我国汽车已突破一亿辆,并保持迅速增长的趋势。汽车消耗了大量石油等不可再生资源,并对环境造成了严重污染。气动发动机是一种利用压缩空气作为动力源,排出尾气无污染的动力装置。本文以绿色人机工程学设计理念为指导,提出一种新型往复式气动发动机结构,并对其进行仿真和试验研究。本文的主要内容如下：(1)针对活塞曲柄连杆结构的不足,提出一种新型活塞往复式气动发动机结构,通过双面齿条与齿轮组成的传动系统输出同方向的旋转动力。设计了单级和两级气动发动机总体方案,并对传动系统中传动轴和齿轮等重要零部件进行计算和校核。(2)根据热力学定律建立单级气动发动机工作过程的数学模型,利用AMESim软件进行仿真研究。分析各项参数对发动机主要性能的影响,为发动机优化设计提供理论依据。(3)建立两级气动发动机数学模型并进行仿真研究,与单级气动发动机主要性能进行对比。针对不同二级气缸缸径进行研究,得到一级气缸和二级气缸的优化组合。(4)设计并构建气动发动机试验台架,对气动发动机进行台架试验。将发动机系统布置在自行车上,利用JACK软件对其进行了人机工效分析和评价。测试了气动自行车的行驶速度、路程和操纵性能,其能量利用率为52.3%。本课题探索了以压缩空气膨胀做功为输出动力的技术方法和改进措施,为新能源汽车的开发研究奠定基础。