新型旋转活塞式发动机功率传输机构的设计与研究

作     者：郭震 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘伟

授予年度：2021年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：新型发动机 功率传输机构 粒子群算法 固有频率 流体仿真 

摘      要：往复活塞式发动机和三角转子式发动机经多年的优化,在各行业得到了广泛应用,但两类发动机的功率传输机构存在结构复杂难以维修、力传递效率低等问题还未解决。基于此问题,论文对两类发动机的结构进行整合,设计了一种力传递效率高、功率密度大、结构相对简单的新型旋转活塞式发动机的功率传输机构。主要研究内容如下:1.提出了新型旋转活塞式发动机的功率传输机构。对往复活塞式发动机和三角转子式发动机的工作原理、优缺点进行分析,建立两种发动机的功能模型,分析问题的根本原因,应用TRIZ理论中的技术冲突解决理论得到相应的发明原理并进行改进设计,通过优选方式得到新型功率传输机构。将往复式、转子式和新型发动机在力传递效率、容积变化规律、做功密度等方面进行对比,新型发动机具有力传递效率高、做功密度大、运转平稳的优点。2.建立并优化数学模型,对活塞一、活塞二零部件进行运动特性和动力特性分析。以单位容积内做功密度最大作为目标参数,使用粒子群算法对发动机的结构参数进行优化选取得到优化模型,对优化后模型的关键零部件进行运动特性和动力特性分析并得到理论参数,使用ADAMS软件对模型进行仿真分析得到仿真参数,结果表明,理论参数和仿真参数变化趋势一致,为发动机的后续仿真、零部件实际加工奠定基础。3.使用ANSYS软件对发动机的关键零部件进行瞬态动力学分析、模态分析、谐响应分析,验证了零部件设计的合理性。对关键零部件进行瞬态动力学分析,其应力应变值满足使用要求,对关键零部件进行模态分析和谐响应分析,结果表明,关键零部件的设计较为合理,工作时不会出现共振现象,能保证发动机稳定运转。4.使用FLUENT软件对发动机流体的流动状况进行分析。为分析不同条件对发动机流体的影响,研究了转子转速、入口温度、入口压强对流体的平均压强、平均温度、平均湍动能的影响。结果表明:转子转速越高,流体的平均压强越大;入口温度越高,流体的平均温度越高;入口压强越大,流体的平均湍动能越大,流动就更加复杂;入口温度越高,入口压强越大,越有利于发动机的燃烧过程。