電動飛行器畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）</p><p>　　論文（設(shè)計）題目：電動飛行器的設(shè)計</p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　院 系 <

2、;/p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　年 級 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　2013 年 5 月 20日</p><p><b>　　目 錄&l

3、t;/b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　1.1 選題依據(jù)及研究意義3</p><p>　　1.2 問題提出與初步解決3</

4、p><p>　　1.2.1 凸顯問題3</p><p>　　1.2.2 初步解決4</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.1 國外現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4 技術(shù)支撐4</p><

5、p>　　1.5 市場前景5</p><p>　　第2章 電動飛行器的初步設(shè)計6</p><p>　　2.1 電動飛行器的總體設(shè)想6</p><p>　　2.2 電動飛行器的工作原理6</p><p>　　2.3 電動飛行器的初步設(shè)計參數(shù)7</p><p>　　2.4 本課題的具體設(shè)計內(nèi)容9</p

6、><p>　　第3章 電動飛行器螺旋槳的設(shè)計8</p><p>　　3.1 螺旋槳的總體布置10</p><p>　　3.2 螺旋槳槳葉的設(shè)計10</p><p>　　3.2.1 螺旋槳的功率和效率分析10</p><p>　　3.2.2 螺旋槳槳葉的構(gòu)型分析12</p><p>　　3.

7、3.3 螺旋槳傾角的設(shè)計12</p><p>　　3.3.4 螺旋槳拉力的計算15</p><p>　　3.3.5 螺旋槳的結(jié)構(gòu)分析18</p><p>　　3.3.6 螺旋槳槳葉材料的分析21</p><p>　　3.3.7螺旋槳槳葉的噴漆21</p><p>　　第4章 螺旋槳的函道設(shè)計23</p

8、><p>　　4.1 涵道的幾何形狀表示23</p><p>　　4.2 涵道的推力計算24</p><p>　　第5章 螺旋槳的支撐與傳動25</p><p>　　5.1 螺旋槳的支撐機構(gòu)26</p><p>　　5.2 螺旋槳的傳動機構(gòu)27</p><p>　　5.2.1傳動裝置的合理

9、布置28</p><p>　　5.2.2各級傳動比的合理分配28</p><p>　　5.2.3傳動比的具體分配29</p><p>　　5.2.4計算轉(zhuǎn)動裝置的運動和動力參數(shù)29</p><p>　　5.2.5齒輪傳動設(shè)計與校核30</p><p>　　5.2.6滾動軸承的選擇與校核45</p>

10、;<p><b>　　第6章 結(jié)論47</b></p><p><b>　　參考文獻48</b></p><p><b>　　致 謝50</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展，私家車

11、越來越多的涌入普通家庭，但是交通阻塞擁擠日漸突出，在我國尤為凸顯，特別是不可持續(xù)發(fā)展能源過度利用，給環(huán)境帶來了很大的危害。面對這樣的問題，采用將電動汽車與直升飛機結(jié)合起來，也就是電動飛行器，將可以緩解交通阻塞擁堵以及能源過度利用的不足。本設(shè)計的主要任務(wù)是螺旋槳的設(shè)計，包括螺旋槳的支撐機構(gòu)、傳動機構(gòu)、涵道的設(shè)計以及總體校核。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電動飛行器；螺旋槳；傳動；支撐</p><

12、p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the social development, the private car more and more flows out into common family, but the traffic jam hustles gradually outstanding, at our country in

13、 order to highlight, especially can not keep on to develop energy excesssive make use of, brought environment very great harm.Face a problem like this, the adoption puts together dynamoelectric car and helicopter knot, i

14、s also a dynamoelectric aircraft, will be able to alleviate the traffic jam hug to block up and the energy excessivel</p><p>　　Key words：Dynamoelectric aircraft；Propeller；Spread；Prop up</p><p>&

15、lt;b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題依據(jù)及研究意義</p><p>　　2013年，黨的十八大制定了中國未來發(fā)展的藍圖，中國經(jīng)濟社會發(fā)展將進入一個新的發(fā)展階段。在國際經(jīng)濟環(huán)境不穩(wěn)定、不確定因素較多的情況下，中國經(jīng)濟依然保持穩(wěn)定快速的發(fā)展，世界經(jīng)濟的重心已明顯的向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，而中國作為亞洲經(jīng)濟的大國儼然成為引領(lǐng)世界經(jīng)濟發(fā)展的火車頭。國家經(jīng)濟

16、的發(fā)展帶動人民生活水平的提高，隨著人民收入的提高，追求健康的品質(zhì)生活也愈演愈烈，近年來的旅游業(yè)的發(fā)展就是最好的體現(xiàn)；國家實行的大小節(jié)假日，實際上就是為了發(fā)展旅游經(jīng)濟，而一個國家旅游行業(yè)的發(fā)展成為拉動國家內(nèi)需的主要產(chǎn)業(yè)之一。國家旅游產(chǎn)業(yè)的興旺發(fā)展，不僅帶來了國內(nèi)游客的增加，而且也吸引了許多國外游客的中國之旅，然而光鮮的背后總存在著的許多問題，在高峰期各大旅游勝地相當擁堵。導致事故增加，嚴重影響游客心情。因而大力發(fā)展的近郊旅游也逐漸引起了國

17、家的關(guān)注。</p><p>　　另外我國目前積極實行城鄉(xiāng)一體化的經(jīng)濟發(fā)展，特別是由城市帶動周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，經(jīng)濟的快速增長帶來家庭轎車的大幅度增加，盡管國家道路交通也在大力發(fā)展，但是仍就滿足不了日益嚴重的交通擁擠與堵塞問題，尤其是高峰期特別是大小節(jié)假日的擁擠與堵塞，已嚴重影響了經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　1.2 問題提出與初步解決</p><p>　　近郊旅

18、游以及短距離的一日工作圈的現(xiàn)實狀況，人們采用的主要交通工具是小轎車，但是隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，當前的轎車已經(jīng)凸顯出許多問題。面對顯現(xiàn)的問題，提出了初步的解決。</p><p>　　1.2.1 凸顯問題</p><p>　?。?）污染問題相當嚴重，汽車尾氣排除的一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等有毒氣體嚴重威脅著人們的健康。二氧化碳的過量排放帶來了嚴重的溫室效應(yīng)帶來全球表面變熱，海平面的上升給沿海

19、國家?guī)砹藝乐氐耐{。同時大量的汽車帶來的噪聲污染也相當嚴重，給人們帶來了許多心理上的壓力和精神上的疾病。嚴重損害了社會的健康發(fā)展。</p><p>　　（2）現(xiàn)階段95%以上的汽車燃燒的是汽油，隨著汽車數(shù)量的不斷增加，石油的開采也相當厲害，能源的浪費與短缺為未來經(jīng)濟的發(fā)展埋下了禍根。同時這種資源的利用率相對于電能來說也普遍的較低。而且國際油價價格波動對能源生產(chǎn)國和消費國都造成嚴峻挑戰(zhàn)。由于從短期看面臨許多不確定

20、因素，長期看石油供需矛盾存在，中東北非局勢不定，能源的短缺嚴重違背了可持續(xù)發(fā)展這一戰(zhàn)略目標。</p><p>　　1.2.2 初步解決</p><p>　　對于空間立體，存在地上、立交、高空，面對交通阻塞問題，我們選擇空間立體的中間低空，發(fā)展空中走廊，面對能源的浪費和短缺我們采用效率高的電能，蓄電池這一領(lǐng)域在世界上也已基本成熟，單位容量的電能也是相當?shù)目捎^。綜上考慮，將電動汽車與直升飛機結(jié)

21、合起來提出了電動飛行器這一概念。該題目的優(yōu)點在于可持續(xù)性發(fā)展，蓄電池作為能量的來源污染較少，人既可以在路上行駛也可以在低空飛行，無實物阻礙，行程短，工作效率高，能源利用率也高。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　新型近距離交通工具的開發(fā)和研究，國內(nèi)國外都有很多的形式，但都不是太近如人意。</p><p>　　1.3.1 國外現(xiàn)狀<

22、/p><p>　　國外對電動飛行汽車有很多研究，但大都不盡如人意。美國專利號為#2,573,271–1951的設(shè)計由Adolph R.Perl提出，他設(shè)計了名為 Roadable aircraft 的汽車飛機，但是沒有制造出實物。而且國外飛行器的特點是能夠飛行但是能源主要是汽油。</p><p>　　1.3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀</p><p>　　國內(nèi)基本沒有涉及汽車飛機的資

23、料，通過查閱，發(fā)現(xiàn)南京航空航天大學一篇 2007 屆本科生畢業(yè)論文對汽車飛機模型做了部分探究，但是常規(guī)的布局讓其看起來更像是一架飛機，而且主翼沒有設(shè)計旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。然而國內(nèi)的電動汽車已初步成熟，特點是利用蓄電池作為電能輸出，但是不能飛行。</p><p><b>　　1.4 技術(shù)支撐</b></p><p>　　電動汽車加上直升機螺旋槳對電動飛行器的整體設(shè)計提供了可能。由

24、于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，機械領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。電動汽車在中國已初步成型。領(lǐng)域的發(fā)展為電動飛行器電能的輸入提供了可靠依據(jù)。電能能源的問題解決在于單位容量的儲能問題。直升機在世界上得到了廣發(fā)的發(fā)展和研究，螺旋槳的技術(shù)也相當成熟，為電動汽車安裝螺旋槳也成為了可能，為此電動飛行器在理論上是可以完成設(shè)計的。</p><p><b>　　1.5 市場前景</b></p><p>　

25、　從能源與環(huán)保的角度來說，電動飛行器已被世界汽車業(yè)公以為“未來汽車”。但從目前的技術(shù)發(fā)展水平來看，按現(xiàn)有技術(shù)正好可采用蓄電池作能源，即用電動機來直接驅(qū)動飛行。而此電動飛行器的設(shè)計主要是針對中高層收入家庭，發(fā)展方向也主要集中在中高層階段，由于考慮到能耗問題以及技術(shù)的問題其價格在100萬左右。</p><p>　　第2章 電動飛行器的初步設(shè)計</p><p>　　2.1 電動飛行器的總體設(shè)想&

26、lt;/p><p>　　本設(shè)計主要是在電動汽車的基礎(chǔ)上，去掉發(fā)動機改由電動機并加裝螺旋槳，根據(jù)文獻資料，國外一款法拉利飛行跑車如圖2-1所示與本設(shè)計相似，這種飛行汽車是在價值大約20萬英磅的法拉利599GTB跑車設(shè)計方案的基礎(chǔ)上改進而成，車身上裝有8個“風扇”。在地面上行駛時，這些風扇為汽車提供穩(wěn)定但并不是太強的推動力。一旦升入空中，汽車就變得好象直升飛機一樣，可以俯沖，可以向前，還可以左右轉(zhuǎn)動改變方向。目前這款汽車

27、還處于初期的設(shè)計階段，但實驗?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)證實了法拉利這種奇妙的想法是確實可行的。通過對國內(nèi)外類似機械的研究，考慮到此電動飛行器的整體美觀以及實現(xiàn)飛行的可能性。</p><p>　　如圖2-1 法拉利電動飛行器模型</p><p>　　2.2 電動飛行器的工作原理</p><p>　　電動飛行器的是由8個獨立的電機來驅(qū)動。盡管是8個驅(qū)動，但因為飛行器具有六個坐標輸出，所以

28、仍然是欠驅(qū)動和動力不穩(wěn)定的系統(tǒng)。沿著任意給定方向的獨立運動，飛行器如果沒有給予足夠多的運動驅(qū)動。而且前罩4個與后罩4個螺旋槳形成互補關(guān)系，那么該飛行器就是欠驅(qū)動的，因此為了實現(xiàn)全部的運動控制目標。必然存在旋轉(zhuǎn)力矩與平移系統(tǒng)的耦合。給出前后車罩各四個螺旋槳工作時的示意圖如圖2-2所示，可以看出每兩組螺旋槳以相反的方向旋轉(zhuǎn)，通過改變螺旋槳速度，就可以改變升力并產(chǎn)生各種動作。同時增加或者減小四個螺旋槳的速度可以產(chǎn)生垂直運動。相反的改變相對的螺

29、旋槳的速度可以產(chǎn)生滾動以及相應(yīng)的側(cè)向運動。同理，俯仰運動和相應(yīng)的側(cè)向運動來自于另外的相對的螺旋槳速度的相反改變，偏航運動則更加復雜，因為它來自于每對螺旋槳反力矩的差異。向上或向下的動作是同時增加或減小所有四個螺旋槳來控制的，前后螺旋槳推力的差異產(chǎn)生俯仰力矩導致前后動作的轉(zhuǎn)換。同理左右運動的轉(zhuǎn)換時通過左右螺旋槳的推力來改變的。</p><p>　　如圖2-2 8個螺旋槳的工作過程示意圖</p>&l

30、t;p>　　2.3 電動飛行器的初步設(shè)計參數(shù)</p><p>　　參照汽車設(shè)計師考慮機械布局所彌定的外形尺寸進行大體輪廓設(shè)計，為根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)的各主要級別（主要乘用車）的常見尺寸范圍如表2-1。</p><p>　　表2-1 常見車型尺寸范圍</p><p>　　一般中小型乘用車長4m左右；寬度主要影響乘坐空間和靈活性，但是車身太寬會降低在市區(qū)行走、停泊的方便性

31、，因此對于轎車來說車寬2m是一個公認的上限；車身高度直接影響重心（操控性）和空間，重心過高會導致主動安全性下降，大部分的室內(nèi)停車場都有高度限制，一般為1.8m；在車長被確定后，軸距是影響乘坐空間最重要的因素，同時在行駛性能方面，長軸距能提高直路巡航的穩(wěn)定性，但轉(zhuǎn)向靈活性下降，因此在穩(wěn)定性和靈活性之間必須作出取舍，取得適當?shù)钠胶猓灰话戕I車的懸長都不能太短，一來軸矩太長會影響靈活性，二來要考慮機械零件的布局車，車長=前懸+后懸+軸距；輪距直

32、接影響汽車的前后寬度比例，考慮空氣動力學，一般轎車的前輪距比后輪略大（相差約10-50mm），即車身前半部比后半部略寬；離地距高低意味著重心高低，影響操控性，一般轎車的最低離地距為130mm-200mm，附合正常道路狀況的使用要求。初步繪制電動飛行器長4m，寬2m，高1.7m；質(zhì)量：2t，不能過重，只得比普通汽車稍重；飛行高度：≤300m，為了避開高樓，緩解如今日益嚴重的交通壓力。而且如若太高，導致空氣稀薄，以免駕駛員受到不必要的傷害；

33、速度：≤300km/</p><p>　　2.4 本課題的具體設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　本課題根據(jù)電動飛行器的方案的確定，對電動飛行器螺旋槳這一塊做出具體的設(shè)計方案，主要包括螺旋槳槳葉的設(shè)計，螺旋槳的支撐機構(gòu)，螺旋槳的傳動機構(gòu)，螺旋槳涵道系統(tǒng)的設(shè)計以及螺旋槳材料的選擇等。并對設(shè)計做出最后的校核。</p><p>　　第3章 電動飛行器螺旋槳的設(shè)計</p&g

34、t;<p>　　3.1 螺旋槳的總體布置</p><p>　　由于前后車罩各四個螺旋槳,由于飛行器總長為4米，寬為2米，初步給出一個槳葉半徑為0.4米，旋轉(zhuǎn)時直徑可達0.8米，兩個并排總長為1.6米，可暫時設(shè)計兩個并排的螺旋槳的距離為0.2米，最前端螺旋槳距離前車罩邊緣0.1米，最后端螺旋槳距離后車罩邊緣0.1米。具體位置如圖3-1所示。</p><p>　　如圖3-1 螺旋

35、槳安裝位置</p><p>　　根據(jù)螺旋槳安裝在飛行器基體內(nèi)，所以在構(gòu)型設(shè)計時就無需考慮旋翼與車身的距離。而旋翼系統(tǒng)與電機、傳動系統(tǒng)位置的確定：主要根據(jù)主加速器形式和自動傾斜器結(jié)構(gòu)及工作工作行程確定發(fā)動機軸線與旋翼軸的相互關(guān)系，即確定交點位置和發(fā)動機軸線與旋翼主軸的夾角。</p><p>　　3.2 螺旋槳槳葉的設(shè)計</p><p>　　3.2.1螺旋槳的功率和效率

36、分析</p><p><b>　　（1）螺旋槳的</b></p><p>　　螺旋槳拉力拉著飛機前進，對飛機作功。 每秒種內(nèi)螺旋槳對飛機所作功的多少，主要是螺旋槳有效功率(可用功率)，用N槳來表示。其大小等于拉力與飛行速度的乘積。由于，所以：</p><p>　　(3-1)

37、 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)得2073.62π160=2.08106（W）</p><p>　　其中ω是由電動機的功率所決定的</p><p>　?。?）螺旋槳旋轉(zhuǎn)需用功率和功率系數(shù)</p><p>　　為了各槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力，使螺旋槳按預定轉(zhuǎn)速作等速轉(zhuǎn)動，螺旋槳轉(zhuǎn)動所必需的發(fā)動機有效功率，稱為螺旋槳旋轉(zhuǎn)需用功

38、率，用N槳需表示。</p><p>　　(3-2) </p><p>　　式中一螺旋槳的功率系數(shù)，表示槳葉的形狀、槳葉角、槳葉迎角、槳葉數(shù)目和前進比等對螺旋槳旋轉(zhuǎn)所需功率的影響;空氣密度（千克/米），n螺旋槳轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)，D螺旋槳直徑(米)</p><p><b>　

39、?。?）螺旋槳效率</b></p><p>　　螺旋槳是由發(fā)動機帶動旋轉(zhuǎn)的，螺旋槳的作用是把發(fā)動機軸旋轉(zhuǎn)的功率(即發(fā)動機有效功率)，轉(zhuǎn)變成為拉飛機前進的功率(即螺旋槳有效功率)。但是，螺旋槳并不能把發(fā)動機軸旋轉(zhuǎn)的功率百分之百地轉(zhuǎn)變成拉飛機前進的功率。這是因為螺旋槳在工作時，要向后推動空氣和扭轉(zhuǎn)空氣，使槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力;對于高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，還可能要克服高速轉(zhuǎn)動中的波阻等，這些都要消耗一部分發(fā)動機功率，

40、螺旋旋槳拉飛機前進的有效功率，總是比發(fā)動機有效功率要小。螺旋槳有效功率與發(fā)動機有效功率之比，叫螺旋槳效率，用η表示。即</p><p>　　(3-3) </p><p>　　式中:一一螺旋槳有效功率；一一發(fā)動機有效功率</p><p>　　螺旋槳等速旋轉(zhuǎn)時，發(fā)動機的有效功率與螺旋槳旋轉(zhuǎn)所需功率相等。</p>

41、;<p><b>　　固螺旋槳效率等于：</b></p><p>　　===·=· (3-4) </p><p>　　通過驗證得效率為0.91比普通的油用發(fā)動機的效率要高很多，所以蓄電池作為電能的輸入時值得去考慮的。</p>&l

42、t;p>　　3.2.2 螺旋槳槳葉的構(gòu)型分析</p><p>　　槳葉的主要結(jié)構(gòu)有大梁、蒙皮、后段件和接頭。此外，還有槳尖罩、后緣調(diào)整片、前緣包片、平衡配重等。槳葉構(gòu)型由早期的木質(zhì)槳葉、混合式結(jié)構(gòu)槳葉，向金屬槳葉、金屬和復合材料混雜結(jié)構(gòu)槳葉和全復合材料槳葉發(fā)展，目前先進的直升機大多采用復合材料槳葉。槳葉的構(gòu)型主要根據(jù)槳葉材料與大梁的形狀以及接頭形式來區(qū)分，進行槳葉構(gòu)型設(shè)計時，要考慮國內(nèi)槳葉研制的基礎(chǔ)和行業(yè)的

43、技術(shù)積累，合理選擇槳葉的。</p><p>　　槳葉通常由大梁、接頭、后段件及槳尖罩、后緣調(diào)整片、前緣包片、平衡配重等零組件組成。根據(jù)大梁的形狀和成形工藝不同，可分為空心擠壓梁槳葉，c形擠壓梁槳葉，管梁槳葉和多閉腔組合梁槳葉。本螺旋槳可優(yōu)選管梁槳葉管梁一般由合金鋼或欽合金擠壓成形，截面形狀根據(jù)槳葉整體構(gòu)型和承力的要求，可以是圓形或橢圓形。鋼的強度高，模量、沖擊韌性比較好，但比強度、比模量與鋁合金不相上下。槳葉的形

44、狀如圖3-2所示。</p><p>　?。╝）舊式槳葉 （b）普通槳葉</p><p>　　（c）矩形槳葉 （d）馬刀型槳葉</p><p>　　圖3-2 螺旋槳葉的平面形狀</p><p>　　為了增大拉力和提高螺旋槳效率，槳葉的平面形狀逐漸改善是中間寬現(xiàn)在使用較多的螺旋槳兩頭窄其槳葉平形狀，高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，其槳葉有矩形或馬刀形槳

45、葉的切面形狀與翼型相似，前槳面的彎曲度較大，后槳面的彎曲度較小，相當于機翼的上表面和下表面，槳葉的切面形狀又稱葉型。結(jié)合所設(shè)計的電動飛行器綜合分析，選取馬刀行槳葉。</p><p>　　3.2.3 螺旋槳傾角的設(shè)計</p><p>　　槳葉切面的相對氣流方向與槳旋方向之間的夾角，成為槳葉角，用表示，</p><p>　　槳葉迎角也就是槳葉切面合速度與槳旋方向之間的夾

46、角如圖3-3所示，槳葉迎角是隨槳葉角、飛行速度和切向速度改變而變化的。而選擇合適的安裝角可以更大的提高螺旋槳的功率并有效的減少材料的用量，因此安裝角的選取對螺旋槳的設(shè)計來也是很重要的。</p><p>　　圖3-3 螺旋槳的直徑旋轉(zhuǎn)面和將頁面</p><p>　　（1）槳葉迎角隨槳葉角的變化</p><p>　　當槳葉速度和飛行速度都一定時，槳葉角增大，槳葉迎角也隨

47、之增大，槳葉角減小，槳葉迎角也隨之減小。如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 槳葉迎角隨槳葉角的變化</p><p>　　（2）槳葉迎角隨飛行速度的變化</p><p>　　在槳葉角和切向速度都不變的情況下，因前進比（）隨之變大即合速度方向越偏離旋轉(zhuǎn)面，固槳葉迎角減小，當飛行速度增加到某一個數(shù)值時槳葉迎角減小到零，若飛行速度繼續(xù)增大，例如飛機在俯沖時，槳葉

48、迎角繼續(xù)增大，當飛行速度為零，槳葉迎角就增大到等于槳葉角。如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 槳葉迎角隨飛行速度的變化</p><p>　?。?）槳葉迎角隨切向速度的變化</p><p>　　在槳葉角和飛行速度不變的情況下，如果轉(zhuǎn)速增加則切向速度（n=2π）增大，前進比減小，即合速度的方向靠近旋轉(zhuǎn)面，固槳葉迎角增大，同理，轉(zhuǎn)速減小，槳葉迎角也隨之減小。如

49、圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 槳葉迎角隨切向速度的變化</p><p>　?。?）槳的葉剖面傾角和來流角</p><p>　　槳葉的葉剖面傾角由無變形槳葉的剖面傾角，槳葉扭轉(zhuǎn)變形和操縱線系變形引起的傾角改變?nèi)糠纸M成·由于本旋翼吃行器的旋翼的操縱線系變形和槳葉扭轉(zhuǎn)變形比常規(guī)直升機旋翼小，故可忽略，所以槳葉上翼剖面的傾角為：。而無變形槳葉的剖

50、面傾角e,包括槳距操縱量·槳葉負扭度·揮舞調(diào)節(jié)和彈性扭轉(zhuǎn)變形量，因此 ：</p><p>　　(3-5) </p><p>　　葉剖面上的來流角取決于相對氣流速度的大小和方向，相對氣流速度包括垂直于旋轉(zhuǎn)平面的相對氣流速度和平行于旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的相對氣流速度，它們兩者又分別由來白旋翼的旋轉(zhuǎn)速度、時示器的時示速度、槳葉的誘導速度、槳葉的揮舞運動和彎曲變形

51、等運動引起的各個分量組成。其合速度為：，對于非定常狀態(tài)來流角。翼型的迎角等于安裝角與來流角的差值：，這樣就可以得到非定常狀態(tài)下的迎角。</p><p>　?。?）槳葉安裝角的選取</p><p>　　槳葉剖面的形狀就是翼型.任意半徑處槳葉劍面(翼型)的安裝角的定義是：典型弦線相對于構(gòu)造旋轉(zhuǎn)平面之傾角，這個角變在直升機空氣動力學中具有特別重要的意義，一般來說，角是沿徑向而變化的。由于常用旋翼

52、的槳葉剖面安裝角多呈</p><p>　　線性變化，因而引入槳葉一個“扭度”的概念：，即葉尖安裝角與葉角之差，通常于是，任意半徑處槳葉剖面的安裝角為：</p><p>　　(3-6) </p><p>　　3.2.4螺旋槳拉力的計算</p><p>　?。?）螺旋槳在旋轉(zhuǎn)中，槳葉與空氣發(fā)生相對運

53、動，空氣流過槳葉的前槳面，就象流過機翼上表面一樣，流管變細，流速加快，壓強降低;空氣流過槳葉的后槳面就象流過機翼下表面一樣，流管變粗，壓強升高。流進槳葉前緣，氣流受到阻擋，流速減漫，壓強提高;流進槳葉后緣，氣流分離，形成渦流區(qū)，壓強下降。這樣，在槳葉的前后表面和前后緣均形成壓強差。這種壓強和氣流作用于槳葉上的摩擦力綜合在一起，就構(gòu)成了槳葉的氣動力(R)。槳葉的空氣動力對螺旋槳的運動起著兩個作用：一是拉著螺旋槳和飛機前進；二是阻礙螺旋槳旋

54、轉(zhuǎn)。因此，可將槳葉的空氣動力(R)分解為兩個分力一是與槳軸平行，拉著螺旋槳和飛機前進的拉力(P)；二是與槳軸垂直，阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)阻力(Q) ，由于螺旋槳葉的拉力(p1和p2)，其方向都相同，所以可將各個槳葉的拉力合成一個總的力，就是整個螺旋槳的拉力。至于各槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力(Q1和Q2)，由于它們與槳軸都有一段距離，其方向又都與該槳葉的切向速度的方向相反，所以形成阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力矩，此力矩稱為旋轉(zhuǎn)阻力力矩。這個力矩是由發(fā)動機轉(zhuǎn)軸發(fā)出

55、的旋轉(zhuǎn)力矩來平衡。若發(fā)動機轉(zhuǎn)軸發(fā)出的力矩大于旋轉(zhuǎn)阻力力矩，螺旋槳的轉(zhuǎn)速就會增大</p><p>　　圖3-7 拉力與旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生</p><p><b>　　螺旋槳的拉力公式：</b></p><p>　　(3-7) </p><p>　　螺旋槳拉力系數(shù)，表示槳

56、葉數(shù)目，槳葉形狀、槳葉迎角、槳槳葉合速度方向和表面質(zhì)量等因素對拉力的影響；一一空氣密度(千克/米)；n一一螺旋槳轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)；D一一螺旋槳直徑(米)。</p><p>　?。?）影響螺旋槳拉力和旋轉(zhuǎn)阻力力矩的因素從拉力公式可以看出，影響拉力的因素有空氣密度，螺旋槳轉(zhuǎn)速，螺旋槳直徑，拉力系數(shù)，而拉力系數(shù)又取決于螺旋槳葉的數(shù)目，槳葉的切面形狀、平面形狀、表面質(zhì)量、槳葉迎角和槳葉合速度的方向等因素。</p>

57、;<p>　　在油門位置保持不變的條件下，飛行速度增大，合速度的方向更加偏離旋轉(zhuǎn)面。此時，若按照合速度方向變化的程度，相應(yīng)地改變槳葉角，保持槳葉迎角不變。而合速度大小的變化不多，則槳葉空氣動力的大小基本不變。但空氣動力的方向更加偏離槳軸增加和拉力減小，旋轉(zhuǎn)阻力增大，還會迫使轉(zhuǎn)速減下來，對恒速螺旋槳來說，在飛行速度例如過程中，槳葉角增加得慢而合速度的方向變得快一些因而槳葉迎角會逐漸減小之減小，它的一個分力。這即旋凳阻14葉的

58、空氣動力也隨就可以保持轉(zhuǎn)速也就可以保持不變。但是。槳葉的空氣動力減小了，拉力自然隨之減小。拉力隨飛行速度變化規(guī)律如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 拉力隨飛行速度的變化</p><p>　　從圖3-9（a），（b）中可以看到飛行速度增大，合速度的方向更加偏離旋轉(zhuǎn)面，相應(yīng)的改變槳葉角保持槳葉迎角不變，而合速度的大小變化不多，則槳葉空氣動力大小基本不變，空氣動力的方向更加偏離槳軸，

59、使旋轉(zhuǎn)阻力增加或者減小。</p><p>　　圖（c）槳葉空氣動力減小拉力也隨之減小。</p><p>　　根據(jù)以上各因素對升力的影響，則設(shè)對于單槳空氣密度，重力常數(shù)g，翼角，翼寬為b，葉片數(shù)為n，翼最大半徑為，最小半徑為，角速度為，則升力計算公式為：</p><p>　　(3-8) </p><p

60、>　?。?）另外根據(jù)具體給出的電動飛行器的重量為2t即2000kg即20000N，電動飛行器達到平衡所需的升力為20000N。</p><p>　　螺旋槳的拉力計算公式：直徑（米）螺距（米）槳寬度（米）轉(zhuǎn)速平方（轉(zhuǎn)/秒）1大氣壓力（1標準大氣壓力）經(jīng)驗系數(shù)（0.00025）=拉力（克）由于升力系數(shù)為：</p><p>　　(3-9)

61、 </p><p>　　其系數(shù)與所選旋翼的相對厚度有關(guān)系，而現(xiàn)階段螺旋槳規(guī)格比較嚴格，不能隨便的設(shè)計和改造。我們選用的是通用比例的槳，精度較好，除高原地區(qū)大氣壓為1個標準大氣壓。其中螺距為0.45米。</p><p>　　按照2t即2000kg的飛行器總體重量，那么此螺旋槳提供的升力L≥20

62、00kg。</p><p>　　此設(shè)計中具體參數(shù)設(shè)計槳葉半徑為0.3m，電機轉(zhuǎn)速為9600轉(zhuǎn)/分，合160轉(zhuǎn)/秒。</p><p>　　那么L所提供的升力為:320.30.450.116016010.25=518.4公斤</p><p>　　四支則提供：4518.4=2073.6公斤=2.0736t>2t初步完成設(shè)計螺旋槳的要求。</p><

63、;p>　　3.2.5 螺旋槳結(jié)構(gòu)的分析</p><p>　　在分析質(zhì)量之前下面先對旋翼半徑，槳葉寬度，旋翼實度進行適度的介紹和分析：</p><p><b>　?。?）旋翼半徑</b></p><p>　　旋冀旋轉(zhuǎn)時，葉尖所劃圓圈的直徑叫做旋翼直徑。日前世界上的直升機旋翼D7-35米之間. 葉尖離槳轂中心的距離稱旋典半徑R =D/2，任一

64、槳葉剖面距離槳轂中心的半徑則表示為。在槳葉=0.7 R處的剖面的空氣動力特性很有代表性，叫做特征剖面，即為特征剖面半徑。</p><p><b>　　（2）槳葉寬度</b></p><p>　　槳葉剖面的弦長就是該半徑處的槳葉寬度，用b表示，如圖3-10所示。該種平面形狀的槳葉。對于矩形槳葉，寬度洽徑向不變;對于梯形槳葉或共他槳葉.吞沿徑向改變。為了表征槳葉寬度的變化

65、，常用槳葉“根悄比”這樣一個概念，其</p><p><b>　　定義為：</b></p><p>　　(3-10) </p><p>　　亦即葉根寬度與葉尖寬度之比一般1?3.在實際情況中，由于葉根及葉尖部分形狀待殊，按延伸辦法未處理.此設(shè)計的比值為2可以較好的控制各個系數(shù)。<

66、;/p><p>　　圖3-10 矩形平面形狀的槳葉</p><p><b>　?。?）旋翼實度</b></p><p>　　各片槳葉實占面積與整個槳盤面積之比，叫做旋抖實度，以希脂字母口表示.如為為槳葉片數(shù)，則</p><p>　　(3-11) </p><p>　

67、　這是因為，根據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗，在槳葉上處剖面的寬度認接近于槳葉寬度的平均值,旋葉槳片數(shù)目一般為2~7片，輕型直升機大都有2~4片，而重型機達5~7片值應(yīng)該在0.04~0.11之間。</p><p><b>　　（4）槳葉重心</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計主要調(diào)整槳葉的展向重心和弦向重心，槳葉的展向重心主要影響槳葉的靜矩和慣性矩。槳葉展向重心外移，槳葉的靜矩和慣性矩

68、會增大，同時槳葉的離心力載荷會變大，一般設(shè)計在0.5一O.66R位置。 槳葉的弦向重心是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)，弦向重心直接影響槳葉的顫振和穩(wěn)定性特性，通常要求槳葉的弦向重心在25%弦長之前，實際的工程應(yīng)用中，弦向重心控制在25%弦長之前是比較困難的，一般力求槳葉的有效重心控制在25%弦長前。</p><p><b>　　槳葉的展向重心：</b></p><p>　　(3

69、-12) </p><p><b>　　槳葉的旋向重心：</b></p><p>　　(3-13) </p><p><b>　　槳葉的有效重心：</b></p><p>　　(3-14) &l

70、t;/p><p>　　式中:Mi一一槳葉剖面的線質(zhì)量。</p><p><b>　?。?）槳葉重量</b></p><p>　　按照槳葉的弦長、展長及翼型的分布情況對槳葉的質(zhì)量特性作統(tǒng)計分析。對比總體分配的槳葉質(zhì)量，分析槳葉質(zhì)量的合理性。單片槳葉質(zhì)量：</p><p>　　(3-15)

71、 </p><p>　　試中：表示單片槳葉質(zhì)量，槳葉剖向的線質(zhì)量，表示槳葉展向最大位置航空器結(jié)構(gòu)設(shè)計通常遵循重量最輕原則，但槳葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計除了滿足強度、剛度和動力學要求之外，還要求直升機旋翼槳葉能夠為直升機自轉(zhuǎn)下滑狀態(tài)提供足夠的能量。因此旋翼槳葉不能設(shè)計得過輕，從旋翼的自轉(zhuǎn)性能要求出發(fā)，旋翼最小轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)滿足以下條件：,其中為旋翼轉(zhuǎn)動慣量，為發(fā)動機停車時的旋翼轉(zhuǎn)速，為直升機重量，A自傳因子。</p

72、><p>　　（7）剖面剛度和質(zhì)量分布</p><p>　　槳葉的剖面剛度和質(zhì)量分布，是槳葉結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的核心工作。剖面剛度和質(zhì)量特性直接影響槳葉的動力學特性、強度和疲勞特性。動力學設(shè)計時，調(diào)整槳葉剖面剛度和質(zhì)量分布，改變槳葉動力學特性，也稱調(diào)頻設(shè)計，是多次逼近的復雜的過程。調(diào)頻設(shè)計的主要措施是改變槳葉的質(zhì)量和剛度分布，剖面剛度設(shè)計時，應(yīng)避免結(jié)構(gòu)剛度急劇變化，減少可能引起的應(yīng)力集中。</

73、p><p>　　3.2.6 螺旋槳槳葉材料的分析</p><p>　　（1）螺旋槳在材料的選取上要注意一下條件：</p><p>　?、賰?yōu)先選用使用過的成熟材料，適當選用優(yōu)質(zhì)新材料，同時應(yīng)盡量減少材料品種與規(guī)格。</p><p>　　②材料的比強度、比剛度要高。</p><p>　　③抗疲勞、耐沖擊性好。</p>

74、;<p><b>　?、苣铜h(huán)境特性好。</b></p><p>　　⑤具有良好的工藝性。 </p><p>　?、拮⒁膺x用恰當?shù)慕饘俨牧稀?lt;/p><p>　?、邚秃喜牧蠎?yīng)滿足結(jié)構(gòu)特殊性能要求，如阻燃、煙霧、燃燒、毒性、耐沖擊等。</p><p>　?、鄻渲w應(yīng)與纖維的斷裂應(yīng)變協(xié)調(diào)、匹配，同時與纖維具有高

75、的界面</p><p><b>　　結(jié)合強度。</b></p><p>　?、針渲w應(yīng)滿足工藝性對揮發(fā)物含量、就性、預浸料使用期，固化壓力、</p><p>　　固化溫度以及固化后的收縮率等要求。</p><p>　?、庾⒁鈨悍N材料問固化溫度要求，具有良好的相融性。</p><p>　?。?）在

76、選用金屬材料時應(yīng)注意：</p><p>　　①選用碳素鋼和低合金鋼時，應(yīng)優(yōu)先選用淬透性好的材料，以防止淬火不均勻或產(chǎn)生裂紋；</p><p>　?、诓捎玫臒崽幚硪?guī)范，不應(yīng)在使用溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生回火脆性；</p><p>　?、弁ㄟ^冷作硬化提高機械性能時，其回火溫度應(yīng)比工作溫度高100C；</p><p>　?、軐﹃P(guān)鍵件，其高應(yīng)力區(qū)要求無脫碳現(xiàn)象

77、，其他部位也應(yīng)避免脫碳現(xiàn)象，否則應(yīng)降低使用應(yīng)力。綜合分析并結(jié)合螺旋槳主要構(gòu)件常用材料表可得旋翼材料為：變距搖臂螺栓、限動器連接螺栓、頂蓋連接螺栓、鉸接式槳毅(如直8)的上卜星板及軸向鉸車由頸和車由套應(yīng)選取30CrNi4MoA，槳葉大梁主要選LD2CS，</p><p>　　接頭選取LD7CS。</p><p>　　3.2.7 螺旋槳槳葉的噴漆</p><p>　　蒙

78、皮，復合材料槳葉的蒙皮設(shè)計應(yīng)盡量連續(xù)，承受一定的離心力，并提供部分彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。設(shè)計中充分利用復合材料的可設(shè)計性，通過調(diào)整若干了鋪層，實現(xiàn)槳葉強度設(shè)計要求。一般槳葉的最外層蒙皮，多采用平整致密織物，以便于形成高質(zhì)量的槳葉外形。內(nèi)層蒙皮則根據(jù)結(jié)構(gòu)需要而選擇材料和鋪設(shè)方案。目前蒙皮所使用的材料以采用玻璃類、碳類和芳綸類纖維的織物為主。如果從加強槳葉的韌性、制造容差的損傷容限方面考慮，應(yīng)選擇玻璃類材料;若從槳葉的剛度特性和質(zhì)量方面考慮，

79、選擇碳類織物更好。</p><p>　　蒙皮鋪層設(shè)計的一般原則：</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用對稱鋪層，避免固化后由于禍合引起的結(jié)構(gòu)翹曲；</p><p>　?。?）鋪層的纖維軸線應(yīng)盡量與內(nèi)力拉壓方向一致，剪切強度和扭轉(zhuǎn)剛度主要由鋪層提供；</p><p>　　（3）蒙皮連接宜采用搭接的方式，一般搭接寬度要在10mm以上；<

80、/p><p>　?。?）槳葉外層蒙皮宜采用玻璃纖維織物，其抗損傷的敏感性好。</p><p>　　使用環(huán)境中的多種因素(如溫度、濕度、雨雪、紫外線、雷電、風沙、鹽霧、霉菌，以及其他工業(yè)污染物等)對槳葉的性能影響較大。槳葉結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須進行槳葉結(jié)構(gòu)防護設(shè)計。零組件的表面處理是結(jié)構(gòu)防護的基礎(chǔ)，包括選取合適的金屬鍍層和非金屬涂覆層噴漆等。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計

81、應(yīng)充分考慮金屬保護片的機械加工工藝性。根據(jù)具體部位和使用要求，一般選用不銹鋼、欽合金、鎳合金等材料。欽合金的耐磨性較好，適用于槳葉中段和內(nèi)側(cè)使用。鎳合金的防沙石性能較好，工藝性也好，特別適用于槳尖形狀復雜的前緣保護。不銹鋼是使用比較多的前緣保護材料之一。沙蝕及雨蝕影響槳葉的使用壽命，復合材料槳葉根部和尖部下表面，應(yīng)采用外場易于更換和修理的聚氨酷保護帶進行保護。</p><p><b>　　螺旋槳的涵道設(shè)

82、計</b></p><p>　　4.1 涵道幾何形狀的表示</p><p>　　設(shè)圓柱座標系（，，）固定于空間，，，分別為軸向、周向角、徑向座標；無窮遠前方來流速度，沿軸的正方向，為的函數(shù)。令涵道長度為，涵道特征半徑為（可取槳盤面處涵道內(nèi)壁半徑），槳盤面離涵道導邊距離，螺旋槳半徑為。置涵道導邊與咨的平面上，軸與槳軸中</p><p>　　心線重合，涵道尾

83、緣位于者。</p><p>　　另涵道內(nèi)、外兩側(cè)表面方程式為：</p><p>　　(4-1) </p><p>　　(4-2) </p><p><b>　　導邊

84、處有：</b></p><p>　　(4-3) </p><p>　　(4-4) </p><p>　　則涵道剖面鼻尾線的攻角有：</p><p>　　(4-5)

85、 </p><p>　　鼻尾線構(gòu)成的錐形面的方程為：</p><p>　　(4-6) </p><p><b>　　令</b></p><p>　　(4-7)

86、</p><p>　　(4-8) </p><p>　　則的幾何意義為剖面中線與鼻尾線之間的徑向距離與涵道長度之比，的幾何意義為徑向測量的半厚度與之比。為計算方便，引入變量</p><p>　　(4-9) </p>

87、;<p>　　涵道表現(xiàn)軸向斜率可寫成：</p><p>　　(4-10) </p><p>　　式中號和+號對應(yīng)于外側(cè)表面，一號對應(yīng)于內(nèi)側(cè)表面，在下面的敘述中，往往在圓柱坐標系（，，）中進行分析，令，即長徑比。</p><p>　　4.2涵道的推力計算 </p><p>

88、　　涵道的僅由漩渦分布所產(chǎn)生，涵道每一微段上圓環(huán)渦產(chǎn)生的環(huán)量為，該處的軸向來流速度，受到螺旋槳的徑向干擾速度為，故該微段上漩渦產(chǎn)生的升力在軸向的分力為：</p><p>　　(4-11) </p><p>　　此即該微段上的涵道推力，由于推力以逆來流方向取正值故上式右邊有“——”號。整個涵道的推力為：</p><p>　　(

89、4-12) </p><p>　　則涵道的理想推力系數(shù)為：</p><p>　　(4-13) </p><p>　　從上式可以看出沒有螺旋槳，則涵道就沒有推力。</p><p>　　該涵道螺旋槳外形數(shù)據(jù)有：</p><p>　　長徑比0.5，

90、，，，，，其涵道外形參見中所給數(shù)據(jù)，并給出初始，現(xiàn)比較各自一些組要結(jié)果見表4-1。</p><p>　　表4-1文獻與本設(shè)計的各自結(jié)果</p><p><b>　　螺旋槳的支撐與傳動</b></p><p>　　5.1 螺旋槳的支撐機構(gòu)</p><p>　　螺旋槳的支撐機構(gòu)簡單來說就是減速撐桿。其螺旋槳的預裝是將螺旋槳固

91、定在螺旋槳座架上，并將螺旋槳軸插入螺旋槳錐孔內(nèi)進行的預裝。也可直接將螺旋槳軸直接吊入螺旋槳錐體內(nèi)，最后安裝液壓螺母并壓裝到位。同時減速器連接支桿組成減速器支桿機構(gòu)。這種安裝支架的設(shè)計特點是:結(jié)構(gòu)形式簡單合理、性能安全可靠、維修和使用成本低。</p><p>　　支撐梁一般都是剛性的，主要依靠彈性支座減震，現(xiàn)階段一般都用反共振隔振器。此支撐機構(gòu)通過8根支撐桿來支撐減速裝置。此支撐架的設(shè)計應(yīng)符合下面要求：</p

92、><p>　?。?）能有效、安全地傳遞較大的升力和扭矩。</p><p>　　（2）機械零部件設(shè)計有較大的尺寸余度，翻修壽命長。</p><p>　?。?）速簡單的操作使“視情”維修成為可能，即無需過多地拆裝和分解組、部件。</p><p>　?。?）適合中國國情，注重立足國內(nèi)，同時借鑒國外先進的設(shè)計經(jīng)驗。</p><p>

93、;　　典型的撐桿由桿體和兩端接頭通過螺接或焊接而成。桿體采用薄壁鋼質(zhì)管材拉制而成，接頭由相應(yīng)鋼質(zhì)材料機械加工而成。主減撐桿所承受的交變載荷主要為拉力載荷。根據(jù)國內(nèi)多種型號直升機及國外相近重量噸級直升機的成功設(shè)計經(jīng)驗，可考慮采用一種低碳合金鋼，其牌號為其機械性能見《中國航空材料手冊》第1冊。它的特點是:有兩次硬化現(xiàn)象，淬火加高溫回火后具有高的強度，良好的塑性和韌性，良好的沖壓性能和焊接性能。經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，可焊接任何復雜的構(gòu)件，而焊接后不

94、需再進行熱處理。該鋼淬透性較小，適宜于制造截面較小的焊接件和飯金件。這種材料已在國產(chǎn)直升機型號的焊接結(jié)構(gòu)中得到較為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　國內(nèi)，主減撐桿一般采用桿體和兩端的接頭焊接而成。桿體通常采用薄壁鋼管材料：一是可以減輕重量，二是可以選擇較大直徑，增加桿體的剛度。桿體鋼管管材通常不需要再加工(或局部如管口焊接接口部位機械加工，以利于焊接質(zhì)量)，因而對桿體鋼管管材原材料的要求比較嚴格。此外，對鋼管的外

95、徑、最小允許壁厚及管材的直線度、圓度、壁厚的均勻性等兒何尺寸要求，還應(yīng)加以嚴格控制。應(yīng)根據(jù)總體設(shè)計要求和主減撐桿承受的最大使用載荷來選擇桿體鋼管的材料，鋼管壁厚的選擇還必須避免出現(xiàn)較焊縫還弱的強度薄弱點。主減撐桿接頭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，既要考慮與桿體鋼管連接端的焊接尺寸，又要考慮與旋翼軸簡形機匣上主減撐桿安裝凸耳及主減平臺上主減撐桿安裝座之問的配合尺寸。整個主減撐桿的長度尺寸及安裝支架的布置尺寸都應(yīng)根據(jù)直升機總體布置并與主減速裝置及主減平臺

96、相對應(yīng)的連接位置進行充分協(xié)調(diào)后確定。長度尺寸重點考慮的應(yīng)是前、后撐桿的兩端關(guān)節(jié)軸承中心距。主減撐桿接頭的尺寸設(shè)計中，其端部外圓處的最小壁厚和耳片最小邊距均應(yīng)避免出現(xiàn)較焊縫還弱的強度薄弱點。</p><p>　　減撐桿的表面普遍采用漆層防護:即在主減撐桿的金屬表面涂上底漆和面漆，以達到長期防護的作用。在撐桿焊接前，鋼管內(nèi)注入一種耐高溫涂料，焊接后不會被破壞，也不會影響焊接質(zhì)量，目_能起到長期封存保護金屬表面的作用;

97、鋼管內(nèi)表面焊接后再涂以防銹油，鋼管外表面涂底漆和面漆，這樣的表面處理已在使用中被證實效果頗佳。</p><p>　　5.2 螺旋槳的傳動機構(gòu)</p><p>　　螺旋槳的傳動機構(gòu)主要包括傳動軸、減速器以及電動機組成。由于此設(shè)計由</p><p>　　8個螺旋槳，此8個螺旋槳各自獨立的完成工作，也必須由8個獨立的電機來控制，電機通過傳動軸連接減速裝置最后連接螺旋槳槳轂

98、槳葉，來帶動螺旋槳的轉(zhuǎn)動，從而控制整體的運動。</p><p>　　減速器的選用：為提高傳動裝置的效率，減少能耗，降低運行費用，所以選用傳動效率較高的齒輪傳動進行傳動。</p><p>　　（1）蝸輪蝸桿傳動具有傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，無噪聲，具有自鎖性；但是其傳動效率低，磨損較嚴重，蝸桿軸向力較大，致使軸承摩擦損失較大。</p><p>　?。?）圓錐齒輪具

99、有斜齒輪漸進接觸的嚙合特點，且重合度較大，傳動平穩(wěn)，噪聲小，承載能力強，最小齒數(shù)可到5，因而可獲得較大的傳動比和較小的機構(gòu)尺寸。</p><p>　　綜合考慮應(yīng)選用圓錐齒輪傳動較好。</p><p>　　同時考慮到安裝軸承此次采用徑向軸承，由于許用應(yīng)力：</p><p>　　(5-1)

100、</p><p>　　式中：M為離心力，D為內(nèi)圈滾道直徑，L為滾針總工作長度。</p><p><b>　　實驗證明，當時，</b></p><p>　　根據(jù)電動飛行器總重為2t的設(shè)計，小組整體設(shè)計需要轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分的電機</p><p><b>　　作為驅(qū)動。</b></p>

101、<p>　　5.2.1 傳動裝置的合理布置</p><p>　　許多傳遞裝置往往需要選用不同的傳動機構(gòu)，以多級傳動方式組成，而傳動先后順序的變化將對整個螺旋槳的性能和結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生重要影響，必須合理安排，設(shè)計采用2級傳動，先由一對圓錐齒輪改變傳動方向，即將橫向傳動改變?yōu)樨Q向傳動，然后一對圓柱齒輪進行傳動。并輸出于執(zhí)行元件，所以初步擬定的傳動方案如圖5-1所示。</p><p>　　

102、圖5-1 初步擬定的傳動方案示意圖</p><p>　　5.2.2 各級傳動比的合理分配</p><p>　　在設(shè)計2級及2級以上的減速器時，合理的分配各級傳動比是很重要的，因為它將影響減速箱的輪廓尺寸和重量以及潤滑的條件。</p><p>　　（1）傳動比分配的基本原則</p><p>　?、?各級傳動的傳動比，均有其合理的應(yīng)用范圍，通常不

103、應(yīng)超過。</p><p>　?、?各級傳動比的承載能力近于相等。</p><p>　?、?各級傳動中的大齒輪浸入油中的深度大致相同，從而使?jié)櫥鼮榉奖恪?lt;/p><p>　?、?分配傳動比時，應(yīng)注意使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱，避免發(fā)生相互干涉。如設(shè)計2級齒輪傳動減速時，若傳動比分配不當，可能會導致中間軸大齒輪與低速軸發(fā)生干涉。</p><p&g

104、t;　?、?對于多級減速傳動，可按照“前小后大”（即由高速級向低速級逐漸增大）的原則分配傳速比，且相鄰兩級差值不要過大，這種分配方法可使各級中間軸獲得較高轉(zhuǎn)速和較小的轉(zhuǎn)矩，因此，軸及軸上的零件的尺寸質(zhì)量下降，結(jié)構(gòu)較為緊湊，增速傳動也可按照這一原則分配。</p><p>　?、?在多級齒輪減速傳動中，傳動比的分配將直接影響傳動的多項經(jīng)濟指標。例如：傳動的外廓尺寸和質(zhì)量很大程度上取決于低速級大齒輪的尺寸，低速級傳動比

105、小些，有利于減少外廓尺寸和質(zhì)量。</p><p>　　5.2.3 傳動比的具體分配</p><p>　　根據(jù)本次的具體設(shè)計要求，要求輸入的功率為0.5KW～1KW的范圍內(nèi)，所以初步選用的電機為1.5KW型號的STGP150，其轉(zhuǎn)速在。根據(jù)電機的初步選擇，我們所需要的螺旋槳旋轉(zhuǎn)時間為60min，經(jīng)相關(guān)資料可查螺旋槳的轉(zhuǎn)速一般在，所以便可確定總的傳速比為：</p><p&g

106、t;　　(5-2) </p><p>　　取圓柱齒輪的傳動比為1.5，知道總的傳動比為12.86，根據(jù)公式</p><p>　　(5-3) </p><p>　　所以圓錐齒輪的傳動比為，所以值符合圓錐齒輪傳動比的正常范圍，所以圓

107、柱齒輪的傳動比設(shè)為。</p><p>　　5.2.4計算轉(zhuǎn)動裝置的運動和動力參數(shù)</p><p><b>　?。?）各軸的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　電動機的動力動力輸出軸為0軸，第一個傳動軸為Ⅰ軸，第二個傳動軸為Ⅱ軸，輸出軸為Ⅲ軸，所以各軸的轉(zhuǎn)速為</p><p>　　(5-4)

108、 </p><p>　?、? (5-5) </p><p>　　nⅢ=nⅡ/=1130/1.6=697r/min (5-6) </p><p><b>　　（2）

109、各軸的功率</b></p><p>　　電動機的輸出功率為，由于傳動時要有功率損失，也就考慮傳動時效率的問題</p><p>　　(5-7) </p><p>　　式中為從電動機至輸出軸之間的各傳動機構(gòu)和軸承效率，滾動軸承=0.99；圓柱齒輪傳動；彈性聯(lián)軸器</p>&l

110、t;p>　　所以各軸的功率如下：</p><p><b>　　（3）各軸的轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　5.2.5齒輪傳動設(shè)計與校核</p><p><b>　?。?）圓錐齒輪計算</b></p><p>　　齒輪采用45號鋼，調(diào)制處理后齒面硬度180～190HBS，齒輪精度等級為7級。取

111、，，則。取，參考機械零件的齒輪計算：</p><p>　?、?設(shè)計準則按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，在按齒根彎曲疲勞強度校核。</p><p>　　② 按齒面設(shè)計疲勞強度設(shè)計</p><p>　　齒面接觸疲勞強度的表達式</p><p>　　(5-8) </p><p><b>

112、　　其中，，，，，</b></p><p>　　選擇材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　選擇材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由下式計算可得&l

113、t;/p><p>　　(5-9) </p><p><b>　　則</b></p><p>　　(5-10) </p><p><b>　　接觸疲勞壽命系數(shù)</b></p><p><b&