成为人们越来越关注的话题，生物能太阳能汽车和电池动力车等可再生的清洁能源作动力的新型车辆开始逐渐走进我们的生活，然而对于日益严峻的危机，这些努力显得杯水车薪。空气动力车的出现，为解决能源与环境问题提供了崭新的思路，相比生物能太阳能电池动力车，空气动力车具有无与伦比的优势，相信不远的将来，它必将在人们生活中扮演不可或缺的角色。利用压缩空气作为推动汽车的动力，与传统的燃烧汽油或者利用化学电池提供动力相比有着以黑龙江工程学院本科生毕业设计下几点优势。零污染空气动力车与传统燃油动力车不同，依靠压缩空气膨胀做功输出动力，真正做到无污染零排放。燃油动力车存在的资源供应紧张尾气排放污染严重与治理困难等问题使其必然遭到历史的淘汰。电池动力车依靠充电电池驱动电机提供动力，看似清洁无污染，但是废旧电池的处理为其广泛应用埋下了隐患，电池内的重金属以及废酸液如果不能得到妥善回收，其对土壤和地下水的危害十分严重且难以治理。空气动力车燃烧空气，排放出的也是空气，利用水力风力和太阳能发出的可再生清洁电力供给空气压缩机，大气中无穷的空气将成为我们取之不尽的能源，毫无污染并且可以循环利用。造价低空气的可循环再利用决定了空气动力车的经济特点，它十分廉价。发动机技术的突破，使得车身结构变得简单，减少了车身的成本行驶耗能方面，即使使用汽油混合动力，空气动力汽车平均能达到每加仑英里，是现在最省油的丰田普锐斯混合动力车的两倍多。压缩空气膨胀过程中吸热，因此还可以作为汽车的空调系统加以利用。加气快空气动力车特有的储气罐，让我们可以像加油样在加气站几分钟的时间加满压缩空气，而不必像电动汽车样要花上几个小时为电池充电。压缩空气在储气罐中不会缓慢泄露，而电动汽车的电池随着时间的推移电量会逐渐丧失。加气既可以在家中利用空气压缩机完成，也可以在建设好的加气服务站完成。节约能源在温室效应日益严重的今天，各国对于节能减排已经逐步达成共识。未来几年，二氧化碳排放量将受到各国的严厉限制，低耗能汽车是大势所趋。插电式混合动力能大幅消减尾气排放，但造价较高，若要推广则需要改良基础设施，如大规模建立充电站。目前技术上制造燃烧氧气产生水的燃料电池仍有困难。空气动力发动机利用空气分子间隙大易压缩的特点，能量的存储和释放都是物理过程，而且空气采集容易并可循环利用。结构简单因为气动发动机是可以无级变速，又可以带负荷起动，所以不必安装变速箱散热器传动轴等。又因气动发动机可以正转和反转，所以不需要倒档。车的重量减轻，车就显得轻薄。黑龙江工程学院本科生毕业设计费用低与传统汽车相比，其发动机工作时无燃料燃烧过程，所以发动机对材料要求低，结构简单尺寸小质量轻造价低，设计和制造容易。整车使用维护和生产费用低，且可利用现有气动技术汽车设计和制造技术，研制和开发周期短。综上来说，本课题的意义在于能够满足人们对新型能源且无污染的汽车的需求，而且该车优势显著，可行性可见斑。课题研究背景在世纪，法国著名科幻小说家儒勒凡尔纳就曾描绘过这样幅图景满街跑着用空气作动力的汽车。在年在巴黎举行的国际汽车展上，展出了种不用燃油而使用高压空气推动发动机的小型汽车城市之猫，发明者为居伊内格尔。如今，对空气动力车的研究与应用已经引起世界各国的广泛关注，许多汽车公司也争相投入到空气动力车的研发与推广，试图抢先占领市场制高点。法国公司的推出压缩空气动力车，罐升个大气压的压缩空气，可以行驶公里以上，最大时速达公里。美国华盛顿大学的个科研小组正在研制种利用液氮提供动力的无污染汽车。这种汽车贮存超低温液氮,液氮通过管道输送到发动机中,迅速汽化成气体,体积急剧膨胀,推动活塞驱动汽车。澳大利亚公司更是依赖压缩空气动力发动机开发研制了系列车型。课题研究现状国外研究现状法国设计师受方程式赛车发动机设计的启发，于年获得了压缩空气动力汽车发动机的专利，并创建了公司，于年推出了第台压缩空气动力汽车样车。在当地政府的协助下，公司现正在南非约翰内斯堡墨西哥城推广基于二压缩空气动力的城市用出租车。目前国外的研究工作主要集中在法国工程领导的研究小组，他们已获得相关的专利余项，其设计出的气动汽车已经定型并投入了商业生产。美国人也提出了类似的专利。荷兰的国际汽车研究中心，以及奥地利等些欧洲国家也正积极进行相关的研究。美国华盛顿大学在美国能源部的资助下，于年研制了台以液氮为动力的气动原型黑龙江工程学院本科生毕业设计汽车。其基本原理与压缩空气动力汽车相同，只是动力来源于液氮在受热蒸发后气体膨胀做功。其主要优点在于液氮无须使用高压储存和高压罐，安全性较好。但液氮的制取和存储需很低的温度，制氮成本不低，储氮费用也较大。使用过程中存在氮气逸气量大，液氮气化的热交换量也很大。国内研究现状国内近来也有人提出液态空气动力汽车的设想，但液态空气动力汽车也同样存在液氮气体动力汽摩擦块外半径，取摩擦块内半径。将数据代入上式得。图摩擦块内外半径图摩擦衬块工作面积推荐根据制动摩擦衬块单位面积占有的汽车质量在∕∕范围内选取。衬片摩擦面积参考数值如表所示。表衬片摩擦面积参考表汽车类别汽车总质量单个制动器总的衬片摩擦面积黑龙江工程学院本科生毕业设计轿车货车及客车多为多为这里制动摩擦衬块单位面积占有的汽车质量为∕，则摩擦衬块工作面。前将数据代入上式得前。摩擦衬块圆心角的计算圆心角计算公式为外内式中为摩擦片相对轮辋中心包角代入数据解得。盘式制动器制动力矩的设计计算盘式制动器的计算用简图如图所示，若衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，且各处的单位压力分布均匀，则盘式制动器的制动力矩为式中摩擦系数作用半径单侧制动块对制动盘的压紧力，见下图。以上各参数确定如下作用半径的确定对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，则取为平均半径或有黑龙江工程学院本科生毕业设计效半径已足够精确。平均半径为式中，扇形摩擦衬块的内半径和外半径。代入数据得。图盘式制动器计算用图图钳盘式制动器的作用半径计算图有效半径即是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离为式中扇形摩擦衬块的平均半径。代入数据得。黑龙江工程学院本科生毕业设计因为,故，且越小则两者差值越大。应当指出，若过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远，磨损将不均匀，因而单位压力分布均匀这假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。值般不应小于。式中取的确定根据能力守恒定律得式中汽车总质量汽车制动距离汽车行驶最高速∕。代入数据得。因为前后重量分配则有单个后车轮受力为式中汽车制动所需制动力，据式取。将数据代入上式得。又由力矩相等得到式中制动时单个后车轮受力车轮滚动半径扇形摩擦衬块有效半径，。将数据代入上式得。据资料取液压缸活塞内径，。式中液压缸活塞内径液压缸活塞所受压强，。将数据代入上式得。由上两式可得。最后计算得到制动力矩。黑龙江工程学院本科生毕业设计第章气动回路的设计压缩空气动力汽车本质上是套气动设备，与常规的气动系统的构成只是些元器件上的差别，也包括了气源气阀气动管道执行机构叶片式马达和控制元件等。简图如下图气动回路简图气罐的设计计算由叶片式马达的参数可知，马达的工作压力为，耗气量为。设计要求是能够保证车以最高时速行驶。行驶总耗气量为工作压力存储压力储气罐容积气动系统效能的分析气动回路不可避免的会有些能量损失，气动回路的设计要尽量减少能量损失，提高压缩空气的使用效率。下面对本设计气动载运小车的效能做出计算和分析。小车运行所需克服摩擦力做功黑龙江工程学院本科生毕业设计式中轮胎与地面的滚动摩擦系数，取小车载重，取小车行程，取。代入数据计算得，小车需克服阻力做功。而小车需要的总能量为其中，机械传递效率，取，计算得到。而容积为的气罐当充气压力到时，由克拉伯龙方程可知，其储存的有效能量可以表示为式中工作压力，取环境温度，取气体质量，。代入数据计算得。另外定义压缩空气所做的有效膨胀功与压缩空气储存的全部膨胀功之比为压缩空气的使用效率。小车克服阻力所做的功即压缩空气所作的有效膨胀功，存储的有效能量即压缩空气储存的全部膨胀功。因此该气动回路压缩空气的使用效率为黑龙江工程学院本科生毕业设计结论本论文在综述了世界各地空气动力车的研究和应用的基础上，结合发展方向，具体阐述了个基于气动马达的空气动力小车的结构设计。采用的驱动器与以往设计有所不同，本设计使用的是价格便宜，且安全安装使用方便的气动马达。本文主要完成了以下工作查阅资料分析了空气动力车的国内外研究现状以及发展趋势，提出本课题的研究可行性及研究内容。根据气动马达的驱动方式及小车运动机能，确定系统的总体方案，解决了小车驱动系统和传动系统的问题。结合对气马达这种新型驱动器特性的分析,根据小车的载重时速以及行程算出了小车所需的力的大小，选择气马达的型号。进行了结构设计计算。根据机械设计的基本理论和方法，设计计算动力传送结构制动器零件的几何参数。针对小车的驱动方式和应用场合，对供气系统进行了设计，对该系统进行了压缩空气效能计算。设计出的气动载运小车能够载人行走，实现短行程的不间断运行。但要完全实现自动化控制，提高其柔顺性，还需要开展如下的研究工作进步设计性能更加良好的气动马达在机械结构的基础上继续完善其结构的紧凑性，添加些实用设备，如减震器车铃等安全设施控制系统上安装传感器，使其能实现自动闭环控制。黑龙江工程学院本科生毕业设计参考文献李玉绅，孙协胜世纪汽车的发展趋势世界汽车，刘远鹏代用燃料汽车的研究与发展汽车研究与开发陈清泉世纪的绿色交通工具电动北京清华大学出版社，胡骅混合动力源电动车和电动车的电动机世界汽车陈全世，齐占宁燃料电池电动汽牟的技术难关和发展前景汽车工程何仁等，压缩空气动力汽车的可行性分析机电产品开发与创新，机械设计手册编委会单行本机械设计手册北京机械工业出版社，虞健，左曙光，靳晓雄。压缩空气动力汽车研究汽车世界，王望予汽车设计第版北京机械工业出版社，徐灏主编新编机械设计师手册北京机械工业出版社，汽车工程手册编辑委员会汽车工程手册设计篇北京人民交通出版社，汽车工程手册