新型雙轉子發(fā)動機功率傳輸裝置的運動學特性分析

索若淇，郭 靖

（呂梁學院，山西呂梁 033000）

新型雙轉子發(fā)動機功率傳輸裝置的運動學特性分析

索若淇，郭 靖

（呂梁學院，山西呂梁 033000）

在長期的社會發(fā)展過程中，由于進一步加深的能源危機，很多其他的問題也相繼出現，例如空氣污染問題，這就要求未來發(fā)動機的發(fā)展方向是輕型、高功率、高密度并且高效率的。雙轉子發(fā)動機已經成為目前研究的一個熱點。針對新型雙轉子發(fā)動機功率傳輸裝置的運動學特性進行分析，以供參考。

新型雙轉子發(fā)動機；功率傳輸裝置；運動學特性

目前，發(fā)動機的發(fā)展經歷了100多年。這100多年里，人們不斷創(chuàng)造各種發(fā)動機，比如說，往復活塞發(fā)動機和汪克爾三角轉子發(fā)動機等等，在這其中比較成功的也應該是應用最廣泛的是傳統(tǒng)往復式活塞發(fā)動機，雖然這種發(fā)動機的技術比較成熟，但是也存在著問題。本文就針對新型雙轉子發(fā)動機功率傳輸裝置中的關鍵部件的運動學特性加以分析，來實現對新型雙轉子發(fā)動機的優(yōu)化與完善。

1 新型雙轉子發(fā)動機功率傳輸裝置的基本概述

功率傳輸機構由動力缸組件和與其相連的差速驅動組件構成，其中，動力缸組件又包含了轉子1、轉子2和上面固定連接的滑軌。在新型雙轉子發(fā)動機功率傳輸裝置中，轉子1和2同軸且呈交錯狀安裝于缸體內。擺盤徑向布它包含了4個滾子，這些滾子都與凸輪和滑滾相互配合運動，在Z字軸斜軸段上安設擺盤，擺盤繞Z字軸轉動，與擺盤徑相互垂直的有4個方向，擺盤徑分別向外伸出了滾子軸，有四個8字形外擺線槽對稱布置在凸輪上，有兩個滾子在滾子軸上，凸輪面沿著8字形外擺線線槽滾動，而滾子軸末端的滾子則是沿著滑軌直線滾動。擺盤上的滾子則為驅動組件的輸入端，Z字軸和凸輪軸則為輸出端。

2 關鍵部件的運動學特性分析

2.1 運動學模型的建立

要建立運動學模型，首先要知道各個部件的作用及其之間的運動關系，建立坐標聯(lián)系，求出變換矩陣。我們可以用下列矩陣來表示坐標系的變換

此矩陣中，x代表的是慣性坐標系中矢量，x’代表的是本體坐標系中矢量。A代表的是旋轉矩陣，也被稱為變換矩陣，它可以完全描述兩個坐標系之間的變換關系，其包含著3個獨立的參數。

圖1 坐標變換及參數示意圖

如圖1所表示，軌跡進行3次坐標之間變換，應該準確了解擺盤上的點在固定坐標系x、y、z上的坐標，第一，在擺盤本體坐標系x3y3z3位置上的擺盤的點，其坐標為已知條件，把這三個點轉換到擺盤轉動平面坐標系x2y2z2的位置，對二者來說，慣性坐標系是擺盤轉動平面坐標系x2y2z2的位置，而本體坐標系是擺盤的本體坐標系x3y3z3。坐擺盤本體的坐標系x3y3z3繞x3軸逆時針旋轉，從而得到坐標系x2y2z2則是兩者之間額關系。這次的轉動環(huán)節(jié)是在y3z3的平面上，所以可以把其變換矩陣表示為

同樣的，將平面坐標系x2y2z2的位置轉換到輸出軸坐標系x1y1z1的變換矩陣可以表示為

同理，擺盤上的點在坐標系x1y1z1中的位置轉換到坐標系xyz的變換矩陣可以表示為

推理而來，從坐標系x3y3z3到坐標系xyz的總體變換矩陣可以表示為

從公式x=Ax’中可以得出它們相反的變換，所以，由坐標系x2y2z2向坐標系x1y1z1的轉換，可以用下面公式表示

變換矩陣是一種正交矩陣，它的逆矩陣也就是它的轉置矩陣。

2.2 對運動軌跡的計算

根據上面坐標變換的方法，現對擺盤上點的軌跡進行計算，如圖2所示。

我們可以假設擺盤上有一點a，點a在本體坐標系x3y3z3上方向向量可以用ra/3表示，點a在固定坐標系xyz上方向向量可用ra/0來表示，根據上面的公式，則擺盤上點軌跡可用下列公式來表示

也可以簡化方式，在擺盤坐標系x3y3z3上取一點a，點a的方向向量用ra/3=[00r]T來表示，擺盤各點軌跡有個特點，它們形狀相同，但是相位不同，因此，向量能夠展現出它軌跡的特性，所以把ra/3代入到上面公式ra/0=Ara/3中能夠推出點的軌跡矩陣

圖2 八字擺線軌跡向量圖

從上述坐標的變換過程看來，將坐標系xyz通過原點圍繞x軸順時針旋轉，能夠得到坐標系x4y4z4。也就是說坐標系x4y4z4圍繞x軸逆時針旋轉之后得到坐標系xyz。這次轉動是在平面y4z4發(fā)生的，所以變換矩陣可以表示為

如果把坐標系xyz中的位置轉換到坐標系x4y4z4上，從變換矩陣性質可推出

從公式ra/0=Ara/3和上面的公式（9），把擺盤上點a的軌跡轉換到坐標系x4y4z4上，就能得出凸輪球殼上8字外擺線的計算方程為

這個軌跡就是8字外擺線中心輪廓線方程。同理可得，上面提到的公式（8）可以簡化方向向量ra/3=[00r]T，得出

通過研究分析得出，滾子軸線夾角越靠近90°，氣缸容積變化幅值越大。擺盤傾角和容積的變化之間是正比關系，65°對于四葉片活塞轉子而言是擺盤傾角的最大取值。實際上，滾子軸線夾角最好取90°，擺盤傾角要在留出足夠葉片活塞厚度的前提下盡量取較大的值。

3 結束語

總而言之，本文介紹的雙轉子發(fā)動機功率傳輸裝置是一種基于擺盤和凸輪組合機構的裝置。這種裝置結構非常簡單，而且平衡性好；凸輪曲線是變化多樣的，它能在不同的轉子運動規(guī)律下運行。在此裝置的驅動之下，轉子的容積變化規(guī)律是，主軸每轉動一周，容積可以變化4次，大幅提高了理論功率和密度。

[1] 劉云崗.車用發(fā)動機的市場趨勢及技術發(fā)展動向[J].國外內燃機，2015，（1）：6-13.

礦山特種鉆機的產品設計要準確傳達信息內容，首先要理解用戶的實際需求，并以此為基礎建立溝通平臺。其主要內容是用戶對產品使用體驗，比如操作系統(tǒng)是否適當。如果從用戶角度來看，傳達信息內容的語義通信主要從以下方面實現：一是產品的內涵信息應該能夠被人類的感官感覺到。因為，人們看到東西的第一反應往往是從其外部形狀考慮其功能或操作方式。二是信息內容的溝通應該提供方向意義，給用戶帶來操作上的便利。

3.2 情感訴求的傳達

設計師在進行礦山特種鉆機產品的情感訴求傳達模型構建時，需要注意以下三個方面。首先是情感訴求的明確性，也就是礦山特種鉆機的外觀形狀、顏色要能夠有效傳達它的功能，用戶可以憑借其快速識別產品本身，并了解其基本功能和注意的操作事項。其次是情感訴求的適應性。同類產品或者不同產品的相似功能一般都有相似的視覺呈現方式，設計師要對之前的類似產品的操控方式以及視覺呈現進行詳細研究，深入了解用戶的實際需求，并將其通過直接的視覺傳達展示出來。最后是情感訴求的操作性，一個成功的礦山特種鉆機設計，必須要滿足使用者通過自己的觀察掌握基本的操作流程。同時還要滿足用戶的嘗試操作不會引起產品的損害和對用戶的傷害。

3.3 審美情趣的傳達

“少即是多”是設計界一直遵循的基本理念。這一理念不僅是崇尚簡約的西方設計者崇尚的理念，也充滿了傳統(tǒng)文化的審美情趣。例如在配色方面可以摒棄傳統(tǒng)工程機械那種清一色的暗淡色調，不斷進行新式配色方案開發(fā)；在造型上不同部位的配置不僅要能傳達產品特征，還要能帶給客戶舒適感。

4 結束語

文章從新的視角對產品語義學在礦山特種鉆機設計領域的運用進行了研究，從造型、色彩以及材質等方面分析了礦山特種鉆機設計的基本方法以及所傳達的語言意義。當然，這種結論還較多停留在理論層面，未來還需要具體的設計實踐進行驗證和改進。

參考文獻

[1] 葉霞娟，朱昱寧，馮迪.產品語義學在電動托盤叉車造型設計中的應用[J].輕工機械，2014，（4）：114-118.

[2] 王雪潔，程建新，晏群，等.現代機械產品設計中的“直覺語義學”探析[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2015，（11）：116-119.

[3] 于健昕，戴端.工程機械產品設計中的“形”與“義”[J].設計，2013，（11）：17-18.

Kinematic Characteristics Analysis of a New dual Rotor Engine Power Transmission Device

Suo Ruo-qi，Guo Jing

in the long process of social development，due to the further deepening of the energy crisis，many other problems have also come，such as air pollution，which requires the future development direction of the engine is light，high power，high density and high efficiency.Twin rotor engines have become a hot research topic because of the reasons mentioned above.the kinematics characteristics of the new dual rotor engine power transmission device are analyzed in this paper.

new dual rotor engine；power transmission device；kinematic characteristics

TK401

A

1003–6490（2016）09–0131–02

2016–09–16

索若淇（1988—），女，山西呂梁人，主要研究方向為動力機械。