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如何计算摩擦力矩？

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：转子发动机的摩擦力主要来自密封片与气缸壁之间的径向摩擦力和转子端面与前后端盖的端面摩擦力。图8.10密封片径向惯性力密封片处于型面的长轴和短轴时，FR分别为最大和最小。从图8.11可以看出，由密封片径向合力产生的摩擦阻力矩在一个循环存在三次峰值。图8.11径向合力产生的摩擦阻力矩图8.11径向合力产生的摩擦阻力矩

转子发动机的摩擦力主要来自密封片与气缸壁之间的径向摩擦力和转子端面与前后端盖的端面摩擦力。

密封片的径向合力为

式中，PgB为密封片的底部气体压力；FR为密封片的径向惯性力；Fs为弹簧力；PgT为密封片的顶部气体压力；Fm为密封片侧面槽壁摩擦力。

1.密封片所受的气体作用力

发动机在运转过程中，密封片时刻受到气体力的作用。当位于上止点时，其受力情况如图8.6所示。从图8.6可以看出其顶部、侧面和底部受力方向，侧面与底部气压大小受侧隙的影响。

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图8.5　气体阻力矩

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图8.6　密封片所受作用力

顶部所受气体压力PgT为

底部所受气体压力PgB为

式中，p1为低压工作室的压力；p2为高压工作室的压力；a为密封片顶部圆弧半径；l为密封片的长度；b为密封片的厚度；φ为摆动角；kB为密封片底部气压降低系数。

单个密封片顶部气体压力的仿真结果如图8.7所示。

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图8.7　密封片顶部气体压力的仿真结果

同理，可以得到单个密封片底部气体压力的变化规律，如图8.8所示。

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图8.8　单个密封片底部气体压力的变化规律

由于转子发动机有三个密封片，每个密封片的气体压力会对偏心轴产生阻力矩，将三个密封片对偏心轴产生的阻力矩进行计算，可以得到密封片顶部和底部气体压力产生的摩擦力矩，如图8.9所示。

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图8.9　密封片顶部和底部气体压力产生的摩擦力矩

2.密封片所受的径向惯性力

密封片所受径向惯性力FR（图8.10）为

式中，m为密封片的质量；aR为密封片的径向加速度，其方向是离心为正，反之为负。

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图8.10　密封片径向惯性力

密封片处于型面的长轴和短轴时，FR分别为最大和最小。

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通常，转子发动机的设计参数K＜9，所以，FRmax为正，FRmin为负。这意味着，在转子发动机运转过程中，密封片所受的惯性力大小和方向都会变化。

3.弹簧力

径向密封片弹簧的作用是使密封片能够始终压紧气缸型面，起密封作用，尤其在启动和低转速时，漏气时间长，致使漏气量大，因此密封作用更为重要。

弹簧力FS应该克服密封片的向心惯性力FR，保证密封片与气缸型面贴合。而且密封片磨损后仍需保持足够弹力，要克服密封片与片槽的摩擦力和密封片的向心惯性力，所以密封片弹簧的弹力应该稍大于密封片的向心惯性力FR。

4.计算结果

综上分析，建模计算得到的仿真结果如图8.11所示。从图8.11可以看出，由密封片径向合力产生的摩擦阻力矩在一个循环（偏心轴转角从0到6π）存在三次峰值。

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图8.11　径向合力产生的摩擦阻力矩