出(1)为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力的最大范围为,即(2)为了减少电动飞行器起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即 （310）式中： 单位摩擦面积滑磨功，焦； 单位摩擦面积滑磨功许用值，焦； 汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功， ，焦；对于乘用车：，对于最大总质量小于6.0t的商用车：，对于最大总质量大于6.0t的商用车：；可根据下式计算 （311）式中： 汽车总质量，kg； 轮胎滚动半径，m； 汽车起步时所用变速器档位的传动比； 主减速器传动比； 发动机转

52、速，；计算时乘用车取，商用车取。其中： ，代入式（37）得,将代入式（36）得，因此满足设计要求。 (3)离合器接合的温升 (312）式中：t 压盘温升，； C 压盘的比热容，； 传到压盘的热量所占的比例，单片离合器压盘；代入，计算得，因此满足设计要求。 3.4 电动飞行器变速器操纵机构的设计电动飞行器变速器操纵机构是驾驶员操纵变速手柄到使变速箱换档的一套机构，是用来保证驾驶员能根据汽车使用条件，随时拨动变速箱内齿轮进行换档，或使之从工作档退到空档。3.4.1 变速器操纵机构的概述电动飞行器变速器操纵机构作为变速器的控制机构，较之电动飞行器设计中的其它环节，只是一个小装置，但它却和电动飞行器的正常行驶有着十分紧密的关系，并在变速器的设计中占有重要的地位。变速器操纵机构是驾驶员操纵变速手柄到使变速箱换档的一套机构，是用来保证驾驶员能根据汽车使用条件，随时拨动变速箱内齿轮进行换档，或使之从工作档退到空档，并要求拨动滑动齿轮时要省力。要使变速器操纵机构可靠地工作，应满足下列要求： (l)设有自锁装置，防止变速器自动换档和自动脱档； (2)设有互锁装置，保证变速器不会同时换入两个档，否则会产生运动干涉，甚至会损坏零件； (3)设有倒档锁，防止