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差速式转子发动机功率传输机构动力特性研究

作　者: 张威扬
导　师: 潘存云
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 差速齿轮连杆机构传动角动态静力学
分类号: TK401
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传统往复式发动机的功率传输机构通常采用曲柄连杆机构,这种结构导致发动机存在效率低、振动大、噪声大等一系列问题。针对传统曲柄连杆机构的不足,本文差速式转子发动机的功率传输机构采用了行星齿轮连杆机构。本文主要对该新型功率传输机构的动力特性进行分析,以了解其动力性能和应用前景,并为其相关的性能分析与工程设计打好理论基础。本文围绕该功率传输机构,依次从运动学、静力学、动态静力学方面展开研究。(1)运动学特性分析。建立了包含两组行星齿轮连杆机构的功率传输机构运动学模型;并在设计了结构参数之后,分别对不同运动形式下的运动学模型进行了求解与分析;还对发动机的几个运动性能参数进行了分析。分析结果表明:转子具有瞬时停歇特性,能很好地满足差速式转子发动机定点配气的要求;机构的运动在极限位置存在较大的冲击。(2)传动特性建模与分析。鉴于输出构件两端受力的特殊情况,对传统的传动角的概念进行推广,提出了“力矩传动角”的概念,并依此对功率传输机构整体的传动特性进行了分析。分析结果表明:力矩传动角可以有效地用于旋转输出构件多点受力时的情况;功率传输机构不存在死点,但力矩传动角较小。(3)动态静力学分析。利用牛顿力学和欧拉方程建立了功率传输机构的动态静力学模型,在假定输出轴为匀速转动的情况下分别对恒定工作力矩情况下和理想爆炸力情况下的动力学情况进行了求解和分析,并对功率传输机构中的行星齿轮和输出轴进行了强度分析。分析结果表明:恒定工作力矩情况下,各约束反力出现比较大的波动,且在极限位置存在较大的冲击力;给定爆炸力时,受力情况有所改善,但仍在极限位置存在冲击。(4)动力学仿真。利用Adams建立了功率传输机构的虚拟样机模型;通过运动学和动力学仿真分别得到了各部件的运动规律和受力情况,并将其与前面的理论计算结果进行对比分析。分析结果表明:虚拟样机仿真模型和理论模型是基本吻合的。

全文目录

摘要  11-12
Abstract  12-14
第一章绪论  14-20
  1.1 选题依据与研究意义  14-15
  1.2 相关领域研究现状  15-18
    1.2.1 差速式转子活塞发动机  15-16
    1.2.2 间歇转动机构  16-17
    1.2.3 齿轮连杆机构  17-18
    1.2.4 机构动力学  18
  1.3 主要研究内容  18-20
第二章功率传输机构的运动学特性分析  20-42
  2.1 功率传输机构的工作原理  20-22
    2.1.1 动力缸组件  21-22
    2.1.2 差速驱动组件  22
  2.2 功率传输机构的运动学建模与分析  22-36
    2.2.1 建立运动学模型  22-24
    2.2.2 结构参数设计  24-25
    2.2.3 多种情况下的模型求解与分析  25-36
  2.3 功率传输机构几个关键运动学参数的分析  36-41
    2.3.1 停歇特性分析  36-39
    2.3.2 极限位置分析  39-40
    2.3.3 压缩比分析  40-41
  2.4 小结  41-42
第三章功率传输机构的传动特性建模与分析  42-51
  3.1 输出构件一端受力的传动角分析  42-46
    3.1.1 传动角求解方法  42-43
    3.1.2 求传动角变化曲线  43-45
    3.1.3 传动角分析  45-46
  3.2 输出构件两端受力时的力矩传动角分析  46-50
    3.2.1 力矩传动角的定义  46-47
    3.2.2 力矩传动角的求解方法  47-48
    3.2.3 求力矩传动角曲线  48-49
    3.2.4 整体传动特性分析  49-50
  3.3 小结  50-51
第四章功率传输机构的动态静力学建模与分析  51-80
  4.1 功率传输机构的动态静力学建模  51-58
    4.1.1 相关参数的定义与假设  51-53
    4.1.2 建立动态静力学模型方程  53-58
  4.2 输出轴匀速时的动态静力学模型求解与分析  58-68
    4.2.1 各构件的质心运动  58-62
    4.2.2 所需爆炸力矩分析  62-63
    4.2.3 运动副约束反力分析  63-68
  4.3 给定爆炸力矩时的动态静力学分析  68-76
    4.3.1 理想情况下的爆炸力矩  68-71
    4.3.2 产生的工作力矩分析  71-72
    4.3.3 运动副约束反力分析  72-76
  4.4 关键构件的静强度分析  76-78
    4.4.1 行星齿轮强度分析  76-77
    4.4.2 输出轴强度分析  77-78
  4.5 小结  78-80
第五章功率传输机构的动力学仿真  80-89
  5.1 建立动力学仿真模型  80-83
    5.1.1 SolidWorks 三维结构模型  80-82
    5.1.2 ADAMS 虚拟样机模型  82-83
  5.2 运动特性仿真分析  83-85
    5.2.1 角速度和角加速度验证  83-85
    5.2.2 质心加速度验证  85
  5.3 动力特性仿真分析  85-88
    5.3.1 添加齿轮副的ADAMS 仿真  86
    5.3.2 添加碰撞的ADAMS 仿真  86-88
  5.4 小结  88-89
第六章结论与展望  89-91
  6.1 全文总结  89
  6.2 研究展望  89-91
致谢  91-92
参考文献  92-95
作者在学期间取得的学术成果  95

差速式转子发动机功率传输机构动力特性研究

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