由于气缸的冷热区段温差较大，过大的温差致使气缸产生了极不均匀的热变形。图3.40不同转速下气缸各参点处的轴向变形量从图3.40可以看出，气缸的热变形量是随着发动机转速的增加而增加的。对比图3.40和图3.41可以看出，前后端盖轴向距离变化的趋势与气缸轴向变形基本相同，并且数值变化比较小，这是由于前后端盖的温度较低，所以前后端盖的轴向变形量要小于气缸的轴向变形量。......
2023-06-23
热-机耦合载荷下的变形分析
【摘要】：首先以气缸作为分析对象，分析热-机耦合载荷下的轴向变形，同样以螺栓孔附近点1～11为参考点来表征气缸在轴向方向的变形量。小型转子发动机零部件在热-机耦合载荷下的变形主要是归因于热载荷作用，故气缸和前后端盖的变形趋势和变形原因与热载荷下变形保持一致，只是对应参考点上的变形量数值稍大于热载荷下的变形量。图3.42气缸参考点的轴向变形分布从图3.42可以看出，气缸在热机载荷下的变形量是随着发动机转速的增加而增加的。
首先以气缸作为分析对象，分析热-机耦合载荷下的轴向变形，同样以螺栓孔附近点1～11为参考点来表征气缸在轴向方向的变形量。由于气缸的冷热区段温差较大，过大的温差致使气缸产生了极不均匀的热变形。此外，气缸还受到前后端盖以及螺栓预紧力的共同约束。图3.42所示为气缸参考点的轴向变形分布，将图3.42同图3.12～图3.16中气缸温度场对比，可以看出热-机耦合载荷下气缸的轴向变形同气缸热变形一样是随着温度的增加而增加的。
图3.42 气缸参考点的轴向变形分布
从图3.42可以看出，气缸在热机载荷下的变形量是随着发动机转速的增加而增加的。以17 000r/min为例说明气缸轴向变形分布。
小型转子发动机零部件在热-机耦合载荷下的变形主要是归因于热载荷作用，故气缸和前后端盖的变形趋势和变形原因与热载荷下变形保持一致，只是对应参考点上的变形量数值稍大于热载荷下的变形量。
图3.43所示为前后端盖参考点轴向距离变化分布，对比图3.42和图3.43可以看出，前后端盖轴向距离变化的趋势与气缸轴向变形量基本相同，并且数值变化较小，这是由于前后端盖的温度较低，所以端盖轴向变形量小于气缸轴向变形量。又由于转子经历工质完整的循环过程，各处受力受热相对均匀，因此转子的变形也较为均匀。而前后端盖轴向距离的变化与转子轴向变形之差即为漏气间隙。由此可以知道，造成转子发动机端面漏气面积不均匀最主要的因素是气缸的轴向变形不均匀。
图3.43 前后端盖参考点轴向距离变化分布
同时，由于在转子发动机实际安装过程中，转子和端盖之间预留有5μm的安装间隙，以保证发动机能够正常工作。由于各零部件的轴向变形情况相差较大，在实际工作过程中端面间隙会发生如下变化：在气缸的低温区段，转子的变形大于气缸的变形，即端面间隙会变小；而在气缸的高温区段，转子变形小于气缸的变形，即端面间隙会变大。在发动机工作过程中，假设漏气间隙为定值，绝大部分漏气发生在燃烧阶段，即发生在气缸的高温区段。变形后高温区段转子和前后端盖端面间隙会明显变大，由此可知，变形后的端面漏气量亦会随之增大。
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