cad技术的斯特林二冲程简易发动机数字化设计
本课题简单介绍了斯特林发动机的结构、原理以及特征。主要是运用了SolidWorks软件对斯特林发动机的全部零件进行三维建模。从中选择了七个零件，详细说明了建模过程，同时用图文的方式表达3个部件的装配过程。运用MasterCAM软件对典型零件底座进行模拟加工。关键词 斯特林发动机，SolidWorks软件，MasterCAM软件
目 录
1 引言 1
1.1 斯特林发动机简介 1
1.2 斯特林发动机优势与缺陷 2
1.3 本课题的主要任务 3
1.4 本课题所采用的研究手段 3
1.4.1 SolidWorks软件介绍 3
1.4.2 AutoCAD软件介绍 4
1.4.2 MasterCAM软件介绍 4
2 斯特林发动机零件的三维建模 4
2.1 底座的三维建模过程 4
2.2 导轨的三维建模过程 7
2.3 气缸的三维建模过程 10
2.4 偏心轮的三维建模过程 14
2.5 连杆的三维建模过程 16
2.6 回热器的三维建模过程 18
2.7 气动块的三维建模过程 19
2.8 连接杆的三维建模过程 21
2.9 排气管的三维建模过程 23
3 斯特林发动机的装配 23
3.1 曲柄滑块机构的装配 23
3.2 进气管的装配 25
3.3 偏心轮联动机构的装配 26
3.4 斯特林发动机的总装配 27
4 斯特林发动机的运动仿真 29
4.1 仿真运动的设置 29
5 典型零件的底座模拟加工 30
5.1 MasterCAM模拟加工 31
结论 43
致谢 44
参考文献 45
引言
斯特林发动机简介
斯特林发动机是一款外部燃烧的闭式往复循环热气机。其中闭式循环系统中有五个重要组件：冷却器和加热器是系统中的温度控制器，冷腔和热腔室 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
系统中的压力集中区，最后回热器是冷却加热温度的过渡器。如图。
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图1 斯特林发动机五大组件
冷腔（压缩腔）位于斯特林发动机循环系统中的低温部分，冷腔与冷却器相连接，在压缩过程中，通过冷却器把压缩中产生的热量散热到外部空气。但在冷腔中仍然会存留一些工作介质。冷却器安装在回热器与冷腔之间，冷却器可以保证在全部循环系统中的工作介质能处于较低温度。回热器是整个循环系统中最重要的一部分，回热器是与冷却器和加热器相互连接并相互串联安装。回热器能在运作过程中向工作物质中放热和从工作介质中吸热，不断循环此功能，从而使工作介质反复冷却加热的现象，最终实现闭式往复循环系统。斯特林发动机的热效率通过安装回热器明显提高，但也加大气流损失和气压压力，工作介质的散热和吸热的循环过程约束了发动机的转速并影响输出功率。回热器有优势有又缺陷，所以回热器有着很大的优化空间需要许多的核心技术问题。加热器两端分别是热腔和回热器，加热器能够将外部热源的热能传到工作介质。热腔与冷腔功能相似，热腔一直出于循环系统的高温部分，能够将外部热源的热能持续不断的传递给工作介质。在整个加热膨胀过程工作介质会留在热腔中，所以热腔需要承受高温高压，绝大部分的热损失是同错热腔产生的。
斯特林发动机优势与缺陷
斯特林发动机在许多领域中被认为是清洁而又高效的动力机，在节能减排、保护环境方面有着重要意义。斯特林发动机优点有：燃料源广、污染少、效率高、噪音低以及方便维修等。斯特林发动机可使用多种能源，既可使用像煤、天然气、石油等传统能源，还可利用原子能、太阳能、化学能以及农业废弃物所燃烧释放的热能等。因为外燃机的燃料可以在空气中充分燃烧，所以斯特林发动机所排放的污染物较少。与内燃机相比较，大大的减少了一氧化碳等有害物质的排放。同样斯特林发动机有着很高热效率，根据计算斯特林循环效率与同条件下的卡诺效率相等，根据实验数据可知斯特林发动机的实际效率可以到达32%—40%，甚至可高达50%。斯特林发动机不存在气阀机构工作物质在工作缸内的压力近似正弦波形，并且燃烧过程中不会产生爆震或排气波，因此发动机运转较平稳，有均匀的扭矩，超负荷能力强，然而内燃机只有15%的超负荷能力。此外斯特林结构设计非常简易，只有两个活塞和汽缸，易出故障的机构并不存在。其中高压喷油系统和活塞环两者维修较方便。
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图2 斯特林发动机原理图
斯特林发动机的缺点有：制作材料要求高、热量损失大、体积大、反应慢等。虽然与内燃机的燃气最高温度相比斯特林发动机的燃气最高温度要低，但是内燃机通过散热系统把温度控制在90摄氏度左右，而斯特林发动机运转过程中膨胀时间长，导致加热器长时间保持在高温度，所以对材料的要求也提高了。也因为长时间的保持高温导致了很多热量直接传递和热辐射的形式下损失了。因此要做活塞的结构改为中空结构，并且要设置多道“热障”等措施来有效减少热损失。由于减少热损失采用了一系列措施导致斯特林发动机体积变大。斯特林发动机在有效运作之前通常需要一段暖机时间，并且在运转过程中并不能快速改变输出，这是因为斯特林发动的热源来自于外部，传热需要时间。
本课题的主要任务
本课题主要的研究任务是：通过对斯特林发动机结构的熟悉，分析理解斯特林发动机的工作原理，并且了解每个零件的功能和作用。在了解的基础上使用三维建模软件对其进行全面的三位数字化建模。
（1） 通过对原有图纸的分析，了解并熟悉斯特林发动机的整体构造。
（2） 运用SolidWorks软件建立全套三维数字化模型。
目 录
1 引言 1
1.1 斯特林发动机简介 1
1.2 斯特林发动机优势与缺陷 2
1.3 本课题的主要任务 3
1.4 本课题所采用的研究手段 3
1.4.1 SolidWorks软件介绍 3
1.4.2 AutoCAD软件介绍 4
1.4.2 MasterCAM软件介绍 4
2 斯特林发动机零件的三维建模 4
2.1 底座的三维建模过程 4
2.2 导轨的三维建模过程 7
2.3 气缸的三维建模过程 10
2.4 偏心轮的三维建模过程 14
2.5 连杆的三维建模过程 16
2.6 回热器的三维建模过程 18
2.7 气动块的三维建模过程 19
2.8 连接杆的三维建模过程 21
2.9 排气管的三维建模过程 23
3 斯特林发动机的装配 23
3.1 曲柄滑块机构的装配 23
3.2 进气管的装配 25
3.3 偏心轮联动机构的装配 26
3.4 斯特林发动机的总装配 27
4 斯特林发动机的运动仿真 29
4.1 仿真运动的设置 29
5 典型零件的底座模拟加工 30
5.1 MasterCAM模拟加工 31
结论 43
致谢 44
参考文献 45
引言
斯特林发动机简介
斯特林发动机是一款外部燃烧的闭式往复循环热气机。其中闭式循环系统中有五个重要组件：冷却器和加热器是系统中的温度控制器，冷腔和热腔室 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
系统中的压力集中区，最后回热器是冷却加热温度的过渡器。如图。
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图1 斯特林发动机五大组件
冷腔（压缩腔）位于斯特林发动机循环系统中的低温部分，冷腔与冷却器相连接，在压缩过程中，通过冷却器把压缩中产生的热量散热到外部空气。但在冷腔中仍然会存留一些工作介质。冷却器安装在回热器与冷腔之间，冷却器可以保证在全部循环系统中的工作介质能处于较低温度。回热器是整个循环系统中最重要的一部分，回热器是与冷却器和加热器相互连接并相互串联安装。回热器能在运作过程中向工作物质中放热和从工作介质中吸热，不断循环此功能，从而使工作介质反复冷却加热的现象，最终实现闭式往复循环系统。斯特林发动机的热效率通过安装回热器明显提高，但也加大气流损失和气压压力，工作介质的散热和吸热的循环过程约束了发动机的转速并影响输出功率。回热器有优势有又缺陷，所以回热器有着很大的优化空间需要许多的核心技术问题。加热器两端分别是热腔和回热器，加热器能够将外部热源的热能传到工作介质。热腔与冷腔功能相似，热腔一直出于循环系统的高温部分，能够将外部热源的热能持续不断的传递给工作介质。在整个加热膨胀过程工作介质会留在热腔中，所以热腔需要承受高温高压，绝大部分的热损失是同错热腔产生的。
斯特林发动机优势与缺陷
斯特林发动机在许多领域中被认为是清洁而又高效的动力机，在节能减排、保护环境方面有着重要意义。斯特林发动机优点有：燃料源广、污染少、效率高、噪音低以及方便维修等。斯特林发动机可使用多种能源，既可使用像煤、天然气、石油等传统能源，还可利用原子能、太阳能、化学能以及农业废弃物所燃烧释放的热能等。因为外燃机的燃料可以在空气中充分燃烧，所以斯特林发动机所排放的污染物较少。与内燃机相比较，大大的减少了一氧化碳等有害物质的排放。同样斯特林发动机有着很高热效率，根据计算斯特林循环效率与同条件下的卡诺效率相等，根据实验数据可知斯特林发动机的实际效率可以到达32%—40%，甚至可高达50%。斯特林发动机不存在气阀机构工作物质在工作缸内的压力近似正弦波形，并且燃烧过程中不会产生爆震或排气波，因此发动机运转较平稳，有均匀的扭矩，超负荷能力强，然而内燃机只有15%的超负荷能力。此外斯特林结构设计非常简易，只有两个活塞和汽缸，易出故障的机构并不存在。其中高压喷油系统和活塞环两者维修较方便。
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图2 斯特林发动机原理图
斯特林发动机的缺点有：制作材料要求高、热量损失大、体积大、反应慢等。虽然与内燃机的燃气最高温度相比斯特林发动机的燃气最高温度要低，但是内燃机通过散热系统把温度控制在90摄氏度左右，而斯特林发动机运转过程中膨胀时间长，导致加热器长时间保持在高温度，所以对材料的要求也提高了。也因为长时间的保持高温导致了很多热量直接传递和热辐射的形式下损失了。因此要做活塞的结构改为中空结构，并且要设置多道“热障”等措施来有效减少热损失。由于减少热损失采用了一系列措施导致斯特林发动机体积变大。斯特林发动机在有效运作之前通常需要一段暖机时间，并且在运转过程中并不能快速改变输出，这是因为斯特林发动的热源来自于外部，传热需要时间。
本课题的主要任务
本课题主要的研究任务是：通过对斯特林发动机结构的熟悉，分析理解斯特林发动机的工作原理，并且了解每个零件的功能和作用。在了解的基础上使用三维建模软件对其进行全面的三位数字化建模。
（1） 通过对原有图纸的分析，了解并熟悉斯特林发动机的整体构造。
（2） 运用SolidWorks软件建立全套三维数字化模型。
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