现有的热动力电源多是采用曲柄连杆发动机串联发电机,曲柄连杆发动机功率密度难以提高,导致热动力电源体积质量大、功率密度较低,难以便携化,难以满足野外使用要求。为了解决热动力电源不便于携带的问题,本文创新地提出了一款用于便携式热动力电源的新型摆盘式发动机,该发动机采用万向铰链摆盘式功率传输机构,将气缸平行于发动机轴线周向布置,取消曲轴和曲轴箱,具有结构紧凑、功率密度大的优点。论文主要工作如下:1、万向铰链摆盘发动机结构设计。根据使用需求确定发动机的主要设计指标,给出了基于新型摆盘式功率传输机构的发动机的总体方案,分析了万向铰链摆盘式功率传输机构的工作原理;完成了活塞推杆组、缸体、主轴和摆盘等发动机主要部件的结构设计。2、万向铰链摆盘发动机运动学特性分析。建立了万向铰链摆盘机构的运动学模型,分析了各部件的运动规律;分析发现各运动参数合理,机构运转无冲击,验证了设计的合理性,为动力学建模打下基础;利用Adams进行仿真试验,验证了运动学分析的正确性。3、万向铰链摆盘发动机动力学特性分析。建立基于拉格朗日的功率传输机构的动力学模型,分析了发动机的输出转矩、侧压力、摆盘与直线轴承的接触力,研究了发动机空载与带负载的加速性能,并仿真研究了各动力学参数。结果表明万向铰链摆盘发动机输出转矩较大,侧压力、摆盘与直线轴承的接触力较小,具有良好的启动性能,结构紧凑功率密度高,满足班组便携式使用需求。4、发动机整机振动特性分析。建立了发动机的自由振动方程,求出整机激振力,进行了整机自由振动和受迫振动分析和仿真试验。以提高能量解耦率为目标,对悬置元件的刚度进行优化;进行时域振动仿真试验,试验结果表明优化设计显著降低了发动机的振动幅值。