[发明专利]一种双作用斯特林发动机的摆盘传动机构

说明书

技术领域

本发明涉及斜盘传动机械技术领域，具体涉及一种双作用斯特林发动机的摆盘传动装置。

背景技术

双作用斯特林发动机：双作用是指气缸中的活塞上端为一组循环系统的热端，下端为另一组循环系统的冷端，一个活塞上下端分别属于两个独立的循环系统，其压差和温差都比较大，工作条件十分恶劣。这不仅给密封造成极大的困难，而且，当活塞所处位置，是热腔工质对活塞的作用力大于冷腔工质对活塞的作用力时，则循环工质对活塞的合力为推力；当活塞所处位置，是热腔工质对活塞的作用力小于冷腔工质对活塞的作用力时，则循环工质对活塞的合力为拉力。所以，双作用斯特林发动机的传动机构，必须要满足能承受活塞作往复直线运动的推力和拉力，而且也要尽量避免让活塞承受侧向压力。

双作用斯特林发动机的传动机构：最具有实用价值的，是曲轴连杆机构和斜盘传动机构两种：而斜盘传动机构，是碟式太阳能斯特林发动机机型传动机构的最佳选择，是斯特林发动机主机唯一的运动总成部件，受力较为复杂，是机械磨损，机械振动，噪音来源的关键部位。目前，受到人门的高度重视。其实，早在1820年英国工厂业主爱德华.詹姆斯制造的液压发动机，就开始运用了斜盘传动机构。到1860年英国科学家William.Siemens在双作用斯特林发动机机型中，引入了的双柱导向半球滑靴式的斜盘传动机构。这种斜盘传动机构的旋转斜盘在两个半球滑靴中间滑动，承受着双作用活塞往复直线运动的推力和拉力，同时。两个导向柱又避免了活塞推动斜盘旋转时受到的侧向压力，是双作用斯特林发动机传动机构受力的理想机构，发展至今的碟式太阳能斯特林发动机机型仍在使用这种半球滑靴式斜盘传动机构，甚至当今的气体压缩机，轴向柱塞泵也在使用这种半球滑靴式斜盘传动机构。但是，这种双柱导向半球滑靴式斜盘传动机构使用的双柱导向结构，或目前改进使用的十字导槽结构都很复杂，轴向滑动副很多；而在斜盘上滑动的半球和滑靴之间又形成了多个滑动磨损副，噪音大，在高速下磨损严重，影响斯特林发动机的整体寿命，也增加制造和装配的难度与成本。

斜盘传动机构有两种型式：转缸式(缸体旋转，斜盘不动)和静缸式(缸体不动，斜盘旋转)；这两种斜盘传动机构的共同特点；是斜盘传动机构输出轴与活塞运动方向平行，输出运动特性好，结构紧凑等优点，广泛的应用到轴向柱塞泵.压缩空气机等动力领域。目前，转缸式轴向柱塞泵的结构设计与制造水平，已经相当成熟，市场上充满了其廉价的总成和零配件。当今，双作用斯特林发动机使用的半球滑靴式斜盘传动机构，是一种静缸式斜盘传动结构。七十年代美国研制成功又一种静缸式的斜盘传动结构，叫做摆盘发动机，其工作原理；是燃料在燃烧室中生成高温气体，并经配气机构将高温气体分配至各气缸，推动活塞沿其轴线作往复运动，再经球头连杆，推动一个摆盘，摆盘只摆动而不转动，摆盘上的园周分力驱动旋转斜盘，带动主轴旋转输出功率。将它用作热动力鱼雷的动力装置。目前也被汽车制造商广泛地采用于压缩机。转缸式和静缸式斜盘传动结构对气缸的布置及活塞往复运动的热力过程极其类似，二者的运动也都是可逆的，但由于其机构运动原理的差异，使其结构设计及动力性能可就存在了较大的差别。转缸式斜盘传动机构的运动分析，理论很成熟。而静缸式的摆盘发动机的传动机构，是由缸体，活塞，球头连杆，摆盘，斜切园柱旋转体(旋转斜盘)，主轴及滚动轴承组成，属于空间复合运动机构，其中，有曲柄连杆机构，有凸轮机构，有球体连接与旋转斜面驱动，其运动关系十分复杂。用单一的空间机构数学模型难以全面真实的数值求解，各个零部件的作用力就更难以用解析的方法加以描述。近几年来，对 摆盘运动的分析，提出许多不同的数学模型，对其进行解析求解，数值计算，或模拟仿真运算。都难以做出肯定的结论，目前，多数文献认为摆盘运动的转角δ与主轴的转角φ，二者不相等，计算结果，当φ角在0°.90°.180°.270°.位置时是相等的，即φ＝δ。此时摆盘不产生附加力矩，当φ角不在0°.90°.180°.270°.位置时是φ角与δ角不相等的，即φ≠δ。摆盘必产生附加力矩，就难以达到自平衡，要达到自平衡一个办法是修改φ角，理论计算直导槽改为“∞”字型导槽比较理想，但是，“∞”字型导槽，加工和安装调试比较难，也不适用于奇数缸。有人用弹簧支承直导槽代替刚性直导槽，这种形式改变了约束机构运动的条件，但理论分析结果，并不能减小所引起的斜盘的激振。并且，由于约束导槽中弹簧的存在，使摆盘和旋转斜盘主轴的相对运动变得不确定。