基于等径凸轮功率传输机构的对转发动机设计与分析

摘要

对转发动机是一种新型的凸轮活塞式发动机，利用平面等径凸轮机构取代传统的曲柄连杆机构作为功率传输机构，融合了往复活塞发动机和凸轮发动机的优点，把活塞的往复直线运动通过等径凸轮机构转化成输出轴的对转运动，从而实现功率的输出。同时把常规的凸轮发动机的空间凸轮改为平面凸轮，使凸轮的加工更加简单，成本更低，可靠性更高。整个发动机结构简单，传动件较少，具有优异的低速性能。本文主要设计了对转发动机的总体结构和基本原理，围绕发动机的运动学、燃烧特性、动力学等方面展开了一系列研究。
　　1、总体结构设计。设计了发动机的总体结构，主要介绍了等径凸轮机构和配气机构；选择了凸轮机构的运动规律和凸轮运动周期数；分析了发动机的做功时序和基本工作原理，介绍了发动机的主要设计指标和评价参数。
　　2、运动特性分析。建立了发动机的等径凸轮机构的运动学模型，计算得到了推杆的位移、速度、加速度等运动学参数的基本变化规律；通过改变结构参数来分析其对运动学特性的影响，从而进行结构参数的优化设计；利用矩阵变化求解得到凸轮的外轮廓曲线，为凸轮的加工提供基础；通过分析选择发动机的主要参数，进行发动机的优化设计
　　3、工作过程数值仿真。利用发动机工作过程数值模拟软件AVL-BOOST软件建立发动机工作过程模型，进行工作过程数值模拟，得到了发动机工作时各气缸的缸压曲线，同时对发动机的排气系统排气歧管的结构和进气系统进气歧管的管径做了优化设计，最后得到优化后的缸压曲线，作为动力学仿真的动力源。
　　4、动力学建模求解与仿真。建立了发动机的动力学模型，然后对建立的动力学模型求解得到了发动机的输出转矩曲线和功率，并与传统的曲柄连杆发动机比较。接着建立了发动机的动力学仿真模型，并利用后处理得推杆运动规律和凸轮和滚子之间的作用力，然后与理论计算结果对比，验证了动力学模型的合理性。
　　5、文章最后展开了对转发动机原理样机的转动试验，试验结果表明发动机的运动规律与理论分析的结果相符，验证了前期理论分析的正确性。接下来将进一步优化，不断改进发动机的性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 相关领域研究现状

1.3 主要研究内容

第二章 对转发动机总体设计

2.1 对转发动机总体结构组成

2.2 凸轮的设计

2.3 对转发动机工作过程分析

2.4 发动机主要设计指标和评定参数

2.5 本章小结

第三章 对转发动机运动特性分析

3.1 发动机运动学建模

3.2 求解与分析

3.3发动机主要参数选择

3.4本章小结

第四章 对转发动机工作过程数值仿真

4.1 数值仿真理论基础

4.2 仿真模型的建立

4.3 仿真计算及其分析

4.4 本章小结

第五章 对转发动机动力学分析

5.1 等径凸轮机构动力学建模

5.2 动力学模型求解与分析

5.3 基于ADAMS的动力学仿真

5.4 对转发动机样机原理试验分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果