摘 要

在汽油直喷发动机缸体内，压力和缸内气流会影响喷入缸体内的燃油喷雾。风洞是研究空气动力学的有效手段，设计一种环形压力风洞平台，用来模拟喷入缸体内的气流场，从而分析燃油喷雾在各条件下受气流的影响，具有重要的研究意义。

环形压力风洞平台由洞体、驱动系统和测量系统组成，其中驱动系统直接影响风洞内气流的流速。本设计中的环形压力风洞较常规风洞，具有体积小、气流压力大的特点。

本文具体研究了环形压力风洞平台的气流驱动装置设计。气流驱动系统主要由风扇段、动力传动装置和电机组成。风扇段包括叶轮和整流罩，叶轮旋转驱动气体流动，整流罩提高叶轮出口的气流的稳定性；动力传动装置采用轴传动，连接叶轮和电机。

气流驱动系统充分利用风洞动力段的三通结构外形，通过简单的支撑设计将风扇段连同传动装置固定在风洞内。由于采用电机外置的方式，主轴与风洞外壁的连接处采用泛塞封的旋转密封方式，该密封方式结构简单、使用方便、性能优良。

关键词：压力风洞；风扇选型；动密封；传动轴

Abstract

In the cylinder of direct injection gasoline engine, pressure and air flow affect the spray significantly when the flue is injected into the cylinder. Wind tunnel is one kind of important research methods about Aerodynamics. One special annular space pressure wind tunnel was designed to simulate the airflow field in the cylinder, and it is use to analysis the influence about air flow to the fuel spray under different condition. This kind of study is essential.

One special annular space pressure wind tunnel is constituted of framework, driving system, and measuring system. And the driving system will directed influence the air flue speed. In this design, the special annular space pressure wind tunnel has the characteristic about small volume and high pressure.

In this paper , the annular space pressure air flow driving system of wind tunnel was designed. The air flow driving system is mainly composed of fan section, transmission of power and electric machine. The fan section include impeller and fairing, the spin of impeller drive the flow of air, the fairing will improve the stability of the air flow; the transmission is the shaft drive transmission, the shaft connects the electric machine and the fan section

The air flow driving system takes advantage of the structure of Three direct Links about the driving section of the wind tunnel, and fixed the fan section and the shaft drive transmission into the wind tunnel using the simple supporting structure. Because the electric machine is placed outside the wind tunnel. The joint between the shaft and the wind tunnel outside wall was rotating sealed by spring energized seal. This kind of seal has simple structure, good performance and convenience to use.

Key Words： Pressure wind tunnel; Fan selection; Motive seal; Transmission shaft

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

第2章 动力装置 2

2.1 动力装置选型 2

2.2 风扇结构设计 3

2.3 风扇理论计算 3

2.3.1 风扇基本转速 3

2.3.2 风扇驱动需求分析 4

2.3.3 风扇受力分析 8

第3章 动力来源 11

3.1 电机选型 11

3.2 电机控制 12

第4章 动力传递装置设计 13

4.1 主轴基本尺寸设计 13

4.2轴承选型 14

4.2.1滚动轴承的类型选型 14

4.2.2按额定静载荷选用轴承 15

4.2.3轴承的配合 18

4.3轴承的轴向紧固装置 18

4.4轴承支撑结构设计 21

4.5大套筒固定结构设计 22

4.6主轴的密封 24

4.7联轴器选型 25

4.8主轴整体结构确定 27

4.9风扇整流罩设计 28

4.10整体传动装置效果图 29

第5章 结论 31

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着第二次工业革命蒸汽机的诞生，发动机技术不断得到发展和完善。未来，以石油为能源的汽油发动机仍将是机械领域重点关注的对象。随着缸内直喷技术在汽油发动机上的优越表现，对该技术的持续发展是目前研究的重点。喷射到发动机缸内的汽油会受到燃油运动的带压力的压力气体作用，相关研究表明这一现象会影响到燃油的燃烧效率等^[1]。为了便于进一步研究此类现象，搭建了一个环形压力风洞实验平台，来模拟直喷汽油发动机缸体中横向气流对汽油喷雾的影响。

风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的设计形式因风洞的应用场合而异^[2]。洞体，它是一个能对模型进行必要测量和观察的实验段。驱动系统，它是提供动力维持流场稳定的装置。测量控制系统，其作用是按预定的试验程序，控制各种阀门，活动部件，模型姿态，并通过天平、压力和温度等传感器，由数据采集与处理系统测得气流参数，模型姿态和有关物理量。