一种斯特林发电机板弹簧的设计方法,包括以下步骤:步骤S1:搭建板弹簧优化模型:以S与K的比值与Z的值最小为目标搭建了板弹簧优化模型,步骤S2:在满足约束条件下生成初始种群;步骤S3:利用混沌算法对满足约束条件的初始种群进行寻优,步骤S4:利用粒子群算法求解板弹簧最佳参数。本技术即能保证板弹簧性能,又能保证板弹簧的轻量化。
背景技术
自由活塞式斯特林发动机是一种外燃、闭式循环、往复活塞式的能量转换装置,摒除了复杂的传统曲柄连杆结构,有装置结构简单、振动小、噪音小和寿命长等优点。斯特林发电机能够把各种新的替代能源和低品位能源转化成功或电的动力机械装置,能量来源广泛,几乎可以利用现有的所有热源。
斯特林发动机可以分为曲柄连杆式和自由活塞式,其中分别又分为α型、β型和γ型。在β型自由活塞式斯特林发动机中,板弹簧不仅对运动部件(配气活塞和动力活塞)起到径向支撑,保持运动过程活塞与气缸的密封间隙,同时也为活塞的往复振动提供足够的轴向刚度。因此,板弹簧在保证发电机间隙密封,减少摩擦损失,提高整机可靠性及工作寿命方面起到重要的作用。
在设计板弹簧的时候,应保证其质量小,制造简单,装配方便,且具有一定的使用寿命,不仅如此,还要保证斯特林运行过程中板弹簧不发生断裂。板弹簧质量较大会使整个斯特林发电机系统功率下降,并且影响斯特林发电机的运行,降低斯特林发电机的可靠性。因此,要求在保证弹簧刚度和疲劳寿命的前提下,板弹簧的质量要尽可能的轻。板弹簧的轻量化就是在保证板弹簧性能的前提下,尽可能降低板弹簧的整体质量,使得斯特林发动机整体变得更加轻便,在提高装置经济性和便携性的同时,也提高了斯特林发动机的整体性能,对斯特林在航空航天领域的应用上有着很大的意义。
现有广泛引用的板弹簧多为悬臂式的,设计形式多为渐开线型,利用慢走丝工艺在一整框钢片上切出渐开线需要的形状。渐开线的设计对提高板弹簧径轴向刚度比、优化应力分布、适应高频工况、提高斯特林系统整体可靠性上有很大的帮助。如何若既保证板弹簧性能,又保证板弹簧的轻量化,是目前斯特林发电机需要解决的问题。
实现思路