随着现代社会不断发展,城市容纳了越来越多的车辆,其暴露出一系列各种问题:尾气污染、车辆利用率低、道路拥堵、停车难等,给人出行造成极大不便。因此,对于未来汽车来说,不可避免会更趋向于向小型化、轻型化、智能化与绿色化发展。因此,课题所研究的两轮汽车,在满足现有汽车功能的基础上,通过大幅度降低车身大小,能大大提高道路和车辆的使用率,提高车辆灵活性和操纵性,能够有效解决上述问题,具有重要的实用价值和意义。两轮汽车的关键,在于其内置的两台用于保持车身平衡的控制力矩陀螺(Control Moment Gyro,简称CMG)。控制力矩陀螺相较于其他力矩输出系统如飞轮、粒子喷射式等,具有响应快、功耗低、结构紧凑等优点,在航空、航海、能源领域得到广泛应用并具有广阔前景。首先,论文以所应用的控制力矩陀螺为研究对象,概述了控制力矩陀螺在国内外研究进展现状和应用范围,介绍其基本结构和工作原理。根据目标指标,确定总体方案并设计陀螺整机结构,并建立力矩陀螺的力学模型。其次,论文针对力矩陀螺内置的高速转子模块,分别对其动力学性能及静力学强度方面进行分析优化。论文基于Workbench平台,计算了高速转子前6阶固有频率和振型,根据所得到的临界转速数据对结构薄弱部分进行相应迭代优化。同时,考虑不同路况各种随机性因素对整机平衡系统所产生影响,对整机系统进行谐响应分析,验证结构最终的可靠性与稳定性。最后,对高速转子关键零部件进行实际工况下的静力学分析和整机热场热分析,验证了结构方案的稳定可行。