斯特林引擎小车制作

制作斯特林小车模型（玻璃球）製作方法説明（1）斯特林小车①接下来制作斯特林小车。

虽然看起来挺难的，但是因为分成发动机部分和车体部分，就简单了。

②加热试管的前端，反复晃动玻璃球来完成斯特林小车。

③接着把链环和车轮通过链杆连接起来，斯特林小车就完成了。

（2）一起看一下材料①就用这些零件就可以完成斯特林小车；②首先检查一下零件。

因为有很多小的零件，请不要弄丢。

③因为有使用工具加工的零件，所以注意不要受伤。

1.制作发动机的基本形式（3）切断树脂管①把一头成锥状的树脂管拿出来。

②用刀把带标记的两端垂直切断。

③稍微用力可以切断。

④最终要使用在模型中的是中间的部分。

（参考右图）（4）把切好的树脂管插入橡皮塞中。

① 把树脂管的尖端部分插入橡皮塞中。

② 树脂管留出5mm 左右。

（5）在试管中放入玻璃球 试管的规格 ：IWAKI-TE32 长100mm ，内径φ14① 把试管倾斜，放入5个玻璃球。

② 如果考虑到颜色的搭配，也许更有意思。

③ 如果把试管直立起来，放入玻璃球会损坏试管，所以必须倾斜。

（6）将橡胶塞安装于试管口上。

① 将橡胶塞安装于试管口处。

② 用拇指从周边往里塞，很容易塞入。

（7）把注射器和试管用橡胶管连接起来。

①用橡胶管（硅管）把注射器和试管连接起来。

②至此发动机的基本形式完成了。

③试着试验一下是否能动。

这样发动机的基本型式就完成了。

清点一下零件数量。

①试管②玻璃球5个③橡胶塞④树脂管⑤橡胶管⑥注射器＊试验一下是否能动试着用酒精灯加热试管的前端，并使玻璃球前后移动。

配合这注射器内空气的膨胀—收缩来移动。

空气虽然用肉眼看不见，的确受热膨胀，冷却收缩。

这就是发动机的基本原理。

図８试验的照片2．制作车体（８）在连接棒上开孔①距连接棒的前端5mm的地方，各开一个φ3mm的孔。

（９）在连接棒上连接上有孔玻璃珠①在孔中放入有孔玻璃珠（小）这时，要使有孔玻璃珠的孔和连接棒垂直，用快速粘合剂固定。

②有孔玻璃珠较小，请慎重安装③在有孔玻璃珠的周围有少量快速粘合剂流出是关键。

基于CATIA与ADAMS的斯特林发动机小车设计与仿真袁伟光;何伟康【摘要】斯特林发动机作为一种外部加热的闭式循环发动机,其优点和缺点都尤为突出,在发电、水下动力等领域应用较为广泛,但是在汽车动力应用上还存在较多难点.本文根据斯特林发动机基本原理设计出了以斯特林发动机作为动力源的动力小车,主要结构包括:车架、原动机构、传动机构、行走机构等.并利用仿真软件CATIA 与ADAMS建立了动力小车的仿真模型,分析小车发动机的驱动力、活塞的位移速度、小车的行驶速度等参数,模拟了小车及发动机的实际运动状况.【期刊名称】《南方农机》【年(卷),期】2015(046)012【总页数】2页(P56-57)【关键词】CATIA;ADAMS;斯特林发动机;小车;仿真【作者】袁伟光;何伟康【作者单位】上海电机学院,上海 200245;上海电机学院,上海 200245【正文语种】中文【中图分类】U464.9+2首先对动力小车的功能进行分析，小车需要完成热能到机械能的转换驱动[1]。

自身行驶。

在此为了方便设计，根据小车所要完成的功能划分为四个进行模块化设计（车架、原动机构、传动机构、行走机构）。

为了得到令人满意的方案，采用扩展型架构设计每一个模块，寻找多种可行的方案和构思，设计方案如图1所示。

根据方案分析，斯特林发动机的能量损耗少，效率高，故小车的原动机构采用斯特林发动机。

车架的功能是用于原动部分、驱动部分和行走部分的连接和固定，所以不需要承受很大的力，精度的要求也较低，车架的材料选用长宽厚为320mm×180mm×3mm的铝合金板。

传动机构选用齿轮，可以提高小车的传递效率的同时使小车的结构紧凑。

行走机构采用前轴单轮，后轴双轮。

小车整体的结构是“发动机前置双后轮驱动”，动力小车总体结构如图2所示。

CATIA是法国达索公司最新推出的三维参数化设计软件，可以用它进行三维机械设计、机械制造和工程分析等，它具有统一的用户界面、数据管理和应用程序接口，吸收并综合了其他优秀三维软件的特点。

制作热声效应斯特林引擎十九世纪的吹玻璃工人，偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音，这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。

一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量，只不过以空气作为传递的媒介。

热声效应的原理空气振动形成声音，声音发生时，为方便讨论，将传播声音的空气分成无数小块空气，应用牛顿力学来分析空气振动的情形，会得到声音的波动方程式，此方程式的解显示：声音传播时，各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。

如果小块空气被压缩后，再被加热膨胀，对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先被冷却，再被压缩，作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。

虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功，而是对周围空气作功，事实上也完成了工作流体加热后膨胀，冷却后被压缩的热机循环，把热能转换成声音振动的能量，增加声音的强度，此即所谓“热声效应”。

凡是利用工作流体在冷、热区间移动，执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功，膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环，这样的机构都被归类为斯特林引擎。

利用热声效应把热能转换成机械能的装置，也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ，热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行波(traveling wave)两种。

驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎，基本上是一端闭口，一端开口的管状共振腔，在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack)，热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。

热片堆在靠近闭端温度较高，另一端温度较低，于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。

当驻波发生时，热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移，而被压缩，同时移向热片堆较高温处，该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分，会被热片堆加热，使得温度升高，随即膨胀对周围空气做较大的正功，驻波的能量于是加大，小块空气也随着膨胀，同时移至热片堆的冷端，当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时，此小块空气已先被较低温的热片堆冷却，只消耗较少的声波能量即可被压缩。

⾃制斯特林发动机制作教程及斯特林发动机原理、图纸⼀杯咖啡不能化⾝为⼀杯汽油，但是它⼀样可以⽤来驱动⼀个发动机，只不过这个发动机有点特别，是⽤硬纸板做成的⼩型发动机，当然也不是全部⽤硬纸板做成，还包括黄⾦冲件，激光切割的铝⽚，低摩擦的塑料轴承以及弹性钢丝。

来⾃德国⼀家叫作Astromedia，以⽣产硬纸板⼩发明和⼩玩意为主的公司。

这个能在⼀杯热咖啡上就能转起来的发动机，正是斯特林发动机（Stirling engine），由于能源，环境和可持续发展等⼈类问题的影响，⼈们开始热衷发展斯特林发动机，由Robert Stirling（罗伯特斯特林）在1816年发明的外燃发动机。

前不久我们⽹络⽂摘收过⼀篇⽂章，讲著名的发明家Dean Kamen（Segway的发明者）也在挪威成⽴⼀个公司，投⾝于他的下⼀个⼤项⽬，就是使⽤斯特林发动机的交通⼯具的计划。

斯特林发动机是活塞式热⽓发动机，在外部加热密封⽓室，⾥⾯的⽓体（氢⽓或氦⽓）膨胀推动活塞做功，膨胀后的⽓体在冷⽓室冷却，然后进⼊下⼀个流程。

同样只要有⼀定值的温度差存在，都可以形成斯特林发动机，⽐如上⾯这个咖啡杯上的斯特林发动机，如果下⾯是冰块，它也能转起来，⽽且⽐⾥⾯是热咖啡（或热⽔）还要持久，⼀个⼩时左右。

斯特林发动机可以使⽤多种的燃料，各种可燃⽓体估计是最佳材料，Dean Kamen还⽤⽜粪来作过燃料。

⽽且排⽓洁净，还有⼀个优势相对于内燃机来说，因为没有⽓体爆炸，所以⼤⼤降低了噪⾳污染。

这个“玩意”是不是设计也没什么值得讨论的，以前⼈们总是很难分辨设计师或者发明家，但现在来说好像⾜够分明了，设计师是明星，艺术家……，⽽在国内发明家基本都是农民。

如果你既是设计师，⼜是发明家，那么肯定会得到更多⼈的敬佩(⼈⼈喜欢hardcore)，如果你还有商业头脑，那你就是下⼀个Dyson了。

虽然说学科细分很难让普通⼈精通⼏般武艺，但这不是100%的，因为⼀⽅⾯设计本来就是知识⾯⼴泛的学科，有深⼊钻研的机会，另外还有想成为⾮普通⼈的普通⼈呢。

斯特林发动机小汽车的设计与制作毕业论文高职部毕业设计作者：学号：专业：班级：题目：组合零件的设计与加工斯特林发动机小汽车的设计与制作指导者：高级实习指导教师2016年06月摘要数控技术及数控机床在当今制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、以及生产方式带来了革命性的变化。

在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格，不仅要考虑到数控程序的编写，还要考虑到诸如零件加工的工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件图纸和技术要求进行详细的分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及编程的难易程度。

运用Pro/E软件和AutoCAD 软件进行模型的设计，完成模型的零件图和装配图的绘制。

并根据相应的图纸在车工和钳工车间进行模型零件的实体加工和装配。

关键词：设计；加工；使用说明目录摘要 ................................................................................................................................. I II 1 绪论 .. 01.1 作品简介 01.2 斯特林发动机特点 (1)1.3 斯特林发动机优缺点 (1)2 汽车传动系统设计 (3)2.1 汽车底盘设计 (3)2.1.1主要设计思路 (3)2.2 传动飞轮机架的设计 (3)2.2.1主要设计思路 (3)2.3 小汽车模型所需要的标准件 (4)2.3.1汽车车轮主要设计思路 (4)2.3.2热燃缸和配气缸主要设计思路 (5)2.3.3螺栓和螺母标准件 (6)3 斯特林小汽车零件的实体加工 (8)3.1 汽车底盘的加工 (8)3.2 飞轮加工 (8)3.3曲柄连杆加工 (10)4 小汽车的使用说明 (11)4.1安全注意事项 (11)4.2安装使用方法 (11)结论 (12)参考文献 (13)致谢 (14)1 绪论数控技术，即采用电脑程序控制机器的方法，按工作人员事先编好的程序对机械零件进行加工的过程。

自制饮料罐斯特林发动机详细教程这里要介绍的是用饮料罐自制的方法，供大家参考。

用饮料罐做的斯特林发动机使用蜡烛作为热源，就能转动得很好。

这种发动机可以由非常简单的材料制成，包括1个饮料罐，1个气球，一些木板等。

第1步，材料的准备和加工要制作一个饮料罐斯特林发动机，你需要如下材料：10毫米厚的木板;10毫米厚的巴尔沙(轻木，做航模用的);1.5毫米直径的金属丝;钓鱼线;1个气球;5毫米边长的正方形木条;2个图钉;1个曲别针;粘土;1个200毫升的铁罐;硬纸板;蜡烛;钉子(或木螺钉);橡皮筋。

需要如下工具：钳子、剪子、锯、木胶、快干胶，润滑油。

如下图所示，这种发动机结构非常简单。

它主要由木头框架，金属丝做的曲轴，铁罐做的气缸体，气球做的隔膜几部分组成。

你可以很容易得到这些材料。

木制的活塞通过鱼线与曲轴联接。

第2步，切割木板如下图，你必须切割两块侧板，2块安装铁罐的木板和1块底板，都要厚10毫米。

你必须在侧板打孔，使曲轴的金属丝能够穿过，且顺滑转动。

第3步，制作木制活塞把几块轻木做的活塞用木胶粘在一起。

用快干胶把一段鱼线粘在活塞的正中。

注意：我用的铁罐的直径大约是50毫米，高度大约100毫米。

如果你使用其它尺寸的罐子，当然活塞的尺寸也要随着改动，活塞与罐子之间留2到3毫米的缝隙就可以了。

第4步，制作隔膜你可以用气球来做隔膜。

如下图所示，剪切气球，并在上面粘贴纸板增加强度。

在正中剪一个小孔，用来穿过鱼线。

注意小孔不可过大，鱼线刚好能穿过即可。

第5步，制作连接木条和曲轴如下图所示，制作2根边长5毫米的方木条，上面穿过曲轴的小孔要比曲轴略粗，保证摩擦力足够小。

用直径1.5毫米的金属丝弯曲成曲轴，可以直接比着木条来弯曲，保证尺寸一致。

第6步，组装隔膜和曲轴系统如下图所示，把隔膜用2个图钉钉在木方底部第7步，组装框架按图示组装框架，要保证曲轴能够非常顺滑地转动。

第8步，组装木活塞和曲轴系统把粘贴在活塞上的鱼线穿过隔膜，系在固定在曲轴上的曲别针上。

就地取材制作斯特林发动机1 工具和材料1.1 材料○ 移气器气缸，其中一个是有锥形底的契形罐，组装在一起○ 两个空的不锈钢汤罐，至少一个拥有锥形底○ 移气器○ 可以刚好被移气缸无摩擦纳住的铝制饮料罐。

○ 两个薄的金属碟片（例如食物罐的盖子）○ 动力活塞缸○ 铜管或者青铜管，尽量圆，约40-50mm长○ 动力活塞○ 飞轮○ 具有较低摩擦系数的球轴承○ CD片，或者其他类似的圆片，制备轮圈○ 硬币（配重）○ 横梁○ 金属片或者木头（12”厚），要保证足够厚，有一定刚度○引擎支架○ 支撑小木头（1”×1/2”也可以稍大），至少24”(600mm)长○ 一块木头作为支承座，至少12"长4"宽（300 x 100mm）其他○ 青铜管（内径1/8”）、不锈钢丝（直径1/8”）-每个约12”长（上述值并不需要非常精确，只需要不锈钢丝可以在管内可以紧贴滑行）○ 衣架铁丝○ 两个接线端子○ JB环氧胶○ 快干环氧胶（例如Araldite）1.2 工具必要工具● 钢锯● 电钻● 木工锯特别工具● 可以打磨去料的抛光工具2 设计γ型斯特林引擎（伪爱因斯坦说：γ型斯特林引擎——具有两个独立气缸，其中一缸中配备动力活塞，一缸配备移气器）的“核心”乃是一个大的移气缸纳住一个移气器（也可以称作转换器，是斯特林引擎的核心装备），该移气缸与另一个动力缸连通，动力活塞缸同时还纳住一个动力活塞，动力活塞通过一系列传动装置，反过来再为移气器提供动力。

在曲柄设计中，我采用了Darryl Boyd’s设计，加入了一个“平衡木”的系统。

利用该平衡木可以实现动力活塞和移气器的动力转换。

不是多新奇或者多巧妙，仅仅是因为……我手上就那点材料，而且看起来效果也可圈可点。

踏破铁鞋，蓦然发现，铝制易拉罐可以与不锈钢的汤罐配合的很好。

因此移气缸我决定选用不锈钢汤罐，而移气器则使用铝制的饮料罐，至于理由嘛，便宜（重点）、轻便、易安装。

易拉罐制作斯特林发动机斯特林发动机大致分为四类，α，β，γ，和自由活塞四种，今天要做的是γ型。

具体工作方式可以在网上自己查一下。

α型β型γ型自由活塞材料准备：工具准备：零件制作：1.支架制作：1.1在易拉罐的侧面开一个大孔1.2在上端两侧各开一个小孔，孔径根据铁丝直径确定。

1.3在下端中心点开一个小孔，孔径略大于钢丝直径。

1.4在下端小孔侧面开一个孔，孔径根据笔筒而定。

1.5再在侧面开一个孔，保证带气管可以穿出。

2.活塞缸制作：2.1将易拉罐上部剪掉，剪口尽量平滑，保证密封3.曲轴制作：3.1如图折弯铁丝，两个折弯之间的夹角为90°。

4.曲柄制作：4.1曲柄根据两端的两个孔刚好能穿过铁丝为最佳，在曲柄中间制作一个闪电形折弯方便装配时调整曲柄长度。

5.导气管制作：5.1用火烤一下根据开孔情况折弯成一个Z字形。

6.冷却活塞缸制作：6.1在瓶盖下方钻一个孔，孔径、位置根据笔筒而定。

7.换气活塞制作：7.1将气球嘴剪掉在顶端打个孔，用螺丝和垫片加紧，同时将换气活塞曲柄加紧。

注意垫片尺寸小于饮料瓶盖尺寸。

8.飞轮制作：8.1将螺柱均匀安装在面包板上，光盘的话可以省略。

然后再中间打一个孔可以刚好穿过铁丝。

9.活塞杆的制作：9.1将铁丝这完成一个L形。

插入易拉罐后基本与易拉罐平齐，或者略高于易拉罐。

10.挡片制作：10.1剪两个圆形贴片，在中心打孔，孔径却大于铁丝直径。

垫片外径小于易拉罐直径。

11.活塞制作：11.1将钢丝棉卷成一个圈，尽量紧密适中，外径略大于易拉罐直径。

宽度=易拉罐孔深度—10mm—10mm。

12.挡圈制作：12.1将油笔芯剪成2mm长小段。

组装零件：1.支架组装1.1用AB胶粘接导气管、瓶盖。

1.2将曲轴转过支架上端小孔，同时将曲柄及垫片穿过，将曲柄调整到正确位置。

1.3将飞轮用AB胶粘在曲轴上1.4将垫片用AB胶水粘在活塞杆上，钢丝棉放在两垫片之间。

1.5将活塞杆穿过支架下端小孔，与曲轴连接，然后放入活塞缸，将气球套在瓶盖上。

斯特林发动机制作作品制作过程展示：○1○2○3○4○5○6○7○8○9所需材料：两个易拉罐、一片较厚的泡沫塑料、一根铁线、一个光盘、细线、小刀、一个瓶盖、一根细铁丝，固体胶，打火机，蜡烛，橡皮泥。

工作原理：按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。

配气活塞式热气机，在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动；双作用式热气机，每个气缸内只有一个活塞，兼起配气活塞和动力活塞的作用。

各缸的上部为热腔，下部为冷腔。

各热腔经加热器、回热器和冷却器与邻缸的下部冷腔连接，组成一个动力单元。

如图9当移气器移到最顶点的位置时，底部加热空间最大，此时所产生的压力也最大，当移气器移到最底点的位置时，顶部冷却空间最大，此时所产生的压力也最小，如把动力活塞的曲柄连接到曲轴水平位置最远的地方时可产生最大的扭力，此时可看到连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位呈90度的角度差，该角度称为相位角。

曲柄连接到曲轴水平的位置也决定了引擎旋转方向。

上述的条件为静态环境的结果，当随著引擎的转速、负载、温度及使用气体的不同则会有不同的最佳相位角，一般以90度作为通用的相位角。

如果只有上述的零件，引擎还是不能运转。

因为利用橡皮的膨胀或收缩(图8,9)，并无法让曲轴旋转一整圈。

因此，必须加上一个有旋转惯性的设备，即“飞轮”，才能达成连续的运转。

一般採用的飞轮，最常见的是圆形飞轮，如图10所示。

如果除了惯性需求外，还要考虑平衡问题，则在曲轴旋转面的另一端加一配重物充当飞轮，便可解决平衡问题(图11)。

用易拉罐自制简易斯特林发动机本人以前写的一篇文章，很多网友根据此文制作成功。

斯特林发动机，又称外燃式发动机。

它依靠封闭在气缸内的气体热胀冷缩产生的力工作。

与传统的蒸汽机和内燃机相比，它没有复杂的配气系统，能使用各种能源。

它的工作介质(一般情况下用空气即可)在封闭的气缸内往复流动，既不象蒸汽机那样需要高压水蒸汽和消耗水，也不象内燃机那样爆炸燃烧，因此制作容易，成本低廉，安全环保，作为热机教学内容的知识拓展和辅助教具是很合适的，职业学校的机械班学生自己制作实验，也是很好的项目。

图1 实物图制成的简易斯特林发动机实物图如图1。

工作原理请参看图2和图3：发动机在受到热源加热时，封闭在热置换气缸和动力气缸内的空气，受热膨胀推动动力活塞上升，动力活塞运动时带动曲轴旋转，曲轴带动热置换活塞向上运动，空气穿过热置换活塞流向热置换气缸的热端，继续膨胀推动动力活塞上升;动力活塞上升到上止点时被飞轮的惯性带动通过上止点，此时在冷端经过冷却的热置换活塞已开始向下运动，空气流经低温的热置换活塞到达冷端受冷收缩，拉动力动力活塞下降。

热置换活塞和动力活塞相互配合，使发动机持续运转下去。

图2 斯特林发动机剖面图①热置换气缸②热置换活塞③动力气缸④动力活塞⑤支架⑥曲轴⑦飞轮图3 斯特林发动机工作过程材料和工具：铁质八宝粥易拉罐3个。

自行车辐条3根，要求辐条帽能在辐条杆上自由滑动。

空牙膏管一个。

废旧的光盘3张。

气球一个。

有韧性的泡沫塑料一块(如拖鞋底)。

大头针一个，直径2毫米铁丝20厘米。

透明胶布。

废圆珠笔管。

使用的工具为钳子，剪刀，电烙铁和焊锡(没有电烙铁也可以使用二合一强力胶)，锥子或钻，直尺，圆规。

制作方法：本设计使用的是八宝粥罐易拉罐，因为它的开口是一个大圆形，而饮料易拉罐的开口较小，需要扩口。

文中所给尺寸没有严格要求，并尽量说明设计原理，以便读者可以用其它容器自行设计制作。

一、加工支架易拉罐取一个易拉罐，在距罐口2厘米处左右对称地钻两个孔，孔的直径略大于自行车辐条的直径。

在我们制作斯特林小车的过程中，我们遇到了如下问题：1、在制作车轴的时候，我们使用的是三根轴用两段短的连杆连接，而不是将一根杆拗成三段。

当初这样的设计，是因为我们不知道固定车轴的那个90°垂直板的高度，若是拗的高度超出了垂直固定板的高度，则会阻碍小车的前进，于是便想出了这个方法。

这个方法在理论上是可行的，可是在实际制作中，出现了几个问题：①连杆和轴之间的连接有晃动；②轴和垂直固定板之间的连接有晃动；③垂直固定板由于只用了一个螺丝与小车主板连接，导致垂直固定板会转动。

虽然这些晃动的幅度都比较小，可是会在一定程度上影响小车的前进，尤其是三根轴与两小段连杆之间的晃动，当小车的重量全部丫在主动轮的三根车轴上时，三根车轴就不在一条直线上了，虽然在不承重的时候，即使不在一条直线上的车轴也能带动轮子的转动，可是称重后的车轴还会增大彼此间的摩擦力，导致很难带动轮子的转动。

我们最后想出的对策是：在垂直固定板上装上轴承以减小摩擦力。

但是这需要将垂直板上，原本装车轴的孔打大，以便装轴承，花了很多时间。

2、在我们的设计中，需要有个夹子来固定注射器，因为对这个夹子的要求比较高，又要能固定，又要高度适中，比较难找，所以注射器的固定也成了一个难解决的问题。

一般的晾衣服的夹子没有那么大的口径，夹不住注射器，而夹书本纸张用的铁的长腿夹又不符合注射器的圆筒形状，而且无法固定。

我们最后还是决定：用夹子固定注射器的针筒部位，然后适当垫高其位置。

原来的设计是夹在注射的部位的，一来可以提高注射器的高度，二来也能带动车轴的运转。

可是我们的设计中有个漏洞：若是针筒部位不固定，只靠注射部位固定的话，针筒会左右晃动，根本就无法带动车轮转动。

所以，若是按照原方法制作，则还需要在小车主板上打孔，以此来固定针筒，这样会大大增加我们的工作量，也会浪费很多时间，所以我们最后决定要固定针筒部位。

3、轴与杆之间的固定也有一定的难度。

这个问题虽然没有直接影响到小车的性能，可是在小车前进的过程中，若不解决此问题，会影响其继续前行。

自制简易斯特林发动机刘文白吉林省松原市前郭县教师进修学校 138000斯特林发动机，又称外燃式发动机。

它依靠封闭在气缸内的气体热胀冷缩产生的力工作。

与传统的蒸汽机和内燃机相比，它没有复杂的配气系统，能使用各种能源。

它的工作介质（一般情况下用空气即可）在封闭的气缸内往复流动，既不象蒸汽机那样需要高压水蒸汽和消耗水，也不象内燃机那样爆炸燃烧，因此制作容易，成本低廉，安全环保，作为小学科学课程中热机和能源教学内容的知识拓展和辅助教具是很合适的，学生在二课活动中自己制作实验，也是很好的项目。

制成的简易斯特林发动机实物图如图1。

工作原理请参看图2和图3：发动机在受到热源加热时，封闭在热置换气缸和动力气缸内的空气，受热膨胀推动动力活塞上升，动力活塞运动时带动曲轴旋转，曲轴带动热置换活塞向上运动，空气穿过热置换活塞流向热置换气缸的热端，继续膨胀推动动力活塞上升；动力活塞上升到上止点时被飞轮的惯性带动通过上止点，此时在冷端经过冷却的热置换活塞已开始向下运动，空气流经低温的热置换活塞到达冷端受冷收缩，拉动力动力活塞下降。

热置换活塞和动力活塞相互配合，使发动机持续运转下去。

图1位置图2、图3位置材料和工具：铁质八宝粥易拉罐3个。

自行车辐条3根，要求辐条帽能在辐条杆上自由滑动。

空牙膏管一个。

废旧的光盘3张。

气球一个。

有韧性的泡沫塑料一块（如拖鞋底）。

大头针一个，直径2毫米铁丝20厘米。

透明胶布。

废圆珠笔管。

使用的工具为钳子，剪刀，电烙铁和焊锡（也可以使用二合一强力胶代替），锥子或钻，直尺，圆规。

制作方法：本设计使用的是八宝粥罐易拉罐，因为它的开口是一个大圆形，而饮料易拉罐的开口较小，需要扩口。

文中所给尺寸没有严格要求，并尽量说明设计原理，以便读者可以用其它容器自行设计制作。

一、加工支架易拉罐取一个易拉罐，在距罐口2厘米处左右对称地钻两个孔，孔的直径略大于自行车辐条的直径。

这两个孔是曲轴主轴（参见图1图2图5）运转孔。

制作热声效应斯特林引擎十九世纪的吹玻璃工人，偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音，这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。

一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量，只不过以空气作为传递的媒介。

热声效应的原理空气振动形成声音，声音发生时，为方便讨论，将传播声音的空气分成无数小块空气，应用牛顿力学来分析空气振动的情形，会得到声音的波动方程式，此方程式的解显示：声音传播时，各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。

如果小块空气被压缩后，再被加热膨胀，对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先被冷却，再被压缩，作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。

虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功，而是对周围空气作功，事实上也完成了工作流体加热后膨胀，冷却后被压缩的热机循环，把热能转换成声音振动的能量，增加声音的强度，此即所谓“热声效应”。

凡是利用工作流体在冷、热区间移动，执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功，膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环，这样的机构都被归类为斯特林引擎。

利用热声效应把热能转换成机械能的装置，也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ，热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行波(traveling wave)两种。

驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎，基本上是一端闭口，一端开口的管状共振腔，在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack)，热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。

热片堆在靠近闭端温度较高，另一端温度较低，于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。

当驻波发生时，热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移，而被压缩，同时移向热片堆较高温处，该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分，会被热片堆加热，使得温度升高，随即膨胀对周围空气做较大的正功，驻波的能量于是加大，小块空气也随着膨胀，同时移至热片堆的冷端，当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时，此小块空气已先被较低温的热片堆冷却，只消耗较少的声波能量即可被压缩。

项目名称：斯特林玻璃球小车小组人员：XX XX XX XXX XXX指导教师：XXX时间：2011.12.12一、设计方案的确定在了解了老师所介绍的斯特林发动机原理和多种斯特林发动机设计之后，我们查阅了一些资料，并且根据老师所提供的模型，在多种斯特林引擎应用装置中确定了我们最终的方案：制作玻璃球斯特林小车。

将制作过程分为发动机和车体两部分。

如图，加热试管的前端，反复晃动玻璃球来完成斯特林小车的运动。

通过连杆将车轴与玻璃管连接，实现动力输出。

我们要进行发动机和车体材料的选择和准备。

发动机即玻璃球式斯特林发动机。

需要准备的器材有试管一个、玻璃球若干、橡胶管、注射器。

车体需要的材料有：连杆、车轴、车轮、车底板。

除此之外还需要各种连接零件。

如螺栓、螺母以及轴承等。

最初的设计方案设计图如下：二、各加工零件工程图1、试管固定杆3、底板5、车轴——XX 5090209052三、技术难点1、首先是动力输出问题，一般情况下是依靠试管的来回晃动作为动力，但是老师说动力输出可能不够，于是我们希望利用针筒套管的前后运动，这样效果会比较好。

但是如何将此动力化解为小车的驱动力是需要经过深思熟虑的，况且光靠想象完全不行，更主要的问题在于阻力是不能忽略的。

2、其次是偏心圆的位置计算，这不仅需要结合相关专业知识，而且要与小车的整体布局联系起来。

本小组的偏心圆是通过截断的车轴实现的，所以如果偏心圆半径过小，那么连杆可能带动不了车轴转动，而偏大呢，又会使车轴碰到地面而无法使小车继续前进。

3、连杆连接可以说是小车能否实现行驶的关键所在，这里涉及到自由度问题，要求尽可能地减少自由度，还要保持作用力与前进方向一致。

不仅如此，由于连杆之间的摩擦阻力还是比较大的，实际操作中需要保证连接处光滑，有部分地方需要用到轴承。

4、在使用针筒套管的动力作为小车的驱动力时，需要将针筒活塞底座固定住，所以需要多做一个支架，而且得从这块木板中间挖一个形状大小比较苛刻的圆形将其恰好夹住。

斯特林小车制作方法图1 小车整体结构整体介绍：此型号小车与其他由注射器，试管为发动机主体的斯特林小车的主要区别在于使用了PVC管为车架，既可灵活应用现有的结构，方便组装和调节，又可使结构简单，有效减轻重量。

相关配件：PVC管一根，直角弯头六个，三通一个，PVC管固定卡五个，空中性笔芯若干，自行车辐条若干，锯条若干，车轮四个（酌情增减），胶棒或其它粘结剂若干，粗细铁丝若干，弹簧夹一个，注射器，试管，弹性橡胶管各一个，玻璃球若干，轻质平板一块。

具体步骤：步骤1如图1所示，先将PVC管按设计截成合适长度，与弯头，三通，管卡组成车架（注纵向长PVC管不宜太短，以便留有调节注射器位置的余地，待调整完毕后再酌情截短）。

步骤2将空中性笔芯截适当长度，粘结在车轮安装位置的管卡上，如图2所示。

图 2步骤3将适当长度中性笔芯粘结在试管活塞头部，如图3，并在管卡合适位置粘结适当形状和长度的铁丝，为连接注射器做准备。

图 3如图4用辐条制作长度和弯折适当的曲轴。

图 4步骤5取适当长度锯条，巧妙利用两端圆孔将其通过辐条弯头连接起来，如图5。

然后将较长的一段与弹簧夹相连，如图1，并将其按图1所示固定于车架上。

图5在试管内依次装入弯折成螺旋状的铁丝，玻璃球（以六个为宜），如图6。

再将试管与注射器用弹性橡胶管连接，如图1。

图6步骤7用适当粗细铁丝弯折出一个连接用圆环，以连接较短锯条（图1）与曲轴，如图7（此处宜加一段笔芯，以减小摩擦）图7步骤8将所有部件按图1组装，图中箭头所指不宜固定死，应保证灵活度，以便调节。

将修剪好平板固定在三通形成的平台上，如图8，以便放置酒精灯（注需酌情调整酒精灯或箭头所指管卡高度）。

图8注意事项：曲轴需保证较高的同轴度；锯条与曲轴连接前应先点火并调整发动机使其具有较好的运动性能，然后再将锯条与曲轴上的铁丝（图7）连接，但不应固定，待调整到小车能前进时再固定；如果使用胶棒作为粘结剂，建议使用酒精灯作为加热源，若使用其它火源易使胶变黑。

热能小车设计方案1 选择小车的原动机构设计工作开始前，先选择热能发动机。

我们小组选择斯特林发动机，燃油是浓度为95%酒精，点燃后加热发动机热缸，用手轻轻拨动发动机大飞轮，热缸的活塞连杆带动发动机大飞轮，冷缸的活塞连杆带动发动机小飞轮，小飞轮与大飞轮同轴转动，角速度相同，从而形成酒精灯的热能向飞轮的动能的转化，通过传动将动能传递到驱动轮轮轴上，是驱动轮转动，小车向前运动。

1.1 斯特林发动机的原理斯特林发动机是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。

主要优点：（1）适用于各种能源。

无论是液态的、气态的或固态的燃料，当采用载热系统(如热管)间接加热时，几乎可以使用任何高温热源。

（2）机械噪声与振动较小。

因为斯特林发动机是一种从外部对内部气体工质连续加热使之做功的活塞式往复发动机，燃烧过程中没有柴油机的爆燃现象，燃烧过程平稳，因此发动机的噪声与振动较小。

主要缺点：斯特林发动机由于其自身固有的低功率密度的特点，所以功率较低。

1.2 斯特林小车引擎的分类α型引擎：α型引擎由两个动力活塞构成，具有高压缩比（最大容积/最小容积）和高输出功率的特征。

而且该引擎在1980年实施的月光计划中已经被开发出输出功率为3KW级的引擎。

可见这种引擎的有着很大的潜力和市场开发价值。

β型引擎：β型引擎最大特征是引擎体型小。

但为了保证同轴上的2个活塞获得合适的相位角的同时能够来回往复运动，从而产生了驱动机构复杂化等问题。

γ型引擎：γ型引擎小型化比较困难。

而且结构上由于不能提高压缩比，所以想得到大输出功率也非常困难。

三者比较：（1）结构不同：α型是双缸双活塞式的，两个活塞的上下面百都有压差；β、γ型是配气式结构，其中一个活塞对外做功，称为做功活塞；另一个活塞上下的气体压力几乎相等，不做功，所以叫配气活塞；β度型的是做功活塞和配版气活塞在同一个气缸中，而γ型的是这两个活塞分别在两个不同的气缸中。

简易斯特林发动机手工制作制作材料简单易操作史特灵引擎属於外燃引擎，只要高温热源温度够高，无论是使用太阳能、废热、核原料、牛粪、丙烷、天然气、沼气（甲烷）、丁烷与石油在内的任何燃料，皆可使之运转，不同於必须使用特定燃料的汽油引擎、柴油引擎等内燃引擎。

A.基础篇A1气体的特性如图1把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。

A2移气器如果我们放入一个移气器(Displacer)到容器内(图4)，而这个移气器的直径比容器的内径小一些，当移气器自由上下移动时，即可以把容器内的气体挤下或挤上。

这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。

其原理如下：当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，因此气体受热，压力变大，此压力经由活塞与容器间的空隙传到橡皮，使得橡皮会膨胀(图5)。

相反的，若施以适当的力量把移气器下移，则容器内的气体被挤至容器上端，此时由於容器上端为冷却区，因此气体被冷却，使气体温度降低，压力变小，而使得橡皮会缩收(图5)。

如此，不断使移气器自由上下移动，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。

由此，可知移气器的功用主要在於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。

国立成功大学航太系郑金祥教授把Displacer命名为”移气器”，实在更为贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以为它的作用跟输出功率的动力活塞一样。

A3曲柄机构要让移气器上下移动，只要将移气器与一曲轴连结(图6)。

当曲轴旋转时，移气器就会被带上及带下。

将移气器与曲轴连结完毕之后，在容器底端加热上端冷却，只要用手转动曲轴，使得移气器移上及移下，此时橡皮便会重复膨胀及收缩(图7)。

A4动力活塞橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换为动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。