新型內(nèi)燃機的創(chuàng)新設計

新型內(nèi)燃機的創(chuàng)新設計本科生課程考試成績單(卷子封面)系機械工程學院專家機械工程與自動化學生姓名廖宇軒學號課程名稱機械創(chuàng)新設計上課時間2011年9月至2011年12月周學時2單位2珍妮想要評價語言審查論題總評定成績(包括平日的成績)備注班主任老師的簽名：日期：新型內(nèi)燃機的創(chuàng)新設計導向：動力機械的燃氣發(fā)動機根據(jù)其工作方式分為內(nèi)燃機和外燃機兩種。 自19世紀60年代首次出現(xiàn)實用內(nèi)燃機以來，內(nèi)燃機已經(jīng)發(fā)展了多種形式，廣泛應用于國民經(jīng)濟各部門和國防技術(shù)。一、什么是內(nèi)燃機內(nèi)燃機是在機械內(nèi)部燃燒燃料，將其熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的動力機械。廣義的內(nèi)燃機不僅包括往復活塞式內(nèi)燃機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機、自由活塞式發(fā)動機，還包括旋轉(zhuǎn)葉輪式燃氣輪機、噴氣式發(fā)動機等，通常內(nèi)燃機是指活塞式內(nèi)燃機?；钊絻?nèi)燃機往復活塞式是最普遍的。 活塞式內(nèi)燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的氣體。 氣體膨脹驅(qū)動活塞工作，通過曲柄連桿機構(gòu)和其他機構(gòu)輸出機械工作，驅(qū)動從動機械。二、往復式內(nèi)燃機的特點：現(xiàn)在使用最廣泛的往復式內(nèi)燃機有氣缸、活塞、由連桿、曲軸等主要部件和其他輔助設備組成。活塞式發(fā)動機的主體是曲柄滑塊機構(gòu)。 由于氣體爆炸，使活塞1在氣缸3內(nèi)往復移動，通過連桿2使曲軸4旋轉(zhuǎn)運動，輸出轉(zhuǎn)矩。 進氣門5和排氣門6的打開由專用的凸輪機構(gòu)控制。 活塞式發(fā)動機有進氣、壓縮、工作(爆炸)、排氣4個行程，如圖所示，只有工作行程輸出扭矩，工作對象。三、為什么內(nèi)燃機創(chuàng)新設計往復式內(nèi)燃機技術(shù)矛盾往復式活塞發(fā)動機存在以下明顯缺點(1)動作機構(gòu)及閥門控制機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜，零件多的曲軸等零件結(jié)構(gòu)復雜，工藝性差。(2)活塞的往復運動引起曲柄連桿機構(gòu)的較大往復慣性力，該慣性力隨轉(zhuǎn)速的平方而增加，增大軸承上的慣性負荷，系統(tǒng)在慣性力的不平衡下產(chǎn)生強振動。 往復運動限制了輸出軸轉(zhuǎn)速的提高。(3)曲軸旋轉(zhuǎn)2圈后才輸出動力，效率差?；钊桨l(fā)動機的四沖程上述問題引起了人們改變現(xiàn)狀的愿望，社會需求促進了產(chǎn)品的改造和創(chuàng)新，多年來一直在現(xiàn)有引擎的基礎上開發(fā)新引擎。四、非往復式發(fā)動機的特點和應用：(1)無曲柄式活塞發(fā)動機：無曲柄式活塞發(fā)動機采用替代機構(gòu)的方法，發(fā)動機傳統(tǒng)曲柄滑塊機構(gòu)替代凸輪機構(gòu)，取消傳統(tǒng)鍵曲軸，減少零件數(shù)量，結(jié)構(gòu)簡單，成本降低。名古屋機電工程公司制造的2沖程單缸發(fā)動機，如圖所示采用無曲軸式的活塞發(fā)動機。其重要部件是圓柱凸輪動力傳遞裝置。 一般的圓筒凸輪機構(gòu)將凸輪的旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)閺膭訔U的往復運動，這里，當反轉(zhuǎn)動作、即活塞往復運動時，連桿端部的滑塊在凸輪槽中滑動，從而凸輪旋轉(zhuǎn)，經(jīng)由輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩。 活塞往復兩次，凸輪旋轉(zhuǎn)360圈。 系統(tǒng)沒有飛輪，平穩(wěn)地控制旋轉(zhuǎn)運動。 該無曲柄活塞發(fā)動機在將圓筒凸輪安裝在發(fā)動機的中心部時，在其周圍設置多個氣缸，可以作為多氣缸發(fā)動機。 通過改變圓柱凸輪的凸輪輪廓形狀，可以改變輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)減速增加轉(zhuǎn)矩。 該凸輪式無曲軸發(fā)動機被應用于船舶、重型機械、工程機械等行業(yè)。(2)旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機：旺克爾旋轉(zhuǎn)發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖研究表明，在改進往復式發(fā)動機的過程中，如果能將燃料動力直接轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動是更合理的方法。 往復式蒸汽機向汽輪機的發(fā)展，許多人都在探索建設旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機。 1910年以前，提出了2000多臺旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，但由于機構(gòu)復雜，無法解決氣缸密封的問題，因此往往無法實現(xiàn)。 到1945年德國工程師范克爾經(jīng)過長期研究，突破了汽缸密封這一關(guān)鍵技術(shù)，首次成功地實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。1 .工作原理：如圖所示，萬向節(jié)設計的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的概略圖由橢圓形的缸體1、三角形的轉(zhuǎn)子2 (轉(zhuǎn)子的孔中有內(nèi)齒輪)、外齒輪3、吸氣口4、排氣口5、火花塞6等構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時，如圖10.5所示，也有進氣、壓縮、爆炸(工作)和排氣4個動作。 當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，用三角形轉(zhuǎn)子上的AB電弧分析：(1)進氣：當轉(zhuǎn)子位于圖10.5(a )所示位置時，AB電弧相對的內(nèi)腔容積變小產(chǎn)生負壓效果，燃料和空氣的混合氣體從吸氣口被吸入腔室內(nèi)。(2)壓縮：轉(zhuǎn)子位于圖10.5(b )所示的位置時，內(nèi)腔變大，混合氣體被壓縮。(3)爆炸：高壓狀態(tài)下火花塞點火，使混合氣體爆炸迅速膨脹，產(chǎn)生強壓力用力驅(qū)動轉(zhuǎn)子，驅(qū)動曲軸，輸出運動和轉(zhuǎn)矩，工作。(4)排氣：轉(zhuǎn)子從圖10.5(c )所示位置到圖10.5(d )所示的位置，內(nèi)腔容積發(fā)生較大變化小，擠出廢氣從排氣口排出。*三角形轉(zhuǎn)子有3個圓弧面，因此每圈有3個動力行程。2 .旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的設計特點：(一)功能設計。 內(nèi)燃機的功能是將氣體的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的輸出，通過內(nèi)部容積的變化完成進氣、壓縮、爆炸、排氣四個動作達到目的。 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機抓住了容積變化的主要特點，通過三角形轉(zhuǎn)子在橢圓形氣缸中偏心旋轉(zhuǎn)的方法達到了功能要求。 而且，三角形轉(zhuǎn)子的各表面和氣缸體的作用相當于往復式發(fā)動機的活塞和氣缸，依次順暢地連續(xù)工作。 轉(zhuǎn)子的各個表面兼有開閉吸排氣閥的功能，設計巧妙。(2)運動設計。 偏心三角形轉(zhuǎn)子如何輸出運動和動力？ 旋轉(zhuǎn)發(fā)動機采用內(nèi)嚙合行星齒輪機構(gòu)如圖10.6所示。 三角形的轉(zhuǎn)子相當于行星內(nèi)齒輪2，其繞中心外齒輪1繞汽缸體3公轉(zhuǎn)，同時繞其軸線自轉(zhuǎn)，連接桿h是發(fā)動機的輸出曲軸。 轉(zhuǎn)子內(nèi)齒輪與中心外齒輪的齒數(shù)比為1.51，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1圈，曲軸旋轉(zhuǎn)3圈，輸出轉(zhuǎn)速高。 三角轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)表明，曲軸每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生動力行程，對于四沖程往復式發(fā)動機，曲軸每轉(zhuǎn)兩圈產(chǎn)生動力行程，旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的功率容量比是四沖程往復式發(fā)動機的兩倍。(三)結(jié)構(gòu)設計。 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單，只有三角形轉(zhuǎn)子和輸出軸兩個運動部件。 需要1有汽化器和幾個火花塞，不需要連桿、活塞和復雜的閥控制裝置。 零件數(shù)量比往復式發(fā)動機少40%，體積減少50%，重量減少1/22/3。3 .旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的實用比：旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機與傳統(tǒng)往復式發(fā)動機相比，在輸出功率相同的情況下，具有小型、輕量、噪音低、轉(zhuǎn)速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但在實用化生產(chǎn)過程中還存在很多需要解決的問題。東澤從德國納佐公司獲得vankel旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的專利后，進行了實用化生產(chǎn)。 經(jīng)過樣機的運行和大量試驗，發(fā)現(xiàn)氣缸發(fā)生振動是最重要的問題。 振動的原因不僅與摩擦體本身的材料有關(guān)，還與密封片的形狀和材料有關(guān)，密封片的振動特性對振動有很大影響。 該公司抓住了這一重要問題，開發(fā)出了極硬的滲碳材料作為密封片，成功解決了振動問題。 他們還與眾多廠商合作，開發(fā)出了特殊密封片310號、火花塞、化油器、o型圈、消音器等多種零件，采用高級潤滑油，使旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機在世界上首次實用化。 100年來，該公司在汽車上生產(chǎn)了120萬臺旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，市場效益很高。五、前景：隨著生產(chǎn)科學技術(shù)的發(fā)展，必然會