毕业答辩-空气压缩动力汽车动力系统设计.ppt

,YibinUniversity本科生毕业论文（科研）答辩,学院机械工程学院专业机械设计及其自动化学生姓名学号,压缩空气动力汽车动力系统设计,指导教师：,选题背景,国内外研究现状,压缩空气动力工作原理,设计方案,理论参考数据,选题背景,能源是现代社会经济发展的支柱，随着时间的推移，人口的急剧增加，人类经验和知识的积累，科学技术的发展，社会现代化的飞速发展，全球工业化进程的发展，尤其是工业革命以后，世界各国对能源消耗急剧增大，人类的一切物质活动，都离不开能源的支持。如今，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题，正威胁着人类的生存与发展。使能源危机日益凸现并导致一系列世界性的环境问题。石油、天然气和煤炭等化石能源供应着世界85%以上的一次能源消费，但储量有限，不可再生，地球上剩余可采年限分别仅为约40、60和230年。能源问题迫在眉睫，尤其是在21世纪，“能源”成为国家间竞争的焦点，节约使用能源，探索新能源，是人类面对即将到来的能源困境，寻求可持续发展的一条生路。目前，世界汽车保有量已达到6.7亿辆，并以每年2.3的速度递增。人们已经开始更多地关注如何消除对矿物燃料的依赖，一直渴望着新的“绿色汽车”及绿色汽车能源的出现。我们期待着一种没有污染、用之不竭的新型能源出现，逐渐代替我们现在所使用的化石能源，缓解正日益加剧的能源危机。压缩空气能源凭借其绿色无污染、储量丰富，满足了这样的要求。,国内外研究现状,目前国际上，进行空气动力汽车相关研究的主要是三个国家。法国、美国以及澳大利亚。,法国,美国,澳大利亚,国内外研究现状,其中最广为人知的是由法国MDI公司推出的一款空气压缩动力汽车AIRPod，一罐300升、300个大气压的压缩空气可以支持汽车行驶300公里以上，最高时速可达100公里每小时。,AIRPod,国内外研究现状,其次，是由美国华盛顿大学的一个科研小组所研制的一种利用液氮提供动力的无污染汽车。这种汽车可以贮存超低温液氮，液氮通过耐压管道输送到发动机中，迅速汽化成气体，体积急剧膨胀，推动活塞驱动汽车行驶。,国内外研究现状,最后，来自澳大利亚的Engineair公司，利用压缩空气动力发动机开发研制了一系列车型。,可连续行驶62英里，最高时速达每小时87英里,国内外研究现状,法国MDI公司所采用发动机的主要结构1、压缩空气储气罐4、外部燃烧室、加热器5、进气阀6、双活塞汽缸头7、连杆与曲柄8、外部空气进气口9、废气口,国内外研究现状,国内，研究空气动力的主要是是浙江大学流体传动与控制国家重点实验室气动实验室，国内有关空气动力理论及应用方面的文献基本上都来自于该实验室的研究人员。压缩空气动力汽车的研究与发展压缩空气动力汽车集成技术压缩空气发动机发展综述压缩空气动力发动机配气机构的研究,压缩空气动力工作原理,储存在储气罐中的高压压缩空气经过压力调节器减压至工作压力，在通过热交换器吸收热量升温后，由配气系统控制并进入做功机进行能量转换，最后将压力能转换成机械能,压缩空气动力工作原理,传统发动机工作过程,气动发动机工作过程,压缩空气动力基本原理设计过程中采用的工具,1、Solidworks三维设计软件2、TRIZ创新理论3、AutoCAD二维设计软件,设计方案,本次研究的主要是构思一种理想化的压缩空气动力系统，并利用绘图软件建模。,储气罐,气动发动机,减压器,空气过滤器,流量计,设计方案,发动机设计储气罐的选择气动元件设计,设计方案发动机设计,该发动机参照传统发动机结构，采用四缸、往复活塞式。,发动机作为动力系统的核心机构，它主要由活塞组、曲柄连杆组、配气机构以及飞轮等结构组成。,长：550mm宽：450mm高：550mm,设计方案发动机设计,其中活塞组、曲柄连杆组等均参考传统结构进行设计。,设计方案发动机设计活塞,活塞头,油环,气环,活塞销,设计方案发动机设计连杆,连杆螺母,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,设计方案发动机设计曲柄,曲柄是很重要的部件,设计方案发动机设计曲柄,将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩对外输出,设计方案发动机设计曲柄,安装飞轮,储蓄能量,保证均匀性,设计方案发动机设计曲柄,曲柄与发动机壳体之间采用滑动轴承配合,深沟球轴承,设计方案发动机设计配气机构,推杆,挺柱,进气凸轮,凸轮轴,排气凸轮,驱动齿轮,气门,气门弹簧,摇臂,设计方案发动机设计配气机构,应用,凸轮轴下置、中置式配气机构,凸轮轴上置式配气机构,凸轮轴上置式配气机构,设计方案发动机设计配气机构,链条传动,齿形皮带传动,建模困难,设计方案发动机设计配气机构,优点：传动比准确；机械效率高；工作可靠；寿命长；结构紧凑,设计方案发动机设计配气机构,采用相同的两个齿轮传动比1:1,齿轮参数：d=mz=271=142mm,设计方案发动机设计配气机构,气门组与推杆组爆炸图,设计方案发动机设计配气机构,基圆半径：rb=40mm行程：h=10mm推程运动角：120回程运动角：120远休止角：20近休止角：100,基圆半径：rb=40mm行程：h=10mm推程运动角：40回程运动角：40远休止角：20近休止角：260,设计方案发动机设计配气机构,摇臂,设计失败的摇臂,设计方案发动机设计配气机构,气门组,设计方案储气罐选择,储气罐需要承受很大的空气压力，必须要考虑安全问题。在材料选择上首先要满足安全性的要求。,储气罐的内胆采用铝合金材料，碳纤维缠绕，气瓶采用16MnR（普通低合金钢，强度较高、塑性韧性良好，是锅炉压力容器专用钢）。,设计方案储气罐选择,参数设计：有效储气体积150L储气压力约30MPa,设计方案气动元件设计减压器,市场所售,进口压力30MPa，出口压力1MPa。可调节压力范围01.5MPa。,减压器,设计方案气动元件设计空气过滤器,市场所售,储气罐中的压力非常大，空气的存在状态十分复杂，部分气体会发生液化、伴随悬浮颗粒等。材料：人造纤维和纤维滤材,空气过滤器,设计方案气动元件设计流量计,市场所售,目的：方便观察空气的使用情况。,差式流量计,理论参考数据,本次设计是基于理论上的一次探索，所选择的数据都是在理想状态下。发动机的气缸的基本参数：活塞行程S=51mm，气缸直径D=100mm，气缸排量Vh=D10S/4=0.4L发动机排量VL=VhI=0.44=1.6L,-6,理论参考数据,由于各大城市实施限速政策，而且气动汽车本身的设定也是中低速行驶在这里取转速n=1200rmp没对应的输出扭矩为55Nm输出功率P2Ten/60=23.1415926551200/60=6.9KW,理论参考数据,根据我同学设计的压缩空气动力汽车