斯特林发动机曲柄连杆传动机构运动精度的研究

摘要

曲柄连杆机构是斯特林发动机实现运动形式转变的核心部件，该机构运动精度的大小将直接关系到整个动力装置的安全性和可靠性，影响发动机的工作效率和应用场合。本文主要针对构件尺寸误差、运动副间隙、弹性变形对机构输出误差的影响作出分析研究，具体内容和解决的关键问题如下:
　　1.采用环路增量法研究构件尺寸误差对活塞杆位置精度的影响情况，并找出对机构输出误差影响较大的因素。在机构总输出误差已定的情况下，综合考虑各构件尺寸误差对机构总位置误差影响的灵敏度和构件加工制造成本，计算出随着加工制造成本权因子的变化，各构件尺寸误差的精度分配情况。
　　2.分析研究转动副间隙对曲柄连杆机构运动精度的影响。利用概率论及数理统计知识，研究活塞杆输出极限误差与构件原始误差及转动副间隙的关系，综合考虑机构运动精度和加工制造成本，构建出一种多目标精度优化设计模型，使机构构件极限误差和转动副间隙值与加工制造成本均衡。
　　3.定量地分析了密封件抱紧力对活塞杆弹性变形的影响。通过机构弹性动力学和有限元法相关理论，建立了斯特林发动机曲柄连杆机构的有限元模型，并推导出该机构的系统动力学运动微分方程。利用MATALB数学分析软件，求解得到活塞杆的弹性变形，验证了该弹性变形对于机构运动误差的变化影响非常小，研究机构运动误差时可以将其忽略。
　　4.通过ADAMS仿真软件，分别建立不计误差因素时曲柄连杆机构的虚拟样机模型和计入误差因素时机构的虚拟样机模型，仿真得到机构的理想运动曲线和实际运动曲线。通过使用ADAMS后处理模块，将理想曲线与实际曲线相减，得到机构运动误差曲线。通过图形追踪，可以得出机构位移误差、速度误差和加速度误差的最大变化量，最终确定机构的运动精度。

目录

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摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 机构运动精度国内外研究状况

1．2．1 机构静态误差国内外研究状况

1．2．2 机构弹性动力学国内外研究状况

1．3 斯特林发动机活塞杆密封简介

1．4 课题来源及研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 技术指标

1．4．3 课题研究内容

1．5 本章小结

第2章 尺寸误差对机构运动精度的影响

2．1 机构精度分析的研究方法

2．1．1 建立机构位置误差的增量方程

2．1．2 建立机构速度误差增量方程

2．1．3 建立机构加速度误差增量方程

2．2 机构误差的合成

2．3 机构精度综合

2．3．1 常用机构精度综合方法的对比

2．3．2 运用变公差比法进行机构精度综合

2．4 计算结果分析

2．5 本章小结

第3章 转动副间隙对机构运动精度的影响

3．1 建立带间隙的曲柄连杆机构误差模型

3．2 建立机构输出误差的随机模型

3．3 机构优化模型的建立

3．4 计算结果的仿真分析

3．5 本章小结

第4章 弹性变形对机构运动精度的影响

4．1 机构弹性动力学理论

4．2 机构有限元模型的建立

4．3 系统弹性动力学方程的建立

4．3．1 单元运动微分方程的建立

4．3．2 机构系统运动微分方程的建立

4．3．3 机构弹性动力方程的分析方法

4．4 机构输出误差的计算与分析

4．5 本章小结

第5章 机构运动精度的仿真分析

5．1 机构虚拟样机模型的建立与仿真

5．1．1 ADAMS工作环境的设置

5．1．2 机构虚拟样机模型的建立

5．1．3 添加约束

5．1．4 添加驱动

5．1．5 运行仿真

5．1．6 建立测量

5．2 仿真结果分析

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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