差速式发动机转子组件的结构设计与分析

论文摘要

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。

论文目录

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