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《国防科学技术大学》 2008年
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内燃机新型功率传输机构的设计与研究

邓豪  
【摘要】: 内燃机是世界上使用范围最宽,数量最多的热能动力装置,具有功率覆盖面大,转速范围宽,经济性好等特点。内燃机的功率传输机构通常由活塞、连杆、曲轴组成,这种结构导致内燃机效率低,并带来振动、噪声等一系列问题。本文基于提高功率传输机构能量转化效率的设计思路,研究了齿条-超越离合器传动和柔性体-超越离合器传动两种新型功率传输机构,这两种机构的共同点是机构传动效率高、侧压力小、无死点,并且可以设计较长的气缸来增大活塞的行程。围绕这两种机构及其在新型内燃机上的应用,本文开展了以下研究。 (1)对各类功率传输机构的特点进行分析,提出一种新型功率传输机构的研制思路,即通过在输出轴与活塞间添加超越离合器而取消两者间的刚性运动连接,并且在活塞受到压力较大时,保证能以最大的有效推力产生扭矩和较大的行程输出能量,从而提高能量转化效率; (2)对采用齿条-超越离合器功率传输机构的新型内燃机(简称齿条超越式内燃机)结构进行探索研究,包括研究齿条超越式内燃机的多种空间布局方案,建立八缸方案主要传动部分的三维装配模型,对其进行运动学分析及仿真,通过在活塞和配气凸轮轴间添加连杆机构设计新的配气系统等。研究表明:齿条超越式内燃机由对置活塞齿条传动式内燃机单元组成,单元数目和空间布局可根据应用领域进行配置;活塞的运动速度接近于正弦曲线,运动平稳; (3)对柔性体-超越离合器功率传输机构进行设计以及动力学分析仿真,包括研究活塞与超越离合器外环间的传动规律、柔性体的横向振动状况、张力状况以及弹性滑动现象,寻找抑制横向振动,减少磨损和提高疲劳寿命的途径。研究表明:往复直线运动的活塞通过柔性体带动超越离合器外环往复摆动,外环的运动频率与活塞一致,但速度曲线上有轻微的振荡;柔性体材料弹性模量越大,线密度越小对降低传动过程中的横向振动越有利;预紧载荷在工作载荷附近选取可以避免传动过程中柔性体张力的大幅度变化,有效提高其疲劳寿命,适当增大预紧载荷可以提高柔性体的传动能力,降低柔性体的横向振动; (4)对钢丝绳-超越离合器功率传输机构中的关键部件进行设计以及受力分析;利用有限元方法对差速式卷筒的设计进行优化和校核;设计钢丝绳-超越离合器功率传输机构的试验装置,并利用它对动力学仿真结果进行试验验证,进一步探讨该机构应用于内燃机上的可行性。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TK403

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