1、精選優質文檔-傾情為你奉上 斯特林小車設計說明書學 院：年級專業：二年級 機械工程及自動化設 計 者：任課老師： 輔導教師： 起止時間： 專心-專注-專業目 錄1. 作品簡介12. 研究背景及意義13. 設計方案的篩選24. 重要零部件及相應功能分析24.1引擎24.2驅動機構35. 設計說明46. 斯特林實物展示 57小車的特點和創新68參考文獻7 1作品簡介：我們通過對斯特林引擎的研究和認識，加上已有的機械知識，在老師的幫助和改進下完成了自己設計的第一輛小車。我們的小車采用的是型引擎，驅動機構我們選擇了皮帶傳動。我們的設計理念是在不影響小車性能的情況下，盡量減輕小車的質量，選用較輕的零件以

2、使小車走的更遠。同時盡量選用便宜，易買到的零件，節約生產成本。2研究背景及意義：斯特林發動機屬外燃機，它避免了傳統內燃機的震爆做功問題，從而實現了高效率、低噪音、低污染和低運行成本。可以燃燒各種可燃氣體，如：天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽能等。只要熱腔達到700，設備即可做功運行，環境溫度越低，發電效率越高。外燃機最大的優點是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區使用。 隨著全球能源與環保的形勢日趨嚴峻，斯特林發動機由于具有多種能源的廣泛適應性和優良的環境特性已越來越受到重視，所以，在水下動力、太陽能動力、空間站動

3、力、熱泵空調動力、車用混合推進動力等方面得到了廣泛的研究與重視，并且已得到了一些成功的應用。 在這個背景下，加快對斯特林引擎的了解和研究是至關重要。而一樣事物從發明到正式投入生產運用是需要一個不斷探索和嘗試過程的。我們通過對斯特林小車的設計及三維圖的制作正是這個不斷探索和嘗試的過程。3設計方案的刪選：3.1引擎部分方案刪選對比：斯特林發動機原理： 斯特林發動機是通過氣體受熱膨脹,遇冷壓縮而產生動力的。這是一種外燃發動機,使燃料連續地燃燒，蒸發的膨脹氫氣 蒸發的膨脹氫氣（或氦）作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復地進行這樣的循環過程 反復地進行這樣的循環過程，便可為外機提供動力。型

4、引擎：型引擎最大特征是引擎體型小。但為了保證同軸上的2個活塞獲得合適的相位角的同時能夠來回往復運動，從而產生了驅動機構復雜化等問題。型引擎：型引擎小型化比較困難。而且結構上由于不能提高壓縮比，所以想得到大輸出功率也非常困難。型引擎：型引擎由兩個動力活塞構成，具有高壓縮比（最大容積/最小容積）和高輸出功率的特征。而且該引擎在1980年實施的月光計劃中已經被開發出輸出功率為3KW級的引擎。可見這種引擎的有著很大的潛力和市場開發價值。 由此可見，不管是從制作的簡便性還是輸出功率的可觀性，甚至市場前景。型引擎都有著它的特點和優勢。涇小組協商以及咨詢老師后，最終我們決定采用型引擎作為本次項目小車的引擎。

5、我們采用的引擎工作原理圖：（1）初始未加熱階段 圖一（2）對加熱式氣缸（左邊）內的氣體進行加熱，導致壓力上升。 這會強制活塞往下運動。 斯特林循環中的這個過程是做功過程。 圖二（3）當右邊的活塞向下運動時，左邊的活塞就會向上運動。 這會將熱氣推入冷卻式氣缸中，然后將氣體快速冷卻到冷卻源的溫度，從而降低壓力。 這有助于在循環的下一個環節壓縮 圖三（4）冷卻式氣缸中的活塞（右邊）開始壓縮氣體。 此壓縮過程產生的熱量會通過冷卻源散發掉。 圖四（5）右邊的活塞向上運動，而左邊的活塞向下運動。 這樣就能強制氣體進入加熱式氣缸，然后氣體會快速升溫，從而將壓力提升至可重復循環的點。 圖五3.2傳動部分方案刪

6、選對比：齒輪傳動方案：齒輪傳動的噪聲大，而且成本微高，這與斯特林引擎低噪音，低成本的優點相違背，且維修較為麻煩。質量相比于皮帶較大。皮帶傳動方案：傳動的制造方便,結構簡單，且維修方便,造價低。傳動平穩無噪聲，能緩沖，吸振。過載時帶將會在帶輪上打滑,可防止薄弱零部件損壞,起到安全保護作用。且皮帶傳動的質量小。由此可見，皮帶傳動的優勢非常明顯。而且考慮到如果采用齒輪，齒輪的尺寸很小，加工很不方便。對我們下學期的實物制作可能會產生很大的困難。而皮帶輪的加工則非常方便，而且皮帶可以外購，這增加了我們實物小車制作的成功性。最終我們決定采用皮帶傳動。4重要零部件及相應功能分析4.1引擎機構1)零件組成：試

7、管，活塞，橡皮管，酒精燈試管內置活塞銅軸套橡皮塞橡皮管酒精燈 圖六 CATIA中的小車引擎功能分析：如圖六所示，酒精燈用來提供熱量，使試管內的氣體受熱膨脹推動內置活塞運動。橡皮管連接兩試管，使得試管內的氣體能夠不斷地壓縮冷卻，不斷地在兩試管間循環。考慮到橡皮塞與桿之間存在相對運動，會導致氣密性不好。為了解決這個問題，我們在橡皮塞與桿之間加了個銅軸套，使得金屬桿與銅軸套直接接觸，并且加上潤滑油。從而很好地解決了氣密性的問題。而且我們采用的是活塞和橡皮管這些極其易得且輕便的材料，這能很大程度上減輕小車整體的質量，同時又節約了制作成本。4.2驅動機構2）零件組成：皮帶輪，皮帶，軸，飛輪，連接桿，偏心

8、輪。飛輪皮帶輪皮帶偏心輪 圖七 小車的驅動機構 功能分析：如圖七所示，試管內氣體的受熱膨脹和冷卻收縮帶動活塞往復運動，活塞上兩個連接桿分別接在兩個偏心輪上（相位差為90度），偏心輪的轉動帶動穿在輪上的軸轉動。軸上套一個大飛輪，大飛輪不僅起到一定的平衡作用，而且大飛輪具有轉動慣性，可將發動機能量儲存起來，克服其他部件的阻力，使軸均勻旋轉。大飛輪的旁邊加一個小皮帶輪，在小皮帶輪的下方加一個大皮帶輪，小皮帶輪通過皮帶的連接帶動大飛輪的轉動。采用小皮帶輪帶動大皮帶輪的減速機構。大皮帶輪的轉動帶動車輪驅動軸的轉動。驅動軸的兩側加車輪，從而使得小車前進。 5.設計說明5.1加熱量Q 熱效率=（1）C=（1

9、）=0.00416式中，C為卡諾熱效率比（=0.10）；為加熱效率（=0.10）；為機械效率（=0.80）； 因此加熱頭部的加熱量Q=96W5.2轉速n根據在開發實際斯特林引擎時得出的經驗，其軸輸出功率L可由行程容積V，平均氣體壓力p（kpa）及轉速n整理得到關系式：L=2.5Vpn= L=2.5=0.4得出n=1970rmin 5.3飛輪的尺寸選擇： 通過查閱相關資料，書籍和自己的運算我們得到：1. 驅動軸轉一圈所需要的能量W大約為0.02J。2. 速度變化率=（）/=0.0053. 平均角速度=( + )/2=206rad/s下計算飛輪的尺寸：能量變化部分E=W=0.250.02=0.00

10、5J式中為能量變化率（=0.25）。飛輪要求的轉動慣量I=E/【(Wm)²*】=0.005/(0.²)=0.kgm²我們所做的飛輪的尺寸：厚度=5mm，半徑25mm轉動慣量Is=br/2=85300.0050.025/2=0.kgm²經計算可得飛輪尺寸基本符合所要求的尺寸。橡皮管飛輪6.小車整體三維圖驅動軸前輪后輪皮帶輪皮帶偏心輪內置活塞試管酒精燈 圖八（隱藏車板時重要零件的相對位置）如圖八所示，酒精燈用來提供熱量，使試管內的氣體受熱膨脹推動內置活塞運動。橡皮管連接兩試管，使得試管內的氣體能夠不斷地壓縮冷卻，不斷地在兩試管間循環。試管內氣體的受熱膨脹和冷

11、卻收縮帶動內置活塞往復運動，內置活塞上兩個連接桿分別接在兩個偏心輪上（相位差為90度），偏心輪的轉動帶動穿在輪上的軸轉動，大飛輪的旁邊加一個小皮帶輪，在小皮帶輪的下方加一個大皮帶輪，小皮帶輪通過皮帶的連接帶動大皮帶輪的轉動。大皮帶輪的轉動帶動車輪驅動軸的轉動。驅動軸的兩側加車輪，從而使得小車前進。 圖九（小車整體的軸測圖）7. 小車的特點和創新。特點：1.小車的所有組成零件制作都非常簡單，很多是低價的外購件。大大地節約了制作成本和制作時間。 2.考慮到所有小組的結構可能類似，而且小車的機械效率差別不大。在這種情況下，想要小車走的更遠，只有減輕小車的自重。我們小組把更多的時間和精力投入到了選用輕便的材料上，以此來減輕小車的自重。如選用的內置活塞，橡皮塞，橡皮管等，這些都是密度很小的材料。創新：1考慮到小車運動時橡皮塞與桿之間存在相對運動，這會導致引擎氣密性不好。為了解決這個問題，我們在橡皮塞與桿之