雙層滑片回轉(zhuǎn)運動范文

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摘要

建立雙層滑片運動機構(gòu)的力學(xué)模型，并全面分析其力學(xué)特性。能過分析發(fā)現(xiàn)，與機械摩擦損失相比，雙層滑片之間相對運動產(chǎn)生的粘性摩擦損失很小，可以忽略不計；采用雙層滑片能夠明顯改善滑片端部的密封效果，減輕滑片的摩擦磨損，但滑片應(yīng)力有所增加，強度有所降低；厚度比對雙層滑片的受力及摩擦磨損影響很小，只對強度產(chǎn)生較大影響。從增加強度和便于加工的角度考慮，優(yōu)化出雙層滑片機構(gòu)厚度比的適宜值。

關(guān)鍵詞：滑片機構(gòu)；力學(xué)特性；壓縮機

符號表

E-材料的彈性模量pa-小室a的壓力ρΦ-氣缸型線矢徑

e-氣缸型線升程pb-滑片背部壓力Φ-轉(zhuǎn)角或極角

Fn-端部約束力ph-滑片后基元壓力ΦF-F滑片中心線的位置角

Ft-端部摩擦力pq-滑片前基元壓力ΦR-R滑片中心線的位置角

f1、f2-滑片與氣缸、r-轉(zhuǎn)子半徑τ-剪切應(yīng)力

轉(zhuǎn)子間的摩擦系數(shù)R1、R2-側(cè)面約束力ω-轉(zhuǎn)子的角速度下標(biāo)

H-滑片軸向長度Rτ1、Rτ2-側(cè)面摩擦力c-氣缸

h-滑片徑向長度RG-滑片質(zhì)心距轉(zhuǎn)動中心距離F-F滑片

L-滑片伸出槽外的長度R0-滑片F(xiàn)與R間的支反力R-R滑片

m-滑片質(zhì)量rυ-滑片端部圓弧半徑υ-滑片

M0-滑片F(xiàn)與R間的力矩θ-滑片傾角

p-壓力μ-材料的泊松比

1引言

滑片回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，廣泛用于壓縮機、液壓泵、真空泵及發(fā)動機等機械[1～3]。滑片運動機構(gòu)的主要缺點是滑片與氣（液）缸內(nèi)壁之間存在較大的摩擦和磨損，嚴(yán)重阻礙其工作壽命及機械效率的提高。作者研制出的雙層滑片回轉(zhuǎn)運動機械可以在改善滑片端部密封效果的同時，明顯地降低滑片的摩擦和磨損[4]。圖1示意出雙層滑片壓縮機的結(jié)構(gòu)原理，轉(zhuǎn)子上的每個滑片槽內(nèi)都安放兩塊重疊而又可以相對自由滑動的滑片，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，滑片靠離心慣性力甩向氣缸內(nèi)壁，這兩塊滑片的端部都與氣缸內(nèi)壁保持接觸，形成兩端密封線。由于兩滑片端部均有圓弧過渡，則使兩滑片端部內(nèi)側(cè)形成一個小室a，通過滑片在氣缸壁上刮油和兩滑片接合縫隙的泄漏，在壓縮機起動很短時間內(nèi)小室a就會充滿潤滑油，在滑片端部兩道密封線之間形成油封，高壓側(cè)的氣體必須克服此油封后才能泄漏到低壓側(cè)，這樣就大大降低了滑片端部的泄漏損失。同時氣缸壁對滑片端部的正約束力也由兩塊滑片一起隨，減少了正約束力的幅值，使滑片端部的磨損均勻，磨損量降低。

1-轉(zhuǎn)子2-氣缸3-滑片4-吸氣口5-排氣閥

圖1雙層滑片壓縮機的結(jié)構(gòu)簡圖

處于同一滑片槽中的兩塊滑片，以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向為基準(zhǔn)，靠前一塊稱為上層滑片（簡稱滑片F(xiàn)），靠后一塊稱為下層滑片（簡稱滑片R），滑片F(xiàn)與R的厚度比是設(shè)計雙層滑片機構(gòu)的關(guān)鍵。本文在建立力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，全面分析雙層滑片運動機構(gòu)力學(xué)特性，優(yōu)化出雙層滑片機械厚度比的適宜值。

2受力及摩擦分析

2.1受力分析

圖2是雙層滑片機構(gòu)的隔離體受力分析圖。滑片F(xiàn)和R是面接觸，它們之間的約束力可簡化為作用在質(zhì)心處的一個集中力和一個力矩，方向如圖2所示為正，反之為負(fù)。氣缸型線采用簡諧型線[5]，即ρ（Φ）=r+esin2Φ。以雙層滑片分界線與氣缸內(nèi)表面交點所處的角度Φ作為滑片的位置角。

圖2雙層滑片機構(gòu)的隔離體受力分析圖

按照庫侖摩擦定律，滑片與氣缸及滑片槽之間的摩擦力等于其間的正約束力與摩擦系數(shù)的乘積。滑片周圍流體對其產(chǎn)生的粘性阻力很小，可以忽略。根據(jù)達(dá)朗伯原理，分別對滑片F(xiàn)及R建立+X、+Y方向的力平衡方程以及對滑片質(zhì)心G的力矩平衡方程。于是式中：；；；FeYF=-mFrω2sinθ；FeYR=-mRrω2sinθ；FrF=-mFafF；FrR=-mRarR；FkF=-2mFωυRf；FkR=-2mRωυrR；FbF=pbBFH；FbR=pbBRH；FdF=(pq+pa)BFH/2；FdR=(ph+pa)BRH/2；FpF=pqLFH；FpR=phLRH；

ΨF=tg-1[eωsin2ΦF/ρ(ΦF)]；aF=ΨF+sin-1[rsinθ/ρ(ΦF)]；ΨR=tg-1[eωsin2ΦR/ρ(ΦR)]；aR=ΨR+sin-1[rsinθ/ρ(ΦR)]。

滑片的運動速度υr和加速度ar慣性力及氣體力的分析詳見文獻(xiàn)[5]。用高斯消去法對式（1）進(jìn)行求解，可求出滑片F(xiàn)、R的端部與缸壁之間的法向反力及其它約束力與力矩。

2.2摩擦損失的比較

滑片端部與氣缸內(nèi)表面之間相對運動產(chǎn)生的摩擦損失為

Lt=f1[FnFρ(ΦF)+FnRρ(ΦR)]ω(2)