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100kw生物质燃油斯特林发动机设计
摘要
发动机在现代动力机械中起着重要的作用。为了解和研究发动机的总体结构及其动力性能，本次毕业设计涉及到内燃机设计。文中详细地阐述了发动机的机体组件、活塞连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、电气系统等七大系统的设计重点。理解发动机工作原理、过程，并参照斯特林发动机原型及主要参数进行了发动机的总体布局设计。通过热力、动力计算及使用情况的分析，对斯特林发动机提出了合理的建议并进行改进。经过改进，发动机的动力性能和经济性能得以提升，以适应需求。此次毕业设计的选题意义在于提倡使用动力性能更好和节能环保的发动机。
关键词：发动机；总体设计；性能
目录
摘要 1
Abstract 2
引 言 5
1斯特林发动机的工作原理及应用范围 6
2 斯特林发动机的总体设计 12
2.1 斯特林发动机总体布置 12
2.2 斯特林发动机结构特点 12
3热力计算 14
3.1 参数选择 14
3.2 工作介质的参数 15
3.3气缸的换气过程参数 16
3.4压缩过程 16
3.5燃烧过程 17
3.6膨胀过程的计算 18
3.7平均指示压力的计算 19
4动力计算 24
4.1活塞的运动学分析和位移、速度、加速度的计算； 24
4.2作用在发动机曲轴连杆上的力； 25
4.3总扭矩和总扭矩图 34
5 发动机的结构设计 47
5.1 机体组件设计 47
5.2 曲柄连杆机构设计 50
5.2.1活塞强度校荷 50
5.2.2连杆强度校荷 55
5.3 配气机构和进排气系统设计 59
5.4 燃油系统设计 66
5.5 润滑系统设计 69
5.6 冷却系统设计 71
5.7 电气起动系统设计 73
6发动机改进建议 76
结 论 77
参考文献 78
引言
发动机是一种功率范围广、可适应各种不同要求的动力机，较汽油机相比较，有其突出的特点。比如：(1)具有较高的热效率，比汽油机高出30%，节约能源、降低燃料成本；（2）发动机可以采用较大的缸径或较高的增压比来提高单缸功率；（3）功率大，寿命长，动力性能好，工作的可靠性和使用耐久性优于汽油机；（4）发动机排放产生的温室效应比汽油低45%，一氧化碳与碳氢排放也很低。
发动机也有着其自身的劣势，如：由于最高燃烧压力高，结构比较笨重，转速低，加速较慢；燃烧比比较粗暴，噪声较大，且容易出现震动；排气微粒排放对人类健康产生很大威胁等。由于当前世界提倡低碳、环保、节能的理念，所以，为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染，都是发动机的重要发展方向。目前，在燃烧与喷射技术、进气增压技术、多气门结构、电控共轨技术都取得了丰硕成果。
本次毕业设计的内容是“100kw生物质燃油斯特林发动机设计”。根据热力计算和动力计算来验证斯特林发动机各性能参数的正确性，通过分析其整体结构及各个系统的选型来验证其结构的合理性是本次毕业设计的设计依据。发动机的设计方法是在热力计算和动力计算验证斯特林发动机各性能参数正确性的基础上，并根据发动机主要零部件的位置关系及配合间隙大小和标准件及非标准件正确画法进行CAD绘图。
斯特林发动机也存在动力性能和经济性能的缺点，建议和改进斯特林发动机的部分零件也是本次毕业设计的重点之一。如：提高斯特林发动机的额定转速可提高其动力性能，将额定转速提高到2000r/min，在增加额定转速的同时，活塞、连杆往复运动也随之增快，导致曲轴发生很大的扭转变形。为了避免曲轴产生强烈的扭转共振，因此发动机曲轴自由端安装扭振减震器；斯特林发动机的进气管和排气管安装的同一侧，为了使进入气缸的空气不致受热而影响进气量，可将进气管和排气管分别安装在气缸盖的两侧等。
结论
围绕用热力计算和动力计算来验证发动机各性能参数的正确性的方式，我对发动机做出了总体布局设计。合理设计各活塞、连杆、曲轴等零件并正确装配机体组件、活塞连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、电气系统等七大系统的顺序，使它们之间高速、协调地工作。通过分析其整体结构及各个系统的选型，我对发动机的部分结构或零件做出了进一步改进，如：安装了扭振减震器减轻曲轴扭转变形；将进气管和排气管分别安装在气缸盖的两侧，使通过进气管进入气缸的空气不致受热而影响进气量；在排气管道中安装过滤装置等。通过性能参数及总体结构的分析并验证了其合理性。
参考文献
[1] 济南发动机厂编．发动机结构及使用[M]．北京：石油工业出版社，1976.11
[2] 陈家瑞．汽车构造[M]．北京：人民交通出版社，2005.9
[3] 袁文华，唐维新，杨建华．发动机设计新方法[J]．邵阳高等专科学校学，2001，14