第三篇-初稿 创新设计ppt课件.ppt

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1、1．往复式内燃机的技术矛盾案例1新型内燃机的开发活塞式发动机的四个冲程往复式活塞发动机存在以下明显的缺点：(1)工作机构及气阀按制机构组成复杂，零件多。曲轴等零件结构复杂，工艺性差。(2)较大的往复惯性力，此惯性力随转速的平方增长，使轴承上惯性载荷增大，系统由于惯性力不平衡而产生强烈振动，限制了输出轴转速的提高。(3)曲轴回转两周才有一次动力输出，效率低。案例1新型内燃机的开发2．无曲轴式活塞发动机日本名古屋机电工程公司生产的二冲程单缸发动机，采用无曲轴式活塞发动机案例1新型内燃机的开发其关键部分是圆柱凸轮动力传输装置3

2、．旋转式内燃发动机在改进往复式发动机的过程中，人们发现，如能直接将燃料的动力转化为回转运动将是更合理的途径。1945年德国工程师汪克尔经长期研究，突破了气缸密封这一关键技术，才使旋转式发动机首次运转成功。其结构如右图所示：1-椭圆形的缸体2-三角形转子(转子的孔上有内齿轮)、3-外齿轮4-吸气口5-排气口6-火花塞案例1新型内燃机的开发1)旋转式发动机的工作原理案例1新型内燃机的开发吸气压缩燃爆排气2)旋转发动机的设计特点(1)功能设计内燃机的功能是将燃气的能量转化为回转的输出动力，通过内部容积变化，完成燃气的吸气、压缩

3、、燃爆、排气四个动作达到目的。旋转式发动机抓住容积变化这个主要特征，以三角形转子在椭圆形气缸中偏心回转的方法达到功能要求。三角形转子的每一个表面与缸体的作用相当于往复式的一个活塞和气缸，依次平稳连续地工作。转子各表面还兼有开闭进排气阀门的功能，设计可谓巧妙。案例1新型内燃机的开发(2)运动设计转子内齿轮与中心外齿轮的齿数比是1.5：1，这样转子转一周，使曲轴转3周，输出转速较高。曲轴每转一周即产生一个动力冲程，功率容量比是四冲程往复发动机的两倍。案例1新型内燃机的开发输出轴相当于三角形转子三角形转子的自转轴(3)结构设计

4、旋转式发动机结构简单，只有三角形转子和输出轴两个运动构件。零件数量比往复式发动机少40％，体积减少50％，重量下降1/2到2/3。3)旋转式发动机的实用化实用化中遇到的最重要的问题是气缸上产生振纹。形成振纹的原因，不仅在于摩擦体本身的材料，同时与密封片的形状和材料有关，密封片的振动特性，对振纹影响极大。该公司抓住这个关键问题，开发出极坚硬的浸渍炭精材料做密封片，较成功地解决了振纹问题。总结：首先要有好的创意，其次要实现好的创意需要艰苦卓绝的工作，同样很重要。案例1新型内燃机的开发1.背景常用的降低齿轮噪声的方法有：(1)

5、用修形的方法，使其动载荷及速度波动减至最小，以达到降低噪声的目的。这种方法在齿轮受额定载荷时较为有效，工艺上需有修形设备，中、小厂往往无法实施。(2)提高制造精度，是广为使用的降低噪声的方法。提高齿轮制造精度，需增加投入，加大了产品成本，因而使产品缺乏竞争力。我国是一个发展中国家，制造装备落后，利用现有设备制造低噪声、低振动的齿轮，设计是关键。要求不改变现有的加工制造工艺，即生产管理模式不变，避免增加投入。案例2低噪声齿轮设计对于成型加工，安装好后，再加工出要加工产品的形状，效果非常好。2.低噪声齿轮设计要点1)确定线外

6、啮入点位置和冲击速度图中S点是无变形和误差时的齿廓啮合理沦起点，实际上由于受载变形和加工误差er的存在，实际的啮合起点在S′点。案例2低噪声齿轮设计受载变形和加工误差er2)确定线外啮合时的啮出点位置和冲击速度图中1-2两齿廓理论上应在E点退出啮合，而后下一对齿廓3-4开始进入啮合接触。实际上由于轮齿受载变形和制造误差e的影响，1-2两齿廓一直啮合到D点才分离，这时3-4齿廓才进入接触。由于接触时3-4两齿廓沿接触线的接触速度不一样，因而导致冲击发生。案例2低噪声齿轮设计理论上退出啮合点实际上退出啮合点3)根据加工工艺、

7、刀具参数、制造装配精度、工作条件要求确定设计的约束条件现有的齿轮设计方法，只顾及制造精度一个因素对性能的影响，未能站在系统的角度综合考虑从加工到装配备环节、多因素对性能的影响。实际上由于剃前滚刀或磨前滚刀凸角的存在，在齿轮根部存在沉切。沉切的存在减少了齿轮啮合时的重合度和剃齿时剃刀与被剃齿轮的重合度，因而影响加工质量和传动性能。案例2低噪声齿轮设计4)降低啮入冲击速度，尽量避免节圆冲击，使啮入啮出冲击速度比值处于某一数值范围之内。研究表明，啮入冲击是影响噪声的主要因素，啮出冲击是次要因素。试验数据表明，啮出与啮入冲击速度

8、比值处于1.8-2.3范围之内时，传动噪声最低。设计时为了减少冲击，即保证实际啮合起点S′与理论啮合起点S位于中心线同一侧。案例2低噪声齿轮设计把上述设计要点数字化后，进行优化设计案例2低噪声齿轮设计目标函数：啮入冲击速度=(变位系数、齿顶高系数、分度圆压力角、中心距)约束条件：强度条件、加工工艺、刀具、制造装配精度