缸间齿轮联动液压发动机虚拟样机技术与动态特性研究-机械工程专业论文.docxVIP

万方数据 摘要 世界能源、环境双重危机催生了缸间齿轮联动液压发动机（GCHE）结构原理 的产生，缸间利用齿轮齿条机构完成运动和动力的传递，曲轴飞轮组在机体一侧， 实现活塞行程控制和附属系统的驱动。GCHE 集成了传统内燃机和自由活塞发动机 的技术优势，直接将指示功转化为流体压力能，具有结构紧凑、效率高、工作平稳 的特点，有着广阔的应用前景。 首先论述了两缸 GCHE 的结构和工作原理，重点研究了其主运动系统及配气机 构的空间布置和结构设计，在此基础上设计了 GCHE 的三维几何模型，同时建立了 GCHE 工作过程数学模型；再基于 AVL BOOST 模拟了两缸 GCHE 的缸内压力曲线； 然后在 ADAMS 环境下，进行整机动力学仿真，研究了 GCHE 的动态特性。 通过仿真，活塞上行和下行的运动状态明显不同，下行最大速度为 13.96m/s、 最大加速度为 2.64×103m/s2，上行最大速度为 14.32m/s、最大加速度为 4.78×103m/s2； 运用不动点迭代法调控曲轴转速，当调控力矩大小为 8.57×102N?mm 时，曲轴转速 整体趋于稳定，单个工作循环内的运转不均匀度为 3.996%，满足设计要求；曲柄连 杆机构受力情况复杂，上行时连杆小头受到最大拉力为 7.326×104N，下行过程中受 到最大压力为 4.796×104N，曲轴轴颈所受拉压载荷变化趋势与连杆小头相同但反向， 峰值力分别为 6.572×104N 和 4.293×104N，曲轴输出转矩为 4.39×103N?mm，驱动其 他辅助机构；配气机构运转平稳性良好，气门最大行程为 11.214mm，极限工作位置 对应的气门弹簧力为 1238.88N；基于 ADAMS 内部接触模型，模拟了齿轮齿条机构 的啮合传动过程，其法向接触力最大值为 8.916×104N，切向力的最大值为 3.596×104N。 通过虚拟样机仿真，获取了标定工况下 GCHE 的主要运动学和动力学参数，为样机 改进，结构优化提供了基本依据。 关键词：缸间齿轮联动液压发动机；结构设计；虚拟样机；动力学仿真； 动态特性研究  万方数据 Abstract Worlds energy and environmental crisis spawn the production of structural principle about Gear-l inked cylinders hydraulic engine (GCHE). It uses pinion-and-rack mechanism to complete motion and power transfer between cylinders. The crankshaft flywheel group is arranged on one side to perform the control of piston stroke and the driving of auxiliary systems; GCHE works on the integration of the current technical advantages of fluid engine, which can output fluid pressure energy directly. The GCHE has lighter weight and smaller volume, which can be used for multiple conditions, so it is an industrial prospect as a new power plant. This paper firstly discusses the structure and working principle of the two-cylinder GCHE, then conduct a structural design and reasonable arrangement about the major components of main motion system and the valve system to determine the relative position and movement relationship between them. Based on this situation, the mathematical model as well as the CAD model of GCHE working process is established. Secondly, simulation of the two-cylind