首页理论教育建立转子端面摩擦损失功率模型

建立转子端面摩擦损失功率模型

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图4.1转子端面与端盖之间混合润滑示意图小型转子发动机运转时，转子端面与端盖之间发生相对滑动。由于两表面之间的摩擦是混合润滑，转子端面和端盖之间摩擦损失功率由两部分组成，即润滑油和微凸体引起的摩擦损失功率。由转子端面微凸体摩擦力，可得微凸体引起的摩擦力矩，表达式为式中，s为微凸体高度分布跨度区间。式中，为转子发动机曲轴的角速度；右边第一项为油膜的摩擦损失功率，第二项为微凸体的摩擦损失功率。

通常情况下，转子发动机中转子端面上需要设计端面密封装置以保证燃烧室端面密封性能。但是对于小型转子发动机，端面密封装置的设计和加工比较困难，端面密封装置会被略去。这时转子端面与端盖之间间隙要被设计得足够小以保证燃烧室端面密封性能。此时，转子端面与端盖之间易发生混合润滑，如图4.1所示。

pagenumber_ebook=97,pagenumber_book=87

图4.1　转子端面与端盖之间混合润滑示意图

小型转子发动机运转时，转子端面与端盖之间发生相对滑动。由于两表面之间的摩擦是混合润滑，转子端面和端盖之间摩擦损失功率由两部分组成，即润滑油和微凸体引起的摩擦损失功率。对于润滑油的摩擦损失功率，由转子端面相对端盖的滑动速度、润滑油黏度和两表面之间间隙得出润滑油的摩擦力决定。摩擦力与力臂的叉积即为转子端面润滑油引起的摩擦力矩：

式中，Ro为转子端面等效外圆半径；R为创成半径Ri为转子端面等效内圆半径； pagenumber_ebook=97,pagenumber_book=87 为转子自转角速度；ε为转子端面与端盖之间间隙；μ为润滑剂黏度，黏度受温度和压力影响，其关系式为

pagenumber_ebook=97,pagenumber_book=87

式中，μ0为一个标准大气压下温度为T0时润滑油的黏度；T为当地温度；T0为标准大气压下的温度；Ph为转子端面与端盖之间的油膜压力。

混合润滑情况下，除油膜力作用于摩擦副外，微凸体也相互接触产生接触压力。根据Greenwood和Tripp提出的理论，在弹性情况下，微凸体接触压力为[1，2]

式中，K为表面形貌综合系数，由微凸体顶部曲率半径、微凸体密度和粗糙度共同决定；E′为综合弹性模量，与两表面材料的弹性模量和泊松比相关；F2.5（H）为计算接触压力的微凸体高度概率分布函数；H为膜厚比。综合弹性模量与两表面的弹性模量关系如下：

pagenumber_ebook=98,pagenumber_book=88

式中，E1和E2分别为密封片和气缸材料的弹性模量；v1和v2分别为密封片和气缸材料的泊松比；u为表面凸起高度分布跨度区间。

当n=2.5时，可拟合成以下函数，本书假设微凸体的高度服从高斯分布[3]，F2.5（H）为

pagenumber_ebook=98,pagenumber_book=88

式中，A为凸体分布函数拟合系数。转子端面与端盖之间发生相对滑动时，微凸体相互滑动会产生摩擦力，该摩擦力表达式为

式中，τ0为表面微凸体剪切强度；α0为边界润滑情况下的摩擦系数；Faspr为转子端面与端盖之间微凸体接触压力；Acr为转子端面与端盖实际接触面积，其表达式为

式中，γ为微凸体分布密度； pagenumber_ebook=98,pagenumber_book=88 -为微凸体顶部曲率半径；σ为综合粗糙度；F2（H）为计算接触面积的微凸体高度概率分布函数[4]：

pagenumber_ebook=98,pagenumber_book=88

式中，s为微凸体高度分布跨度区间。

由转子端面微凸体摩擦力，可得微凸体引起的摩擦力矩，表达式为

依据转子端面与端盖之间油膜和微凸体的摩擦力矩，得出转子端面的摩擦损失功率为

式中， pagenumber_ebook=98,pagenumber_book=88 为转子发动机曲轴的角速度；右边第一项为油膜的摩擦损失功率，第二项为微凸体的摩擦损失功率。