基于创新方法的斯特林发动机改进 - 图文

本科毕业设计（论文）

基于创新方法的斯特林发动机改进

学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化

（机械电子工程方向）

年级班别 2008级（2）班 学 号 学生姓名 指导教师

2012年 6 月

基于创新方法的斯特林发动机改进

机电工程学院 摘要

斯特林发动机由于具有燃料来源广、低噪声、低污染、安全性能高等诸多优点而受到越来越广泛的重视。但由于斯特林发动机在功率效率及结构的技术和发展还不是特别地成熟，还不能成为完全替代内燃机的新型动力机器，需要对斯特林发动机进行改进设计。本文在介绍了基于TRIZ理论的机构创新设计方法的基础上，针对现有斯特林发动机工作效率低、功率不高、结构庞大等方面问题，应用TRIZ理论的技术矛盾矩阵法对斯特林发动机进行创新设计，利用TRIZ法40条原理中的嵌套原理提出了β型斯特林发动机结构、分离与分开原理提出γ型斯特林发动机结构和周期性作用原理提出了复动型发动机结构，从结构、原理和工作循环方法上实现了产品不同角度的创新设计。用TRIZ理论改进所得出的方案为斯特林发动机的发展方向提供实用价值的参考。

关键词：TRIZ，机构创新设计，斯特林发动机

Abstract

The Stirling engine gets more and more extensive attention，because it has a lot of advantage such as the wide fuel source, low noise , low pollution, high thermal efficiency and higher safety. The technology and development of Stirling engine in power efficiency and structure is not particularly mature, which can not completely replace the internal combustion engine and become the new dynamic machine. It need to improve the design of the Stirling engine. This paper introduces the institutional innovative design method on the basis of the TRIZ theory. Since the low efficiency of the existing Stirling engine power structure low thermal efficiency and huge structure, the Author applyed technical contradiction matrix method of TRIZ on the Stirling engine to innovative design. The structure of the β-type Stirling engine, γ-type Stirling engine structure and the complex dynamic engine structure turned out. It bring about the product of innovative design from the structure, principle and duty cycle method. The improved program that obtained by TRIZ theory provide a reference of practical value for the development direction of the Stirling engine.

Key words: TRIZ, Institution innovation design, The Stirling engine

目 录

第一章 绪论.................................................................................................................. 1

1.1 斯特林发动机的历史和现状.......................................................................... 2 1.2 机构创新设计国内外的研究现状.................................................................. 2 1.3 TRIZ理论的发展及其应用状况 ..................................................................... 3 1.4 本文的研究内容.............................................................................................. 5 第二章 TRIZ理论....................................................................................................... 6

2.1 TRIZ理论的核心思想 ..................................................................................... 6 2.2 TRIZ理论的基本原理 ..................................................................................... 6 2.3 TRIZ理论技术矛盾解决问题的一般过程 ..................................................... 7 第三章 斯特林发动机的工作原理及其改进方案 ..................................................... 8

3.1 斯特林发动机结构分析................................................................................ 8 3.2 工作原理分析.................................................................................................. 9 3.3 基于TRIZ的斯特林发动机的创新设计..................................................... 11

3.3.1 热效率的改进.............................................................................. 11 3.3.2 功率的改进.................................................................................. 12 3.3.3 结构的改进.................................................................................. 16

总结.............................................................................................................................. 19 参考文献...................................................................................................................... 20 致谢.............................................................................................................................. 21

第一章 绪论

本论文主要选择斯特林发动机进行机构创新设计。主要选用的机构创新方法是利用TRIZ理论做机构方案创新改进设计。

引擎是一种将热能转换成机械能的装置，它需要通过热交换引起内部压力和容积的变化。引擎的主要部件是气缸，一般汽缸包括缸体、进气孔、输油孔、出气孔、活塞和火花塞(汽油机)等。而发动机是一整套动力输出设备，包括变速齿轮、引擎和传动轴等等，可见引擎只是整个发动机的一个部分，但却是整个发动机的核心部分，因此把引擎称为发动机也不为过。

斯特林发动机是一种闭循环活塞式热机，因它是在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。闭循环的意思是工作燃气一直保存在气缸内，从外部燃烧和冷却使其产生压力变化，得到动能输出的外燃机。而开循环则如内燃机和一些蒸气机需要与大气交换气体。斯特林发动机被归为外燃机。斯特林发动机因其无声操作和能源效率享有盛誉。

内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

外燃机使用工质(传递能量的媒介物质叫工质)，在封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。所以斯特林发动机是外燃机。

斯特林发动机是一种新型动力机械，虽然早在19世纪初其雏型已被发明，但是由于当时技术水平的限制，而未能得到实际应用。近几十年来，由于斯特林发动机具有环保，低噪声、低污染和优良的环境特性等优点，斯特林发动机重新受到人们的重视，并得到了较快的发展，其应用前景十分广阔。但由于斯特林发动机在功率及其结构和可靠性等方面各项性能指标与技术已经十分成熟的内燃机相比，还有更大的改进空间。本文利用TRIZ理论对原有斯特林发动机结构设计改进，进而使用TRIZ理论对斯特林发动机做出改进，重点是使用技术矛盾矩阵法解决技术冲突。

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在此之前，前人已对斯特林发动机作了部分研究，大多是其循环过程能量分析、热力分析等，而在结构改进这方面尚属少数。TRIZ理论是一门令创新科学有规律可循的学科，利用它可以快速做出改进方案设计，本文利用TRIZ理论对斯特林作机构改进，使得斯特林发动机的朝着更稳定、更高性能、更智能化的方向发展，为斯特林发动机代替内燃机应用展现了更广阔的前景。 1.1 斯特林发动机的历史和现状

随着社会的不断发展，化石燃料的消耗量日益增大，传统燃料的内燃机将面临着严重的能源危机，而积极解决这个问题的有效途径之一是开发一种可以使用与传统内燃机不同的燃料的动力装置，斯特林发动机则是目前可行的最佳途径之一[1]。

1938年，荷兰Philips公司开始了现代斯特林发动机的研制工作，在传动结构、工质选择及密封装置等3个方面取得了创新成果，极大地提高了斯特林发动机的效率和功率，从而掀起了现代斯特林发动机的研究热潮[2]。斯特林循环发动机这种古老的机型，当时由于材料及电动机、内燃机的竞争没有得到发展。后来由于石油供应日益紧张，且由于新技术、新材料、新工艺、新设备的不断涌现，使得理论热效率高、排气污染小，可采用多种燃料的斯特林发动机又进入一个新的发展阶段。

目前世界各国都投入一定的人力物力开发斯特林发动机。我国对斯特林发动机的研制尚处在初期阶段。斯特林发动机具有振动小，低噪声的优点，由于不会排出气体，且其架构内部不会发生爆炸，目前主要被应用于潜艇的无气推进源、游艇的蓄电池充电器等，家庭用的热电联合系统（CHP）装置、太阳能发电、生物物质燃烧发电等方面。

但斯特林就目前研究情况来看还存在以下问题有待进一步改进： 1、因为是靠气体的压缩膨胀来做功，输出功率并不高。

2、为了获得高的输出功率和效率，需要用高压的工作气体，那么发动机结构就需要做成耐压结构，结构复杂。

3、通过热交换器对工作气体加热，冷却的同时，完成斯特林循环的逆流式热交换器不可缺少，加工费用比较高。 1.2 机构创新设计国内外的研究现状

创新设计就是以创新的观点和创新的方法来研究现代设计的规律和模式，并充分发挥设计者的创造力，揭示新理论、创立新技术、设计出更具有竞争力的新颖“产品”。创

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新设计融合了多种设计方法的精髓，是一门多元性的新兴科学；它囊括了当代各种创造技法，并灵活准确地运用于设计之中，使设计工作完全不同于以往的传统设计，在设计领域中开创了新的天地。

机构创新设计是以初选的机构方案为雏形，通过组合、变异、再生等方法进行突破，获得新的机构或者是利用发散思维的方法，将现有的机构进行分类整理，然后根据原理方案所需的运动特性或功能进行搜索选择、评价，选出合适的机构形式。

设计的本质是革新和创造，强调创新设计是要求在设计中更充分发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有竞争力的新颖产品。

美国、德国等是开展机构创新设计较早的国家，并且已取得不少研究成果。其中较有影响的机构设计创新大多是从具体的现有机械入手，然后进行理论与方法的总结。例如Erdmen等研究的开窗调节机构的结构类型与选优[3]；油田抽油机的结构类型选优[4]；Fredenstein F等研究的变冲程内燃机驱动机构结构类型选优[5]；汽车刮雨器机构结构类型选优[6]等等。美国Jehnson R C教授较早地将创新方法引入机械设计过程，他认为要顺利解决机械设计创新，就必须在结构型式综合投入精力并在材料、尺寸上进行优化[7]。1979年，Freudenstei提出“功能与结构分离”的方法用于机构综合[8]，随后许多学者对这一方法进行研究和深化。国内机械创新设计的研究大体分为两个方面，一方面是实际应用上独创设计了中国专利产品，如“梅花抓斗”、“三环减速器”、“轮胎成形鼓机构”[9]等，取得了较好的经济效益。另一方面，己有学者开始对机械创新设计方法进行探索和讨论，该项研究己列入国家自然科学发展战略研究指南。 1.3 TRIZ理论的发展及其应用状况

TRIZ法是一种基于知识的、面向人的解决发明问题的系统化方法学。TRIZ一词是俄文“发明问题解决理论”的首字母的缩写，英文名称为Theory of Inventive Problem Solving。以G. S. Altshuller为首的原苏联科研人员于1946年开始了有关TRIZ理论和实践的研究，其主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则[10]。G. S. Altshuller穷其毕生的精力致力于TRIZ理论的研究和完善。在他的领导下，前苏联的研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体，分析了世界近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛

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盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立一个由解决技术，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。

TRIZ理论方法就是一种将发明从“困难的”任务转变为“简单的”任务的方法，例如：通过大幅度减少探索范围来达到又好、又快又省的发明目的，提高创新效率和创新质量。TRIZ理论是一种为各类技术与非技术问题提供创新性解决思路的强大理论工具，是有效衔接科技“软实力”和“硬实力”的一项重要工作，其重大意义和深远影响是单一科技计划、科研项目或攻克某项技术所无法比拟的。TRIZ法是目前世界公认的解决发明问题的有力工具。

在东西方冷战时代，TRIZ的研究一直被作为苏联的国家机密，西方国家知之甚少。苏联解体后，大批TRIZ研究者移居美国等西方国家，TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展。在俄罗斯，TRIZ理论方法已广泛应用于工程领域中。欧洲以瑞典皇家工科大学(KTH)为中心，集中十几家企业开始了实施利用TRIZ进行创造性设计的研究计划[11]。日本从1996年开始不断有杂志介绍TRIZ的理论方法及应用事例。美国也有大学相继进行了TRIZ技术研究，有关TRIZ的研究咨询机构相继成立，TRIZ已成为国外企业、尖端技术领域解决技术难题实现创新的有效工具。Rockwell Automotive公司针对某型号汽车的刹车系统运用TRIZ理论进行了创新设计[12]。通过TRIZ理论的应用，刹车系统发生了重要的变化，系统由原来的12个零件缩减为4个，成本减少50％，但刹车系统的功能却没有变化。Ford Motor公司遇到了推力轴承在大负荷时出现偏移的问题。通过应用TRIZ理论，产生28个新概念(问题的解决方案)，其中一个非常吸引人的新概念是：利用小热膨胀系数的材料制造这种轴承，克服上述问题，最后很好地解决推力轴承在大负荷时出现偏移地问题[13]。Chrysler Motors公司，1999年应用TRIZ理论解决企业生产过程中遇到的技术冲突或矛盾，共获利1.5亿美元。最近几年，TRIZ理论在我国引起了学术界的重视和运用[14]。

G. S. Altshuller和他的TRIZ研究机构50多年来提出了TRIZ系列的多种工具，如

冲突矩阵、76种标准解、ARIZ、物质--场分析等，常用的有基于宏观的矛盾矩阵法（冲突矩阵法）和基于微观的物场变换法。事实上TRIZ针对输入输出的关系（效应）、冲突和技术进化都有比较完善的理论。

目前，TRIZ 法已在自动控制、电气与电子、航天航空、机械仪器、动力、汽车、化工制药、医疗卫生、轻工和食品等十大技术领域中发挥作用，并延伸到非技术领域。

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国外TRIZ法专家正在试图把TRIZ法用于管理和商业领域，并取得成果。TRIZ法正成为全能的创新方法。

纵上所述，TRIZ具有开创性有突破性，结构性好，系统性强，能简便地得出解决问题的原理，内容全面。利用TRIZ理论方法对斯特林发动机进行结构改进设计，设计出其它预期类型的斯特林发动机，可以达到了预期的目的，同时也为从事结构创新设计的研究工作者提供一种思路。 1.4 本文的研究内容

本文先通过介绍TRIZ理论改进的一般设计方法，再对斯特林结构、循环过程及工作原理详细分析，然后在TRIZ的基础上对斯特林发动机结构做出改进，重点是使用技术矛盾矩阵法解决技术冲突，使其成为性能更高的斯特林发动机。斯特林发动机有望成为21世纪代替内燃机的新型工业机器。

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第二章 TRIZ理论

2.1 TRIZ理论的核心思想

TRIZ理论的核心思想主要体现在五个方面：

（1）人们在解决发明问题的实践中，遇到的各种矛盾以及相应的解决方案总是重复出现。无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。

（2）技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。 （3）各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。 （4）用来彻底而不是折中解决技术矛盾的创新原理与方法，数量并不算多，一般科技人员和有关方面人员都可以学习和掌握。

（5）解决本领域技术问题的最有效的原理与方法，往往来自其他科学领域。 2.2 TRIZ理论的基本原理

TRIZ解决创新问题的核心是发现矛盾并解决矛盾。矛盾（冲突）普遍存在于各种产品的设计之中。按传统设计中的折衷法，冲突并没有彻底解决，而是在冲突双方取得折衷方案，或称降低冲突的程度。TRIZ理论认为，产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突，而产生新的有竞争力的解。设计人员在设计过程中不断的发现并解决冲突是推动产品进化的动力。工程矛盾又分为管理矛盾、物理矛盾和技术矛盾。

管理矛盾是指为了避免某些现象或希望取得某些结果，需要做一些事情，但不知道如何去做。由于管理矛盾对技术创新无启发价值，不能表现出工程技术问题解的可能方向，它不属于TRIZ的主要研究内容。

物理矛盾是指同一个参数的两个互相对立的特性，如温度的冷与热。物理矛盾表现为 系统中有害性能降低（增强）的同时导致该系统中有用性能的降低（增强）。

技术矛盾是指在一个技术系统中，当一个参数被改动时，另一个参数就变差。技术矛盾表现为 ：1、在一个子系统中引入一种有用功能后，会导致另一子系统产生一种有害功能或加强已存在的有害功能（或削弱有用功能）。2、有用功能的加强或有害功能的削弱使另一子系统变得复杂。

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对于技术冲突的一般化表达，TRIZ法归纳了39个通用工程参数和40条发明原理.因此，TRIZ技术构造了一个冲突矩阵，该矩阵包含40行40列，其中第一行和第一列是按顺序排列的39个通用工程特性序号，矩阵元素中的数字表示40条发明创造方法中推荐采用的方法序号。

2.3 TRIZ理论技术矛盾解决问题的一般过程

TRIZ工具

问题模型 TRIZ 一般性问题 抽象 转化

类比应用

待解决的 研发问题 图2.1 技术冲突解决过程

最终解决方案

如图2.1所示，利用TRIZ理论技术矛盾解决问题的一般方法如下： 第1步，分析问题，找出可能存在的技术矛盾。

第2步，针对具体问题确认一到几对技术矛盾，并将矛盾的双方转换成技术领域的有关术语，进而根据有关术语在TRIZ提供的39个工程参数中选定相应的工程参数。

第3步，按照相矛盾的工程参数编号i和j，在矛盾矩阵中找到相应的矩阵元素Mi-j ,该矩阵元素表示40条发明创新原理的序号，按照该序号找出相应的原理供下一步使用。

第4步,根据已找到的发明创新原理，结合专业知识，寻找解决问题的方案。一般情况下，解决某技术矛盾的发明创新原理不止一条，应该对每一条相应的原理作解决技术矛盾方案的尝试，不要拒绝任何相应的原理。

第5步，如果第四步的努力没有取得较好的效果，就要考虑初始构思的技术矛盾是否真正表达了问题的本质，是否真正反映了针对问题创新改进的方向。就重新设定技术矛盾，并重复上述各步。

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第三章 斯特林发动机的工作原理及其改进方案

斯特林发动机是一种闭循环活塞式热机。闭循环是工作燃气一直保存在气缸内，而开循环则如内燃机和一些蒸汽机需要与大气交换气体。斯特林发动机中使用的气体从来都不会离开发动机。与汽油发动机或柴油发动机不同，它没有排放高压气体的排气阀，并且不会发生爆炸过程。因此，斯特林发动机的噪音很低。斯特林发动机一般被归为外燃机。原有的斯特林发动机称为α型斯特林发动机，其结构简图如图3.1所示。

图3.1 α型斯特林发动机侧视图

3.1 斯特林发动机结构分析

如图3.2所示，α型斯特林发动机是由2个温度差的气缸、2个相位角相差90度的活塞、被称之为热交换器的加热器、回热器、冷却器，以及圆滑的可连续运转的惯性轮4部分构成。

斯特林发动机的主体结构确定后，回热器就成了影响整机性能的关键部件。单个工作腔斯特林热机只能选用蓄热式回热器。但是，只要是两个以上的多个工作腔斯特林热机既可以选用蓄热式回热器，也可以选用逆流换热式回热器。斯特林热机由单个工作腔发展起来的，按传统思维，多个工作腔只是单个工作腔的简单组合。

多个工作腔斯特林热机各工作腔，在同一时间处于不同热力学过程，有正在放热的工作腔；也有正在吸热的工作腔，而且工质流向正好相反。逆流换热式回热器就是利用

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多工作腔斯特林热机的这一特点，使正在放热的工作腔所放出的热量，直接传到正在吸热的工作腔，达到热量的合理利用。而蓄热式回热器只是将本工作腔工质放出的热量储存在本工作腔回热器金属丝网，工质回流时又从金属丝网吸收。不和其他工作腔进行热交换。高性能的斯特林发动机普遍采用逆流式回热器。如下图3.2所示，当图中左工作腔处于等容放热过程，所放出的热量直接传递到右侧工作腔，右工作腔则处于等容吸热过程。

1.曲轴 2.轴套 3.连杆 4.活塞 5.活塞缸 6.由热气缸和热活塞组成的热腔

7.加热器 8.回热器 9.冷却器 10.由冷却缸和冷活塞组成的冷腔

图3.2 α型斯特林发动机的结构简图

3.2 工作原理分析

斯特林发动机通过气体在冷热环境转换时的热胀冷缩做功。发动机内的工作气体处于封闭中，本身不参与任何形式的能量转换，因此可以用惰性气体来作为工质。以简单的双缸斯特林为例，如图3.3所示，斯特林发动机的工作过程可分为如下几个阶段：

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A、左侧气缸受热，左侧活塞下降；右侧气缸被冷却，右侧活塞上升。如图3.3中的1所示。

B、左侧活塞继续下降；右侧活塞由于输出机构惯性力开始向下运动。如图3.3中的2所示。

C、左侧活塞在下止点附近开始上行，工质从热腔经回热器流入冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。右侧活塞继续向下运动至下止点。如图3.3中的3所示。

D、左侧活塞向上运动，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。如图3.3中的4所示。

E、最后回到如图3.3中的5所示，完成一个斯特林循环。

图3.3 α型斯特林发动机工作循环图

斯特林循环的工作过程是: 工质被密封在一个闭合回路中，依靠活塞的协调运动从而实现在回路中流动，其理想循环为: 压缩腔中的等温压缩过程，回热器中的等容加热

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Wc???pdVc?pmeanVSE??sin?2 1?1??因此，该发动机的每一次循环的做功可用下式表示

W功率是

i?WE?Wc?pmeanVSE??(1??)sin?1??2

1?Li?Wni60

所以可以看得出做功与压力及行程容积成正比例增加，改进后的复动型斯特林发动机其行程容积相当于普通α型斯特林发动机的4倍，所以其功率至少等于α型斯特林发动机的4倍以上。

验证得到：复动型斯特林发动机功率提高了，而可靠性没有降低。 3.3.3 结构的改进

斯特林发动机虽然有热量来源广，噪声低，低污染等众多优点，但是其众多的附件会导致其结构庞大，不利用安装移动，如果可以简化结构的同时能够达到同样的功能要求那就令人满意了。

首先分析问题：α型斯特林发动机的附件由于具有太多附件导致其结构庞大，不利于安装移动。为了改善问题，可以尝试将附件移除，但是如果将回热器等附件移除的话又会影响系统的可靠性，不能保证其准确实现运动。也可以考虑将附件从系统中移开。

然后TRIZ法解决问题。提取通用工程参数，组建矛盾对，搜索解决矛盾的发明创新原理。参照TRIZ提出的39个通用工程 参数，静止物体的体积（编号为8）与可靠性（编号为27），两者之间构成矛盾，即采取现有措施，静止物体的体积的变小的同时会造成可靠性的降低。

对照TRIZ给出的矛盾矩阵表，在8行27列的格子中，找到解决矛盾的发明创新原理错误！未找到引用源。=[2，35，24]，即2分离与分开原理，35参数变化原理，16不完全达到或超过的作用原理。

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表3.3 TRIZ法技术矛盾矩阵表

通用工程参数 1 2 3 8 运动物体质量 静止物体质量 运动物体长度 静止物体的体积 运动物体质量 1 静止物体质量 2 运动物体长度 3 15，8，29，34 可靠性 27 …… …… …… 2，35，16 — …… — 8，15，29，34 …… — …… 原理的筛选和具体化: 原理2分离与分开，将附件移开，将热交换器等器件移到系统以外，甚至可以直接将回热器等附件直接去除，只有留下加热器。有效减小斯特林发动机的体积，变成γ型斯特林发动机。γ型斯特林发动机的结构简图如图3.8所示。

图3.8 γ型斯特林发动机

发动机内的气体是循环加热的（通过酒精灯）并且膨胀推动动力活塞向右运动。当动力活塞运动到最右边时，连杆迫使松配合的活塞将气体挤压到机器较冷的一边。在较冷一边的气体将热量散失到外界并且收缩，并把活塞拉向左边。气体在此转移，被挤压回发动机的较热区域，如此循环往复。

35参数变化原理，原本的α型斯特林发动机是有两个气缸的，使用参数变化原理，将其改变成为一个气缸，变成β型发动机。如图3.9所示。

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1. 热腔 2.活塞1 3. 冷腔 4.活塞2 5.连杆 6. 轴套 7. 曲轴 8. 加热器 9. 回热器 10. 冷却器

图3.9 β型斯特林发动机的结构简图

比较：由原理2得到的γ型斯特林发动机和由原理35得到的β型斯特林发动机相比较，β型斯特林发动机结构相对比γ型斯特林发动机更小型化，而且可靠性也比较高，能有效利用空间，可以得到很高的输出效率。而且热交热器分布在圆周上，容易配置。γ型的发动机虽然由于少了热交换器等附件，但是在结构上不能做到小型化。但是这种结构却适合做低温的斯特林发动机。主要用于作利用低温度热源工作的低法度差发动机，不能做大型功率发动机。综上，在结构简化方面得到β型斯特林发动机比较合适。

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总结

本文运用TRIZ理论对斯特林发动机进行机构创新设计改进，根据现有的斯特林发动机，分析现状及应用，改进设计出符合不同用途的机构，进而达到优化的目的。本次设计体现了目前正流行的现代设计方法TRIZ理论对机构创新设计带来的合理化和设计实用价值。

通过本次设计，本人得到如下结论：

1、 运用TRIZ理论，将斯特林发动机的结构针对不同要求设计改进得出不同的机构，

使其成为符合不同用途的斯特林发动机。

2、 TRIZ理论提供如冲突矩阵、76种标准解、ARIZ、物质-场分析等多种设计解决方案，

本文仅使用了其中的矛盾冲突解决方案工具，当然还可利用其它更多的工具来解决问题。TRIZ理论给我带来了多样化的设计思维，让创新设计有迹可寻。

3、就目前情况来看，斯特林发动机很有研究价值，也很有市场潜力。它将会是驱动未

来的动力，有可能代替内燃机成为另一个改变世界的发动机。

本论文通过使用TRIZ理论设计出不同的结构模型，对于多个方案的优化与评价，受时间和工作量的限制，还有待于进一步深入研究。其众多的优点证明斯特林发动机是一种很有前景的机器，可以有望成为21世纪的新型机器，随着自动化程度越来越高，斯特林发动机还可以设计得更加智能化，人性化些。

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参考文献

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[14] 龚益呜，丁明芳.TRIZ——解决创造性问题的理论[J].研究与发展管理，2004，16(1)：

40～43.

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致谢

本设计是在我的指导教师唐文艳老师的悉心指导下完成的。导师具有严肃的科学态度，严谨的治学态度，敏锐的创新思维以及优秀的教学方法，深深地感染和激励着我。从题目的选择到最终完成，唐老师都始终给予我不懈的支持。

在设计过程中，遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。另外，感谢广工图书馆提供许多资料文献免费下载，感谢广工图书馆的支持与帮助。感谢本论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

最后，感谢每一位大学期间教导过我的导师，以及支持帮助我的同学和朋友！ 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！

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致谢

本设计是在我的指导教师唐文艳老师的悉心指导下完成的。导师具有严肃的科学态度，严谨的治学态度，敏锐的创新思维以及优秀的教学方法，深深地感染和激励着我。从题目的选择到最终完成，唐老师都始终给予我不懈的支持。

在设计过程中，遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。另外，感谢广工图书馆提供许多资料文献免费下载，感谢广工图书馆的支持与帮助。感谢本论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

最后，感谢每一位大学期间教导过我的导师，以及支持帮助我的同学和朋友！ 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xjlp.html