斜盘式斯特林发动机传动机构的设计及性能分析

摘要

碟式太阳能斯特林热发电技术近30多年逐渐走向成熟，具有光电转化效率高、清洁环保、使用灵活等优点，得到了社会广泛的关注和研究应用。斜盘式斯特林双作用发动机是碟式太阳能热发电系统中的核心动力设备，其性能是整个系统发电性能的关键影响因素之一。
　　本文初步设计一台用于碟式太阳能发电站的功率25kW、转速1500转/分的斜盘式斯特林双作用发动机，并通过MATLAB和ADAMS软件对该发动机性能进行分析。主要工作内容如下:
　　根据工况要求设计斯特林发动机内斜盘传动机构各零部件（活塞杆、半球形滑靴、斜盘、导向柱、滑块、滑靴座等）的主要结构尺寸，通过校核公式对零部件的强度进行校核。
　　根据工况要求确定工质循环压力、工况频率、活塞行程与缸径、热交换系统无益容积等参数，并通过MATLAB软件对发动机额定工况下的运动特性进行数值分析，研究分析工质循环压力、热端温度、扫气容积以及无益容积等因素对斯特林发动机输出扭矩和热效率的影响。
　　对斜盘传动机构进行运动学和动力学理论分析，并结合ADAMS软件进行虚拟仿真，分析活塞的运动规律、活塞力特性、半球形滑靴与斜盘的接触力特性，滑块与导向柱的受力情况、输出轴的扭矩特性、以及整机机械效率。
　　考虑斜盘传动机构在加工制造和安装过程中的各种误差，结合MATLAB和ADAMS软件联合仿真，主要针对活塞轴向综合误差、活塞分布圆半径误差和活塞分布角度误差、斜盘与半球形滑靴摩擦因素四个方面分析斯特林发动机性能。

目录

声明

摘要

注释表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 碟式太阳能斯特林发动机的国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 斜盘式发动机的研究现状

1．4 本文主要研究工作内容

1．5 本章小结

第二章 斯特林发动机的斜盘传动结构设计

2．1 斜盘式斯特林发动机简介

2．2 斜盘传动结构的初步计算

2．3 活塞连杆的设计

2．4 半球形滑靴尺寸的计算和校核

2．5 滑靴座设计及轴套选型

2．6 输出轴结构设计

2．7 本章小结

第三章 斯特林发动机热力循环系统分析

3．1 斯特林发动机主要参数设计与计算

3．2 斯特林发动机热力循环计算与分析

3．2．1 等温分析法的假设条件

3．2．2 循环工质的容积变化规律

3．2．3 循环工质压力和功效计算与分析

3．2．4 工质时间比例与质量流率的计算

3．3．5 基于等温分析法的热损失计算

3．2．6 循环功及效率计算

3．3 无因次功的相关影响因素分析

3．4 本章小结

第四章 斜盘传动机构的动力学计算与分析

4．1 斜盘式传动机构的运动学分析

4．2 斜盘式传动机构的动力学分析

4．2．1 活塞组的受力分析

4．2．2 斜盘与主轴的受力分析

4．3 斜盘传动效率的计算

4．3 基于ADAMS的斜盘传动机构仿真模型

4．3．1 斜盘传动机构ADAMS模型的建立

4．3．2 滑靴与斜盘之间的接触力参数设置

4．3．3 仿真加载条件

4．4 斜盘传动机构动力学仿真分析

4．4．1 斜盘传动的运动规律分析

4．4．2 活塞组的动力学仿真分析

4．4．3 斜盘与半球形滑靴摩擦系数的影响分析

4．5 本章小结

第五章 制造误差对斯特林循环系统的影响

5．1 斜盘式斯特林发动机传动机构误差分析

5．2 活塞轴向综合误差对斯特林循环的影响分析

5．3 活塞分布圆半径误差对斯特林发动机的影响分析

5．4 活塞分布角度误差对斯特林发动机的影响分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 研究工作展望

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间发表的学术论文