偏心轴的校核

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1、偏心轴的设计要点引言从 1954 年汪克尔提出的转子基础方案算起,转子发动机在 短短五十多年的发展时间里,相继攻克了缸体波状磨损、缸体局 部过热、密封弹簧失效、机油密封和附件不适应等关键技术1 结构设计从结构上看,偏心轴的两端有前后主轴颈,前后轴端分 别安装有齿轮驱动机油泵和点火机构等。前后主轴颈与前后主轴 承相配,承受着燃气压力的作用,由前后端盖支承;偏心轴颈与偏 心轴承相配,承受着作用于转子的燃气压力和转子的离心惯性力 的作用2 凭借其优越的高速性能,在生产和生活的许多领域得到了相对 广泛的应用,呈现出良好的发展前景。偏心轴（即主轴）是转子发动 机的主要运动零件之一,它的作用相当于往复式发

2、动机的曲轴,以 扭矩的形式输出机械功。偏心轴上安装转子发动机的主要旋转零 部件,如转子、飞轮及平衡块等,这些旋转零件施加在它上面的交 变载荷使之成为整个转子发动机中受到载荷最大同时也是最复 杂的零件。因此,设计具有足够强度的偏心轴是提高转子发动机 工作可靠性和耐久性的关键。转子发动机在运转过程中,由于周 期性变化的气体压力的作用,偏心轴产生周期性变化的弯曲力矩; 由于转子和偏心盘旋转质量及前后平衡块的离心惯性力的作用 而产生弯曲力矩;并且受被驱动装置和辅助装置（如水泵、机油泵、 燃油泵、发电机等）的扭转阻力矩的作用而产生扭转力矩。另外, 由于转子发动机燃烧室的面容比较大,致使偏心轴所受的气体爆

3、 发压力的总压力较大;而且主轴颈必须穿过中空的相位内齿轮,致 使主轴颈直径因受到相位内齿轮齿圈内径的限制而显得细小。因 此,偏心轴受力大而情况复杂、尺寸受到一定限制。3 为了保证转子发动机在较高的动力性能指标下也能可靠和耐 久地工作,主要应从材料的选择、结构设计和热处理工艺等几个 方面做工作。其中,从结构方面提高偏心轴的疲劳强度,是设计偏 心轴的关键。为了合理设计偏心轴,可以从下列几个方面来考虑:4 对自主设计的转子发动机的偏心轴进行了受力分析,并分析了 三种极限受力位置（高速全负荷最高爆发压力位置、低速全负荷 最高爆发压力位置、高速无负荷最高爆发压力位置）偏心轴所受 到的弯曲力矩和最大扭转力

4、矩。5 1）缩短两个主轴承的轴向距离可以有效地提高偏心轴的强度, 增大主轴颈的直径可以提高偏心轴的疲劳强度。由于主轴颈要穿 过相位内齿轮的中孔,增大主轴颈直径,必须计算偏心距 e 是否满 足要求。所以转子发动机的偏心距 e 取值不易过小。2）轴类零件上的轴肩是最容易产生应力集中的位置,因此应尽可 能减少偏心轴上轴肩的数量。如果轴肩的存在不可避免,就应该 在轴肩的位置尽量采用较大的过渡圆角,并采用适当的加工方法, 减小过渡圆角处的表面粗糙度。在工艺上,可以采用毛坯锻造和 表面渗碳等方法加工偏心轴,并滚压圆角,以提高其疲劳强度。3）平衡块的离心惯性力会对偏心轴产生破坏性的弯曲力矩,为了 减小其影响

5、应该尽量减轻缸内的旋转质量。一般采取在偏心盘的 不平衡部分去除材料的方法来达到这一目的。4）在偏心轴上钻孔作为冷却介质的通道,用润滑油和空气的混合 物对偏心轴进行冷却。并在偏心盘上设计润滑油道,使润滑油在 离心力的作用下流向偏心轴承,降低偏心轴的热负荷。5）使偏心轴两端的平衡块尽量靠近主轴承,并对其轴向定位,以减 小离心惯性力对偏心轴所产生的弯曲力矩。6 在低速全负荷最高爆发压力位置,转子发动机的燃烧室单 位转子工作面积的最大法向力 Nmax 达到最大值,其值近似等于 最高爆发压力,其余工作室的气体压力以及偏心轴上的旋转质量 所产生的离心惯性力较小,可以忽略不计。此时后轴段的截面除 受到与前轴

6、段相同的最大弯曲力矩的作用外,还受到最大扭转力 矩的作用。故危险截面位于后轴段的B1-B1或B2-B2处。7 在高速无负荷最高爆发压力位置,气体压力对偏心轴的作用较 小,可以忽略,这时两侧的平衡块对偏心轴的离心惯性力达到最大 值,即偏心轴的主要应力是由旋转质量的离心惯性力所产生的。因为后轴段的平衡块与偏心盘之间的距离较远,所以此时的危险 截面应在后轴段的截面 B1-B1、B2-B2、B3-B3 处。8 在高速全负荷最高爆发压力位置,燃烧室单位转子工作面积的 最大法向力 Nmax 达到最大值,其值近似等于最高爆发压力 pz。 偏心轴旋转质量所产生的离心惯性力也达到最大值,两者的作用 方向相反,起到相互平衡的作用。截面 B3-B3 处由于还受到最大 扭转力矩的作用而成为危险截面。