【摘要】：自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)利用氦氣作為工質(zhì)介質(zhì),具有熱源適應(yīng)性好、理論熱效率高、可以利用低品位能源及結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),對(duì)于能源高效利用、廢熱回收等方面具有很好的應(yīng)用前景。本文對(duì)自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模、計(jì)算和仿真。運(yùn)用振動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)矢量法對(duì)自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了分析和計(jì)算,得出了該自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的矢量圖解。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù),利用矢量圖,獲得驅(qū)動(dòng)活塞的氣動(dòng)力值。利用Adams仿真軟件分別建立動(dòng)力活塞和配氣活塞虛擬樣機(jī)模型,通過給定活塞的氣動(dòng)力,振動(dòng)系統(tǒng)的剛度系數(shù),阻尼系數(shù),仿真得到活塞的振動(dòng)曲線;將活塞位移曲線,速度曲線,加速度曲線與理論計(jì)算值對(duì)比,驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果的正確性。對(duì)活塞振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率進(jìn)行了研究。闡述了活塞振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)原理,將活塞振動(dòng)系統(tǒng)看作單自由度的有阻尼的由簡諧激振力引起的受迫振動(dòng)。利用共振原理,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)獲得活塞振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。通過激振器激振活塞振動(dòng)系統(tǒng),并在板簧上粘貼應(yīng)變片,通過惠斯通電橋,信號(hào)放大器輸出位移信號(hào)。利用此測試系統(tǒng),分別對(duì)動(dòng)力活塞振動(dòng)系統(tǒng)和配氣活塞振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測試,獲得了活塞振動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際固有頻率。為進(jìn)一步對(duì)自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,建立了試驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行了整機(jī)試驗(yàn)。整機(jī)測試試驗(yàn)效果不佳,發(fā)動(dòng)機(jī)沒有起振。通過對(duì)試驗(yàn)過程及結(jié)果的深入分析發(fā)現(xiàn),發(fā)動(dòng)機(jī)沒有起振的原因是動(dòng)力活塞與氣缸之間的間隙過大,導(dǎo)致工質(zhì)泄漏量過大。建立了發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng),保證活塞可以建立起足夠的壓強(qiáng)差。對(duì)自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力活塞間隙密封的特性進(jìn)行了研究。對(duì)動(dòng)力活塞的間隙密封進(jìn)行了理論分析,建立了數(shù)學(xué)模型,分析了影響因素,并進(jìn)行了泄漏量的數(shù)值計(jì)算。并重點(diǎn)研究了間隙值的大小對(duì)泄漏量的影響,取了四組間隙值計(jì)算了半周期的泄漏量。搭建了自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)活塞泄漏量試驗(yàn)平臺(tái),并進(jìn)行了試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)間隙越小,泄漏量越小,密封效果越好。分析了泄漏量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的影響,改進(jìn)了加熱器的加熱方式。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK05
【圖文】：

圖 2.6 動(dòng)力活塞系統(tǒng)三維模型添加約束建完模型，對(duì)各個(gè)零部件之間添加約束，以定義物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于常見的約束為旋轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副，ADAMS/View 也包含其他各種運(yùn)動(dòng)副。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)件間定義運(yùn)動(dòng)副，以進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真模擬[33]。動(dòng)副是構(gòu)成系統(tǒng)模型的一部分，使用運(yùn)動(dòng)副將系統(tǒng)模型的構(gòu)件連接起來，約束構(gòu)，使得系統(tǒng)模型按照指定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力活塞振動(dòng)系統(tǒng)中，活塞在氣缸中為往復(fù)振動(dòng)，所以添加移動(dòng)副機(jī)體則固定在大地上。. 建立大地和機(jī)體之間的固定關(guān)系。在“連接”工具欄下，點(diǎn)擊 “創(chuàng)建固定副”式為 2 個(gè)物體-1 個(gè)位置，方向垂直柵格。再分別選擇機(jī)體和大地，使機(jī)體與大地?fù)駷闄C(jī)體的中心。．建立活塞和機(jī)體之間的移動(dòng)副關(guān)系。點(diǎn)擊 “創(chuàng)建移動(dòng)副”按鈕，構(gòu)建方式為位置，先選擇活塞作為第一個(gè)物體，再選擇機(jī)架作為第二個(gè)物體，選擇移動(dòng)副的

加約束完模型，對(duì)各個(gè)零部件之間添加約束，以定義物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于常見束為旋轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副，ADAMS/View 也包含其他各種運(yùn)動(dòng)副。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)件間定義運(yùn)動(dòng)副，以進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真模擬[33]。副是構(gòu)成系統(tǒng)模型的一部分，使用運(yùn)動(dòng)副將系統(tǒng)模型的構(gòu)件連接起來，約束構(gòu)使得系統(tǒng)模型按照指定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。特林發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力活塞振動(dòng)系統(tǒng)中，活塞在氣缸中為往復(fù)振動(dòng)，所以添加移動(dòng)副體則固定在大地上。建立大地和機(jī)體之間的固定關(guān)系。在“連接”工具欄下，點(diǎn)擊 “創(chuàng)建固定副為 2 個(gè)物體-1 個(gè)位置，方向垂直柵格。再分別選擇機(jī)體和大地，使機(jī)體與大為機(jī)體的中心。建立活塞和機(jī)體之間的移動(dòng)副關(guān)系。點(diǎn)擊 “創(chuàng)建移動(dòng)副”按鈕，構(gòu)建方式為位置，先選擇活塞作為第一個(gè)物體，再選擇機(jī)架作為第二個(gè)物體，選擇移動(dòng)副心，方向?yàn)橥ㄟ^軸線指向機(jī)體。其約束如圖 2.7 所示。

小功率自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作機(jī)理分析及試驗(yàn)研究.4 創(chuàng)建作用力自由活塞在發(fā)動(dòng)機(jī)中運(yùn)動(dòng)，其主要受到氣體作用力、板彈簧作用力這兩個(gè)力的作用ms 中可以在添加拉壓彈簧阻尼器，以此來表示板彈簧作用力。在力工具欄下，選擇 簧阻尼器”按鈕，構(gòu)建方式為活塞和機(jī)架來確定位置，彈簧屬性彈性系數(shù)由上節(jié)計(jì)算獲8479N/m，但在 Adams 環(huán)境中其單位為 mm，所以需要把彈性系數(shù)轉(zhuǎn)換為 K=48.479N/m阻尼系數(shù)時(shí)也需要轉(zhuǎn)換單位，根據(jù)上節(jié)的計(jì)算，阻尼系數(shù)為 C=0.0379N·S/mm。在活塞另一側(cè)添加氣體作用力，選擇力工具欄下 “單向作用力”按鈕，力的運(yùn)行方體運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建方式為選擇形狀特征，力特性為定制。力的定義方式為函數(shù)，其值由上出Fp= 50.77 cos(100πx + 0.41π)。對(duì)于阻尼 3 的阻尼力，其大小同時(shí)和動(dòng)力活塞和的速度相關(guān)，所以可以根據(jù)計(jì)算出的阻尼力，在動(dòng)力活塞上直接添加單向作用力，選欄下 “單向作用力”按鈕，力的運(yùn)行方向?yàn)殡S物體運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建方式為選擇形狀特征為定制。力的定義方式為函數(shù)，其值由上節(jié)計(jì)算得出Fc3p= 18.8 cos(100πt + 1.25π所有參數(shù)均已定義，如圖 2.8 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王建中;王波;楊冬冬;劉昊;葉重;;百瓦級(jí)氣體軸承斯特林發(fā)電機(jī)研究[J];低溫與超導(dǎo);2015年10期

2 張鳳嬌;魏民祥;周夢來;展益彬;;斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)配氣活塞動(dòng)力學(xué)仿真分析[J];現(xiàn)代制造工程;2015年10期

3 周壽明;吳紅星;肖

本文編號(hào)：2779425