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1、中北大学毕业设计开题报告学生姓名：学号：学 院、系：机电工程学院、车辆与动力工程系专业：热能与动力工程专业设计题目：双摆盘式章动发动机运动机构固定件的设计指导教师：2012年3月 5日毕业设计开题报告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文 献综述：文献综述1选择的目的、意义本选题的目的主要是掌握章动发动机的工作原理及结构，设计双摆盘章动发动机的 固定件（机体、进排气管、燃烧室的布置等）。目前商品汽车上普遍应用的是四冲程的往复活塞式内燃机，但是众所周知，这种往 复活塞式内燃机，有着体积大，质量大，功率相对较小，同时振动噪声大等局限性【1】。 为了能解决这些难题，人们不断
2、探索者，不断寻求新型发动机来替代这种传统的往复活 塞式内燃机。章动发动机的诞生也是为了解决这些问题。章动发动机又叫做米勒循环发 动机，与往复活塞式发动机相比，他没有曲轴、连杆、活塞等运动部件，其核心部件只 是一个安装在Z轴上的摆盘，取消了增大内燃机体积的直线运动，减小了发动机的整体 体积，同时章动发动机增大了章动发动机的功率。据初步计算，同样的体积的章动发动 机，功率大约是二冲程发动机的二倍，四冲程发动机的四倍【2】。因此章动发动机更加适 合于航空，航海等领域。机体构成内燃机的骨架，机体内安装着内燃机的所有主要零件和附件。为保证内燃 机内部主要零件工作可靠、耐久，它们之间必须保持严格的精确地相
3、对位置。因此机体 设计过程中必须对重要表面的尺寸、几何形状、相对位置提出严格的公差要求【3】。2. 目前国内外的现状章动内燃机具有一圆盘，圆盘带有圆锥形表面及中央放置的球，圆盘和球放置在一对称的，球 截形的腔室中，腔室有一中央轴承活动地接合球，并且使圆盘可在腔室中章动以转动驱动轴。章动 内燃机最好以四循环原理工作，且将进气和压缩腔室并成一个腔室，而将燃烧和排气腔室并成一个 腔室以便每18 0。点火。2.1在国外，这种发动机雏形几乎可以追溯到19世纪的初期，在1820年，英国工 厂业主，爱德华.詹姆斯曾制造出一液压盘式的发动机，开启了章动发动机的先河【5】。 此后的时间里，不断有人在各种机械装置
4、中，使用章动零件来转换能量，例如早在1904 年，美国专利773206号中，公开了一种汽油发动机，其活塞驱动一球或轴做章动以转动一根驱动轴。与其相似，在1908年，美国专利876202号公开的一种发动机传动装置， 用章动零件作为活塞和传动轴的连接件。具体来说，活塞驱动章动零件的臂，从而以扫 过一圆锥形的章动方式驱动一根轴。这根轴能量通过齿轮机构传递到另一根轴。此外，还出现过其他专利也使用章动的球或轴零件将一种形式的运动，转变为另一 种形式的运动。在1942年美国专利2278696号公开了一种用于转缸式发动机的章动零 件。该专利的活塞连接于垂直一根轴的若干臂。这根轴绕一中心枢轴点转动以产生两个
5、圆锥形的转动，轴的两端连接于转动另一根驱动轴的装置，该轴借助轴承以球和盘布置 而运动。但是，上述各种专利只是利用轴和球将一种运动传至另一种运动。但这些零件 都没有章动零件（即球、盘、轴）来限定内燃机的腔室。直到1963年，美国专利3102517号中公开了一种以章动体原理的章动盘内燃机。 这种章动盘本身是内燃机循环的整体零件。具体来说，球和盘限定了腔室，即进气、压 缩、燃烧和排气腔室该专利所公开的发动机一包围和支撑一球面的壳体，球面上带有一 圆盘，将腔室分成两个腔室，以及连接两个腔室的挡块。由于球和盘以章动方式转动， 进气、压缩、燃烧和排气用的腔室相互作用而驱动轴。此内燃机每360度点火。该专利
6、 所公开的发动机只有一根轴，因此球和轴的质心不在球的球心。其轴和球的质心是不断 运动着的，将附加应力作用在发动机上。由于该发动机只有一个挡块，这种内燃机具有 两个或者三个腔室。另外，进气和压缩是在盘的一侧同时完成的，膨胀和排气是在盘的 另一侧完成的。因此盘的两侧都要求完成一个四冲程过程。而时至今天，章动发动在国外已经有了比较成熟的理念，已经有了相应的专利。2.2在国内，目前国内内燃机仍然以四冲程的往复活塞式内燃机为主导，同时有少 量的二冲程和转子式的内燃机，而章动内燃机在国内基本上就是一片空白。需要一段相 当长的奋斗的时间才能使中国进入章动发动机时代，在中国内燃机历史上引起一场革 命。参考文献
7、 :1、莱昂纳德梅耶 章动内燃机 中国专利CN92115020.2199212202、周龙保刘忠长高宗英内燃机学3、陈家瑞 马天飞 汽车构造.5版4、徐清富.国外汽车最新结构图册.5、李春明 宝来轿车维修手册北京：机械工业出版社2011. 1北京：人民交通出版社2006北京：机械工业出版社1996北京：北京理工大学出版社，20046、T.Korakitits James Watt Professor of Mechanical Enginering ,Univeristy of Glasgow,Alternative Multinutating Disk Engine Configuratio
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10、用的研究手段（途径）：对于章动发动机的设计是一个复杂的过程，机体等外部固定件承受很复杂的负 荷，气压力使机体受到来自不同方向的拉伸，同时在力的传递过程中，会使不同部 分承受附加的弯曲和扭曲，因此机体应具有足够的强度，以及纵向和横向的弯曲强 度。同时对于章动内燃机，当Z轴向外输出扭矩时，机体同样会受到侧压力N的反 扭矩的扭转，因此机体要有足够的扭转刚度，同时由于机体体积大，在很大程 度上影响着内燃机的重量，因此在尽可能轻巧的条件下尽可能的提高机体的刚度， 是设计机体的指导思想。对于本课题具体研究问题及采用的手段如下：1. 机体结构形式的选择为了简化机构，提高整体机体刚度，可以把腔体与其他结构尽可
11、能的加工在一 体，连成整体的机体形式。即内部有很多隔板的腔室结构，因此其刚度主要取决于 壁的形状而不再是厚度。因此可以通过壁厚减薄来减轻重量，同时可以增加刚度。2. 机体整体尺寸的确定在确定机体的尺寸时，既要保证内部组件在腔室内自由的旋转运动的需要，又 要保证机体外形的尽可能的紧凑。2.1利用包络线法确定机体的尺寸在作图时，先在横剖面上绘出摆盘，平衡杆等外形图，然后用硬纸板或透明纸做出 摆盘的精确形状，模拟摆盘的运动状况，得出其运动轨迹的外包络线。同时可以得 到平衡杆的运动轨迹。此外考虑零件的配合间隙、磨损情况、加工误差、零件变形， 干涉等原因。同时为了增加机体的刚度，在适当时，需要增加加强筋
12、，此时注意加强筋与包 络线之间应该保留510毫米的间隙。同时为了使内燃机各腔冷却均匀，和冷却水 的流速一致，通常在气缸体内布置水道和分水空。2.2辅助系统各机件的布置辅助系统各机件在内燃机机体上的布置，要考虑使用和维护方便，尽量减少露在机 体外的管道，减少这些管道的接头并避免在机体外与其他零件、机体干涉。为了减 少露在机体外的管道，一般在机体中设置主油道和分油道。油道孔径取决于供油量 的大小，一般主油道孔径为1215毫米，分油道孔径为610毫米。为了避免钻 深孔，可直接铸造一根钢管为主油道。2.3机体支座的确定为固定内燃机，在机体上设有支座。在设计支座时，要尽可能的减少内燃机的振动， 并有足够
13、的强度。在各支座间距离要尽可能的大，以增加稳定性。而采用弹性支承 元件可以更好地隔离吸收振动，并补偿内燃机在底盘安装的不精确度。弹性元件一 般具有高度迟滞损耗的橡胶、橡胶垫与支撑金属盘或金属片用硫化法结合起来。弹 性支承的刚度用以下公式计算C=（F E）/iF橡胶面横断面初始面积E橡胶面在拉伸或压缩时的弹性模数I橡胶垫原始高度在确定以上相应尺寸时，利用pro/e4.0画出相应的立体图。3. 机体材料的选择机体的材料要有足够的强度和良好的铸造性，同时成本尽量的低廉。因此，一 般的机体主要是材料性能不低于HT2040的优质的灰铸铁。同时为了减少内燃机 的重量，还可以用低压铸造的铝合金，甚至还可以用
14、高压铸造的铝合金机体，使壁 厚减少到23mm,而表面光洁度可达4,机械加工余量减少的1毫米左右，但同 时也增加了制造成本。4. 进排气管的布置在机体的方案确定后，接下来进行进排气管等零部件的设计和布置。进排气 管的布置时，尽量满足一下要求（1）布置应该紧凑，尽量减少所占有的空间，以便减小发动机的整体体积，增 大体积功率（2）管道等阻力应尽量小，以便减少发动机的功率损失（3）工作可靠，空气滤清器的保养应方便（4）尽量减少噪声和排放污染在具体的方案布置过程中(1) 充分考虑空气滤清器安放的位置，同时尽量高些，避免进气的含尘量。(2) 调整进气管与散热器，及排气管的位置，尽量避免热空气和所排废气进入
15、 气缸(3) 空气滤清器应便于保养5储存器，和燃烧室的布置储存器和燃烧室的布置无疑是章动内燃机的一个难点，压缩空气在经过供气管 道进入储存器，应经过储存器管道，压力阀等机构进入预燃室的过程中尽量减少进 气损失，减少管道阻力，因此储存器应该进行合理布置。对于燃烧室同样如此。 同时在两者进行布置的同时，产品系列化、零部件通用化、零件标准化。6.对于机体进行强度校核内燃机的零件通常是在内燃机总体尺寸限定下进行设计的，零件的强度强度计 算是设计中的重要环节，他是确定零件形状和尺寸参数是否合理的重要根据，也是 选择材料及热处理工艺的基本依据。因此必须采用ANSYS软件进行强度校核。毕业设计开题报告指导教师意见:指导教师：年 月 日所在系审查意见:系主任：
