载荷和驱动分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图2.3三个工作室的相位关系α1、α2、α3分别表示三个工作室相应的偏心轴转角，它们之间的关系为图2.3三个工作室的相位关系α1、α2、α3分别表示三个工作室相应的偏心轴转角，它们之间的关系为pg1、pg2、pg3分别表示三个工作室相应的气体压力，并分别作用于各自的转子工作面上，各自的总作用力均通过转子中心。

1.转子所受的作用力和力矩

转子承受的总气体压力为三个工作室气体压力的合力。转子三个工作室的气体压力变化规律是相同的，但相位则各自不同。令转子中心与气缸中心的连线（即偏心臂）和气缸型面长轴的夹角表示偏心轴转角，当偏心轴转角为零时，某个工作室处于最大容积位置（压缩始点位置），本章计算规定此位置作为计算初始状态。

令偏心轴转角沿旋转方向为正，并定义计算初始状态处于最大容积位置的工作室为第一工作室。沿转子旋转方向相反的次序，其他两个工作室依次定为第二工作室和第三工作室。三个工作室的相位关系用偏心轴转角表示如图2.3所示。

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图2.3　三个工作室的相位关系

α1、α2、α3分别表示三个工作室相应的偏心轴转角，它们之间的关系为

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pg1、pg2、pg3分别表示三个工作室相应的气体压力，并分别作用于各自的转子工作面上，各自的总作用力（以一集中力表示）均通过转子中心。三个工作室的转子有效工作面的瞬时气体力可以表示为

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式中，Pg1、Pg2、Pg3分别为三个工作室作用于相应转子有效工作面的瞬时气体力；B为气缸宽度；R为创成半径。

由于转子每个工作室的气体压力变化规律相同，只是相位不同，而相互间的相位关系又是固定的，因此pg1、pg2、pg3均用相应偏心轴转角的第一工作室气体压力pg1表示，即

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式中，pg1（α1）为第一工作室在偏心轴转角为α1时的瞬时气体压力；pg1（α1+720°）为第一工作室在偏心轴转角为α1+720°时的瞬时气体压力；pg1（α1+360°）为第一工作室在偏心轴转角为α1+360°时的瞬时气体压力。

在同一时刻，转子三个工作面各自承受的气体压力的大小如式（2.3）所示，各自的气体力方向是垂直于相应转子工作面两相邻端角的连线，并通过转子中心Or，如图2.4所示。三个气体力相互之间的夹角为120°或240°。(https://www.chuimin.cn)

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图2.4　转子所受的气体压力及其合力

由于转子转角与偏心轴转角之比为2∶3，所以当第一工作室的偏心轴转角为α1时，Pg1、Pg2、Pg3与OOr的夹角分别为转子所受的瞬时气体体力的合力为三个工作面瞬时气体力的矢量和，即

2.偏心轴所受作用力和力矩

偏心轴主要受到气体爆发压力Pg、转子组离心力S和轴承的支反力P0。图2.5所示为偏心轴的受力示意图。

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图2.5　偏心轴受力示意图

3.零部件的驱动约束

ADAMS中建立的小型转子发动机运动件简化模型在装配时必须定义与实际情况相符的约束状态。在进行仿真分析前需要添加驱动约束。通过定义驱动，可以使运动部件按照已经约束好的运动规律进行运动。ADAMS中的驱动是以时间为函数的运动约束，通过给定相关部件的旋转速度，可以驱动整个机构按照小型转子发动机应有的规律进行运动，从而可以得到整个机构的运动规律。

ADAMS中提供的驱动约束有两种，一种是约束驱动，另外一种是点驱动。其中约束驱动有两种类型，一种是移动方式，适用于移动副或圆柱副；另一种是转动方式，适用于回转副和圆柱副。本章仿真通过转动方式的驱动约束，定义偏心轴按照小型转子发动机额定转速17 000r/min进行旋转运动，设定仿真时间为一个周期，即t=0.001 06s。计算所采用的坐标系如图2.6所示。

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图2.6　坐标系的选取

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