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气动发动机的总体结构设计与性能研究

作　者: 顾辉
导　师: 谈乐斌; 潘孝斌
学　校: 南京理工大学
专　业: 人机与环境工程
关键词: 活塞往复式气动发动机数学模型人机工程
分类号: U464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国汽车已突破一亿辆,并保持迅速增长的趋势。汽车消耗了大量石油等不可再生资源,并对环境造成了严重污染。气动发动机是一种利用压缩空气作为动力源,排出尾气无污染的动力装置。本文以绿色人机工程学设计理念为指导,提出一种新型往复式气动发动机结构,并对其进行仿真和试验研究。本文的主要内容如下：(1)针对活塞曲柄连杆结构的不足,提出一种新型活塞往复式气动发动机结构,通过双面齿条与齿轮组成的传动系统输出同方向的旋转动力。设计了单级和两级气动发动机总体方案,并对传动系统中传动轴和齿轮等重要零部件进行计算和校核。(2)根据热力学定律建立单级气动发动机工作过程的数学模型,利用AMESim软件进行仿真研究。分析各项参数对发动机主要性能的影响,为发动机优化设计提供理论依据。(3)建立两级气动发动机数学模型并进行仿真研究,与单级气动发动机主要性能进行对比。针对不同二级气缸缸径进行研究,得到一级气缸和二级气缸的优化组合。(4)设计并构建气动发动机试验台架,对气动发动机进行台架试验。将发动机系统布置在自行车上,利用JACK软件对其进行了人机工效分析和评价。测试了气动自行车的行驶速度、路程和操纵性能,其能量利用率为52.3%。本课题探索了以压缩空气膨胀做功为输出动力的技术方法和改进措施,为新能源汽车的开发研究奠定基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题研究背景和意义  8-9
    1.1.1 汽车工业的问题  8
    1.1.2 绿色人机工程  8-9
  1.2 新能源汽车研究现状  9-11
  1.3 国内外气动发动机研究现状  11-13
    1.3.1 国外气动发动机研究现状  11-12
    1.3.2 国内气动发动机研究现状  12-13
  1.4 论文主要研究内容  13-14
2 气动发动机系统总体设计  14-29
  2.1 气动发动机功能结构需求分析  14-15
  2.2 活塞往复式驱动方式对比  15-17
  2.3 单级气动发动机方案设计  17-20
    2.3.1 单级气动发动机方案的提出  17-18
    2.3.2 气动控制系统设计  18-19
    2.3.3 单级气动发动机传动系统设计  19-20
  2.4 气动发动机工作原理  20-23
    2.4.1 气动发动机工作过程  20-21
    2.4.2 气动发动机膨胀做功分析  21-23
  2.5 两级气动发动机方案设计  23-25
  2.6 传动系统重要零部件设计与计算  25-28
    2.6.1 传动轴  25-26
    2.6.2 齿轮  26-28
  2.7 本章小结  28-29
3 单级气动发动机理论分析  29-47
  3.1 单级气动发动机数学模型研究  29-33
    3.1.1 气体能量方程  29-31
    3.1.2 质量流量方程  31-32
    3.1.3 传动系统运动方程  32-33
  3.2 单级气动发动机仿真模型的建立  33-35
    3.2.1 AMESim软件介绍  33-34
    3.2.2 AMESim仿真模型  34
    3.2.3 仿真模型参数设定  34-35
  3.3 仿真结果分析  35-46
    3.3.1 单级气动发动机的动态工作特性  35-38
    3.3.2 膨胀行程对气动发动机性能的影响  38-40
    3.3.3 进气压力对气动发动机性能的影响  40-42
    3.3.4 活塞行程对气动发动机性能的影响  42-44
    3.3.5 气缸直径对气动发动机性能的影响  44-46
  3.4 本章小结  46-47
4 两级气动发动机理论分析  47-62
  4.1 两级气动发动机数学模型研究  47-51
    4.1.1 气缸数学模型  48-49
    4.1.2 热交换器数学模型  49-50
    4.1.3 传动系统运动方程  50-51
  4.2 两级气动发动机仿真模型的建立  51-52
  4.3 仿真结果分析  52-61
    4.3.1 两级气动发动机的动态工作特性  52-56
    4.3.2 热交换器的设计  56-57
    4.3.3 气缸缸径比对两级气动发动机性能的影响  57-61
  4.4 本章小结  61-62
5 气动发动机初步试验研究  62-74
  5.1 气动发动机台架试验  62-67
    5.1.1 台架试验方案设计  62
    5.1.2 台架试验仪器选择  62-65
    5.1.3 台架试验结果及分析  65-67
  5.2 气动自行车试验研究  67-73
    5.2.1 基于人机工程学的气动自行车方案设计  67-69
    5.2.2 人机工程学评价  69-72
    5.2.3 气动自行车试验结果及分析  72-73
  5.3 本章小结  73-74
6 总结与展望  74-76
  6.1 本文工作总结  74-75
  6.2 展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-79

气动发动机的总体结构设计与性能研究

内容摘要

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