基于端面凸轮功率传输机构的对转轴发动机设计与分析

摘要

当今社会，能源需求日益增加，环境保护的要求日趋增强，而新能源的应用仍然未能成为主流，因而迫切要求提高对能源的利用效率。内燃机作为利用现有能源的主要形式，必将继续发展。而传统的往复活塞式发动机由于自身缺陷，功率密度难有提高，需要提出新结构发动机以满足实际需求。
　　论文研究来源于部委级重大项目，在端面凸轮发动机的基础上，设计了一款双凸轮对转发动机，克服了传统发动机的不足并继承了许多成熟的发动机设计经验。该发动机具有结构简单，传动构件少，功率密度高等特点，能够将活塞的往复运动转化为凸轮的旋转输出，并且巧妙利用凸轮的对置分布，采用双轴输出，适应特殊场合的工作需要。本文将对双凸轮对转发动机的机构设计进行研究，为下一步制作工程样机和进一步的分析提供理论基础。本文的主要内容如下：
　　（1）对双凸轮对转发动机总体方案进行设计。从发动机的总体结构开始，设计了其中的能量转换组件、功率传输组件和同速转动组件，并对该发动机独特的工作原理和四冲程循环过程进行了介绍，设计了发动机的凸轮推杆机构和配气机构。本文通过创新结构设计，使双凸轮对转发动机有以下特点：一是双缸作功双轴输出，满足特殊场合应用需要；二是对称和平衡的机构设计，传动特性良好；三是结构简单，不需要复杂的配气装置。
　　（2）分析了双凸轮对转发动机的功率传输机构和配气机构的运动特性。建立了各自机构的运动学模型，对其运动规律进行了分析，并针对其各个参数对运动特性的影响进行了分析，从而验证所选运动规律的正确性，为机构参数的选定提供依据。
　　（3）分析了凸轮曲面啮合特性。通过凸轮与滚轮之间的啮合接触关系，建立了凸轮与滚轮之间的啮合曲面方程，分析了凸轮和滚轮之间的主曲率，以确定是否有干涉，分析了影响压力角的各个参数，为机构模型的建立提供了依据。
　　（4）利用虚拟样机仿真软件对功率传输机构的运动特性进行验证和分析。建立整机三维模型，结合仿真软件 ADAMS对简化后的模型进行仿真。仿真结果验证了所设计机构运动规律的正确性，所得力学曲线为端面凸轮的进一步优化和机构的设计提供了依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 端面凸轮发动机研究现状概述

1.3 论文研究工作概述

第二章 对转轴发动机总体设计方案介绍

2.1 引言

2.2 双凸轮对转发动机方案设计简介

2.3 工作原理和四冲程循环分析

2.4 端面凸轮机构的设计

2.5 配气机构的设计

2.6 小结

第三章 关键组件的运动特性建模与分析

3.1 引言

3.2 功率传输机构的运动学分析

3.3 端面凸轮与配气凸轮间运动规律分析

3.4 小结

第四章 端面凸轮曲面啮合特性分析

4.1 引言

4.2 端面凸轮与滚轮的啮合曲面

4.3 啮合曲面曲率分析

4.4 啮合压力角分析

4.5 小结

第五章 功率传输机构虚拟样机模型仿真分析

5.1 引言

5.2 虚拟样机模型的建立

5.3 基于ADAMS的仿真分析

5.4 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成果