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差速式发动机转子组件的结构设计与分析

作　者: 陈虎
导　师: 潘存云
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 转子活塞宽径比运动学优化设计稳定性
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 18次
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内容摘要

差速式发动机是为了改进传统发动机功率密度小的不足而提出的,它的功率传输系统包括差速驱动机构和动力缸两部分,论文主要研究动力缸中转子组件的结构设计。针对适用于差速式发动机的几种转子结构,选出比较合理的结构方案并进行分析和优化,围绕直缸式转子的结构设计、运动学展开研究,对关键零部件的静强度、刚度和稳定性进行优化设计与计算分析。主要研究内容包括以下几个方面:1.设计了几种可行的转子结构方案,并提出解决其密封、润滑及冷却的方法,通过分析发现,扇形转子和嵌套式转子中的直缸式转子特点突出,具有继续研究的潜力。2.建立矩形截面、圆形截面和半圆形截面叶片活塞的输出转矩的理论模型,得出矩形截面叶片活塞的输出转矩是宽径比的增函数,并对其宽径比进行了优化,优化结果表明,为使矩形截面的变形不至过大,在设计时,宽径比应在1到3之间取值。3.完成了直缸式转子结构的运动学建模与分析。对活塞质心运动的位置、速度和加速度进行运动学建模,利用活塞、转子和连杆的运动关系导出连杆质心的位置、速度、加速度和摆动角的运动学模型,并对活塞和连杆的运动规律进行了分析,结果表明活塞和连杆运动是周期性变化的,而且变化比较平缓。4.建立了用平均有效转矩对直缸式转子进行分析的计算模型。分析了运动学模型中主要参数对平均有效转矩的影响。5.利用ANSYS workbench软件对连杆进行优化,将连杆长度、宽度、高度作为输入变量,以最大应力、最大变形和质量最小为目标进行设计计算,优化出三种最优方案并进行稳定性分析。

全文目录

摘要  10-11
Abstract  11-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题的背景与选题依据  12-13
    1.1.1 论文的研究背景  12
    1.1.2 论文的选题依据  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 往复式活塞结构发展概述  13
    1.2.2 旋转式转子结构研究现状  13-17
  1.3 论文主要工作  17-20
    1.3.1 论文的组织结构  17
    1.3.2 论文研究内容  17-18
    1.3.3 主要贡献  18-20
第二章转子组件结构方案设计与对比  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 扇形转子组件结构方案  20-24
    2.2.1 三种扇形转子总体结构  20-22
    2.2.2 扇形转子组件冷却及润滑方式研究  22-23
    2.2.3 扇形转子组件密封结构设计  23-24
  2.3 嵌套型转子组件结构方案  24-30
    2.3.1 弧缸式转子组件总体结构  24-26
    2.3.2 直缸式转子组件总体结构  26-27
    2.3.3 嵌套型转子组件冷却及润滑方式设计  27-30
  2.4 本章小结  30-32
第三章扇形转子叶片截面形状优化与分析  32-45
  3.1 引言  32
  3.2 叶片活塞特性建模与分析  32-39
    3.2.1 叶片活塞转矩传递模型  32-35
    3.2.2 叶片活塞弯曲变形模型  35-39
  3.3 宽径比变化影响分析  39-43
    3.3.1 workbench 线性静力学结构分析理论  39
    3.3.2 基于ANSYS workbench 受力变形仿真对比分析  39-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章直缸式转子的运动建模与特性研究  45-66
  4.1 引言  45
  4.2 关键部件运动学建模与分析  45-54
    4.2.1 坐标系及相关符号定义  46-47
    4.2.2 活塞及连杆运动学建模  47-54
  4.3 平均有效转矩计算  54-57
    4.3.1 作功冲程内力变化方程  55-56
    4.3.2 平均有效转矩建模分析  56-57
  4.4 转子特性仿真计算及分析  57-65
    4.4.1 转子关键部件运动仿真计算与分析  57-63
    4.4.2 平均有效转矩仿真分析  63-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章直缸式转子活塞的连杆优化设计  66-78
  5.1 引言  66
  5.2 基于workbench 的连杆静强度和刚度有限元参数设计  66-74
    5.2.1 基于workbench 的有限元参数优化方法  66-67
    5.2.2 连杆静强度和刚度优化分析  67-74
  5.3 连杆的稳定性分析  74-77
    5.3.1 压杆稳定性理论  74
    5.3.2 连杆临界应力计算  74-77
  5.4 本章小结  77-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 全文工作总结  78-79
  6.2 研究展望  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-84
作者在学期间取得的学术成果  84

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