斯特林引擎小車制作a

1、斯特林引擎小車創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽12一 、意義培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)制作能力，樹立創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想掌握Stirling引擎的工作原理，觸發(fā)應(yīng)用靈感23二 、目的通過(guò)學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)與制作斯特林引擎模型，了解斯特林引擎的基本構(gòu)成、工作原理和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力的過(guò)程，將所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)和能量轉(zhuǎn)換、機(jī)械制圖方面的知識(shí)綜合運(yùn)用到斯特林引擎模型制作中去，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，提高綜合素質(zhì)， 同時(shí)增加節(jié)能環(huán)保意識(shí)。34課程內(nèi)容斯特林引擎概念斯特林引擎工作原理斯特林引擎基本形式斯特林引擎設(shè)計(jì)斯特林引擎各類模型拓展斯特林引擎歷史和現(xiàn)在45三 、斯特林引擎歷史斯特林引擎（Stirling engine），是一種

2、外燃機(jī)，它是英國(guó)牧師羅伯特斯特林在1861年發(fā)明的熱氣引擎。 56三 、斯特林引擎歷史1807年George Cayley創(chuàng)造了第一臺(tái)能實(shí)際工作的開式循環(huán)熱氣機(jī)1816年Robert Stirling發(fā)明了閉式循環(huán)熱氣機(jī)1851年John Ericssion制成了44.4kW的外燃式開式循環(huán)熱氣機(jī)1853年制造了缸徑4.26m的超大型熱氣機(jī)，總功率220kW，效率13%，裝在2000T的明輪船上1916年最后一臺(tái)老式熱氣機(jī)出廠67四、斯特林引擎的現(xiàn)在斯特林引擎在太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域“如日中天”自從Robert Stirling于18世紀(jì)初發(fā)明斯特林循環(huán)以來(lái)，斯特林引擎的發(fā)展遠(yuǎn)不及內(nèi)燃機(jī)等熱機(jī)，但是

3、，現(xiàn)在斯特林引擎在太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域又“如日中天”（華爾街日?qǐng)?bào)語(yǔ)）。7889910五、斯特林引擎的概念斯特林引擎是一種外燃（或外部加熱）式閉式循環(huán)活塞式引擎，也稱為熱氣機(jī)，其熱力循環(huán)為斯特林循環(huán)。各種燃料燃燒裝置、太陽(yáng)能、原子能、蓄熱裝置以及化學(xué)反應(yīng)生成熱裝置等均可以成為其外部加熱熱源。理論斯特林循環(huán)的循環(huán)熱效率為卡諾效率，即是在一定的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的熱機(jī)的最高效率。斯特林引擎循環(huán)系統(tǒng)中工質(zhì)壓力變化平緩，循環(huán)壓力比通常小于2，且沒有充量更換，因而運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)安靜。 1011斯特林循環(huán) The Stirling cycle斯特林循環(huán) 兩個(gè)等溫過(guò)程 兩個(gè)等容過(guò)程卡諾循環(huán)兩個(gè)等溫過(guò)程兩個(gè)絕熱過(guò)

4、程The Stirling cycle1112外燃機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，有別于依靠燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒獲得動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)。新型外燃機(jī)使用氫氣作為工質(zhì)，在四個(gè)封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室?nèi)連續(xù)燃燒，通過(guò)加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外燃機(jī)1213外燃機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)由于外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。外燃機(jī)可以燃燒各種可燃?xì)怏w，如：天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石

5、油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽(yáng)能等。只要熱腔達(dá)到700，設(shè)備即可做功運(yùn)行，環(huán)境溫度越低，發(fā)電效率越高。外燃機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區(qū)使用。 但是，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)還有許多問(wèn)題要解決，例如膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的2-3倍等。所以，還不能成為大批量使用的發(fā)動(dòng)機(jī)。 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)目前有報(bào)道，已經(jīng)開始研究在計(jì)算機(jī)主板的散熱風(fēng)扇上使用，通過(guò)北橋芯片的發(fā)熱來(lái)帶動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，以此來(lái)給硬件降溫。13141415已研發(fā)改良的的外燃機(jī)改良的單缸斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)示意 已設(shè)計(jì)制造的熱氣機(jī)有多種結(jié)構(gòu)，可利用各種能源，已在航天、陸上

6、、水上和水下等各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。試驗(yàn)熱氣機(jī)的功率傳遞機(jī)構(gòu)分為曲柄連桿傳動(dòng)、菱形傳動(dòng)、斜盤或擺盤傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和自由活塞傳動(dòng)等。 美國(guó)STM公司的民用25KW外燃機(jī) 按缸內(nèi)循環(huán)的組成形式分，熱氣機(jī)主要有配氣活塞式和雙作用式兩類。配氣活塞式熱氣機(jī)，在一個(gè)氣缸內(nèi)有兩個(gè)活塞作規(guī)律的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷腔與熱腔之間用冷卻器、回?zé)崞骱图訜崞鬟B接，配氣活塞推動(dòng)工質(zhì)在冷熱腔之間往返流動(dòng)；雙作用式熱氣機(jī)，每個(gè)氣缸內(nèi)只有一個(gè)活塞，兼起配氣活塞和動(dòng)力活塞的作用。各缸的上部為熱腔，下部為冷腔。各熱腔經(jīng)加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器與鄰缸的下部冷腔連接，組成一個(gè)動(dòng)力單元。 日本親潮級(jí)潛艇使用的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)原理圖 熱力循環(huán)可以分為定溫壓

7、縮過(guò)程、定容回?zé)徇^(guò)程、定溫膨脹過(guò)程、定容儲(chǔ)熱過(guò)程四個(gè)過(guò)程。 兩缸外燃機(jī)工作原理 1516熱氣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)與內(nèi)燃機(jī)比較熱氣機(jī)所具備的優(yōu)點(diǎn)： 適用于各種能源，無(wú)論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料，當(dāng)采用載熱系統(tǒng)(如熱管)間接加熱時(shí)，幾乎可以使用任何高溫?zé)嵩?太陽(yáng)能放射性同位素和核反應(yīng)等)，而發(fā)動(dòng)機(jī)本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時(shí)熱氣機(jī)無(wú)需壓縮機(jī)增壓，使用一般風(fēng)機(jī)即可滿足要求，并允許燃料具有較高的雜質(zhì)含量。 熱氣機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，獨(dú)立于燃?xì)獾墓べ|(zhì)通過(guò)加熱器吸熱，并按斯特林循環(huán)對(duì)外做功，因此避免了類似內(nèi)燃機(jī)的爆震做功和間歇燃燒過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了高效、低噪和低排放運(yùn)行。高效：

8、總能效率達(dá)到80%以上；低噪：1米處裸機(jī)噪音底于68dBA；低排放：尾氣排放達(dá)到歐5標(biāo)準(zhǔn)。 熱氣機(jī)單機(jī)容量小，機(jī)組容量從2050kw，可以因地制宜的增減系統(tǒng)容量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)比內(nèi)燃機(jī)少40，降價(jià)空間大，同時(shí)維護(hù)成本也較低。1617熱氣機(jī)存在的主要問(wèn)題熱氣機(jī)尚存在的主要問(wèn)題和缺點(diǎn)是制造成本較高，工質(zhì)密封技術(shù)較難，密封件的可靠性和壽命還存在問(wèn)題，功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)器較為笨重。 熱氣機(jī)的未來(lái)發(fā)展將更多的應(yīng)用新材料(如陶瓷)和新工藝，以降低造價(jià)；對(duì)實(shí)際循環(huán)進(jìn)行理論研究，完善結(jié)構(gòu)，提高性能指標(biāo)；在應(yīng)用方面，正大力研究汽車用的大功率燃煤熱氣機(jī)、太陽(yáng)能熱氣機(jī)和特種用途熱氣機(jī)等。 熱氣機(jī)分為單缸、

9、2缸、4缸等形式；單缸熱氣機(jī)的燃燒室與冷卻器共一室，需要交替向燃燒室中注入燃?xì)?、燃燒、排氣、注入冷卻氣體等循環(huán)過(guò)程，驅(qū)動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于燃燒室需要交替使用，與一般的內(nèi)燃機(jī)一樣復(fù)雜，很少再發(fā)展。2缸熱氣機(jī)的燃燒、冷卻過(guò)程完全連續(xù)，1個(gè)汽缸加熱、1個(gè)冷卻，工質(zhì)在 2個(gè)氣缸中密閉循環(huán)，反復(fù)被加熱冷卻，活塞在熱氣驅(qū)動(dòng)下上下運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。4缸熱氣機(jī)的氣缸上部加熱、下部冷卻，或相反，工質(zhì)在相鄰兩個(gè)氣缸的上下部間循環(huán)，4個(gè)活塞交替上下，直接驅(qū)動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)，工作最為平順。1718熱氣機(jī)的應(yīng)用 熱氣機(jī)由于其具有多種能源的廣泛適應(yīng)性和優(yōu)良的環(huán)境特性已越來(lái)越受到重視，在水下動(dòng)力、太陽(yáng)能動(dòng)力、空間站動(dòng)

10、力、熱泵空調(diào)動(dòng)力、車用混合推進(jìn)動(dòng)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(yīng)用。熱氣機(jī)推廣中的3個(gè)方向包括： 熱電聯(lián)產(chǎn)充分利用它環(huán)境污染小和可使用多種燃料及易利用余熱的特點(diǎn)，用于熱電聯(lián)產(chǎn)可取得更高的熱效率和經(jīng)濟(jì)效率。 四聯(lián)裝余熱回收系統(tǒng) 低能級(jí)的余熱回收利用對(duì)燃燒系統(tǒng)稍加改進(jìn)便可利用工場(chǎng)余熱、地?zé)岷吞?yáng)能進(jìn)行發(fā)電或直接驅(qū)動(dòng)水泵，可取得更大的節(jié)能效益。 移動(dòng)式動(dòng)力源通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化和輕量化，并改善其控制性能后，亦可以作為推土機(jī)、壓路機(jī)等車輛的動(dòng)力。 注意斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明時(shí)間是1816，是和蒸汽機(jī)差不多的古老的發(fā)動(dòng)機(jī)，多年沒有引起人們的重視，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的幾個(gè)特性是非常適合潛艇的

11、，首先是燃燒連續(xù)，由于工質(zhì)不燃燒，因此沒有內(nèi)燃機(jī)的爆震現(xiàn)象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃燒室在外，燃燒的過(guò)程與工質(zhì)無(wú)關(guān)，或者說(shuō)只要有熱源、冷源就能工作，無(wú)論燒煤燒碳都可以，只要能發(fā)熱就行；1819斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展斯特林循環(huán)熱空氣發(fā)動(dòng)機(jī)不排廢氣，除燃燒室內(nèi)原有的空氣外，不需要其他空氣，所以適用于都市環(huán)境和外層空間。 18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，熱機(jī)普遍為蒸汽機(jī)，它的效率是很低的，只有3一5左右，即有95以上的熱能沒有得到利用。到1840年，熱機(jī)的效率也僅僅提高到8。斯特林對(duì)于熱力學(xué)理論的研究，就是從提高熱機(jī)效率的目的出發(fā)的。他所提出的斯特林循環(huán)的效率，在理想狀況下，可以無(wú)限提高。當(dāng)然受實(shí)際可

12、能的限制，不可能達(dá)到100，但提供了提高熱效率的努力方向。1920六、斯特林引擎原理用燃料在氣缸外部的燃燒室加熱工作氣體（氫氣或氦氣），工作氣體與外部完全封閉。工作氣體受熱膨脹后推動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞作功，膨脹后被冷卻，體積縮小，再次進(jìn)人燃燒室內(nèi)加熱，完成一次循環(huán)。引擎的轉(zhuǎn)速可通過(guò)控制工作氣體的流量來(lái)加以調(diào)節(jié)。 20212122斯特林引擎模型實(shí)例22232324（1）等容加熱過(guò)程在工作氣體(空氣)所占容積一定的情況下，工作氣體自低溫空間向高溫空間移動(dòng)。那個(gè)一定容積(等容)的工作氣體，通過(guò)氣缸被加熱，由于高溫而壓力上升。（2）等溫膨脹過(guò)程過(guò)程工作氣體的壓力上升，工作氣體所占容積增加，高溫低溫側(cè)的兩活塞

13、開始下降。此外工作氣體通過(guò)氣缸壁一邊加熱一邊繼續(xù)膨脹，并且使輸出軸旋轉(zhuǎn)。即時(shí)得到飛輪積蓄的一部分動(dòng)能。2425（3）等容冷卻過(guò)程過(guò)程利用飛輪積蓄的能源，高溫側(cè)活塞上升，低溫側(cè)活塞下降。即，工作氣體所占容積一定時(shí)，工作氣體自高溫空間向低溫空間移動(dòng)，那個(gè)時(shí)候一定容量(等容)的工作氣體，通過(guò)聯(lián)結(jié)部(冷卻部)及氣缸壁冷卻，由于低溫壓力開始降低。（4）等溫壓縮過(guò)程過(guò)程工作氣體的壓力下降。因此工作氣體所占容積減少，利用飛輪積蓄的能源，高溫低溫側(cè)的兩活塞開始上升。最近工作氣體一邊壓縮一邊通過(guò)聯(lián)結(jié)部(冷卻部)及氣缸壁冷卻，工作氣體所占容積最小。這樣引擎啟動(dòng)時(shí)，被高溫低溫側(cè)的兩活塞密閉的工作氣體所占容積，需要根

14、據(jù)工作煤氣加熱增加的方向使之旋轉(zhuǎn),不過(guò)旋轉(zhuǎn)開始后，利用飛輪重復(fù)的過(guò)程。作為這個(gè)結(jié)果能從輸出軸得到動(dòng)力。2526斯特林引擎原理圖型雙活塞型（Two-Piston）2627型交換器型（Displacer）2728斯特林引擎原理圖28292930加熱點(diǎn)3031 玻璃球引擎 3132七、斯特林引擎的基本形式 3233八、斯特林引擎各類模型3334九、斯特林引擎優(yōu)缺點(diǎn)（相比內(nèi)燃機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：污染小 噪聲低熱效率高運(yùn)行成本低，可以燃用任何一種燃料。 斯特林引擎的推廣應(yīng)用，有利于國(guó)防，有利于經(jīng)濟(jì)建設(shè)，有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有利新能源利用，有利于環(huán)境保護(hù)，有利于我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平。 5kW的外燃機(jī) 太

15、陽(yáng)能-外燃混合發(fā)電型3435十、斯特林引擎缺點(diǎn)（相比內(nèi)燃機(jī))缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速低加速性差結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重造價(jià)高 因此一直無(wú)法與內(nèi)燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，沒有得到實(shí)際應(yīng)用。 3536十一、 設(shè)計(jì)與制作在基本設(shè)想階段要求進(jìn)行作出基于輸出和形狀的概略圖。在設(shè)計(jì)階段作出基于各零件的強(qiáng)度計(jì)算和形狀計(jì)算的實(shí)施計(jì)劃圖的概略圖。在制造圖紙的作成階段作出基于零部圖和組裝圖的計(jì)劃圖。在制造階段提供加工材料及規(guī)格零件和加工必要零件。在組裝階段檢查規(guī)格零件及加工零件的尺寸，進(jìn)行各零件的粘結(jié)及聯(lián)結(jié)的組裝。在此后的試運(yùn)行階段進(jìn)行加熱確認(rèn)引擎的工作。這時(shí)如果產(chǎn)生不正常的情況，追查原因并圖示達(dá)到初期要求性能的改進(jìn)方法。363737383839【完成品尺寸(mm)】 W280D125H130【材質(zhì)】 車身部分和除底座以外的主體零件：鋁；導(dǎo)熱劑：鐵，導(dǎo)管等；螺絲釘?shù)龋鸿F（鍍鎳）【重量(g)】 700經(jīng)典發(fā)明之斯特林引擎小車3940經(jīng)典發(fā)明之斯特林引擎小車4041經(jīng)典發(fā)明之斯特林引擎小車414242434344444545464647474848494950505151525253配件淘購(gòu)，廢物利用，節(jié)約成本，集思廣益淘寶網(wǎng)，阿里巴巴，舊玩具，舊貨市場(chǎng)，廢舊器具，玩具車，玩具車底盤，玩具車齒輪，玩具車車輪塑料齒輪，二手玩具，廢舊物資回收站（針筒，橡皮，膠圈，膠管）5354塑料齒輪，玩具車齒輪，玩具車車輪5455555656575758585