雙層滑片回轉運動范文

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摘要

建立雙層滑片運動機構的力學模型，并全面分析其力學特性。能過分析發現，與機械摩擦損失相比，雙層滑片之間相對運動產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，只對強度產生較大影響。從增加強度和便于加工的角度考慮，優化出雙層滑片機構厚度比的適宜值。

關鍵詞：滑片機構；力學特性；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-轉子半徑τ-剪切應力

轉子間的摩擦系數R1、R2-側面約束力ω-轉子的角速度下標

H-滑片軸向長度Rτ1、Rτ2-側面摩擦力c-氣缸

h-滑片徑向長度RG-滑片質心距轉動中心距離F-F滑片

L-滑片伸出槽外的長度R0-滑片F與R間的支反力R-R滑片

m-滑片質量rυ-滑片端部圓弧半徑υ-滑片

M0-滑片F與R間的力矩θ-滑片傾角

p-壓力μ-材料的泊松比

1引言

滑片回轉運動機構具有結構簡單、運轉平穩等優點，廣泛用于壓縮機、液壓泵、真空泵及發動機等機械[1～3]。滑片運動機構的主要缺點是滑片與氣（液）缸內壁之間存在較大的摩擦和磨損，嚴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構原理，轉子上的每個滑片槽內都安放兩塊重疊而又可以相對自由滑動的滑片，轉子旋轉時，滑片靠離心慣性力甩向氣缸內壁，這兩塊滑片的端部都與氣缸內壁保持接觸，形成兩端密封線。由于兩滑片端部均有圓弧過渡，則使兩滑片端部內側形成一個小室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，高壓側的氣體必須克服此油封后才能泄漏到低壓側，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構簡圖

處于同一滑片槽中的兩塊滑片，以轉子旋轉方向為基準，靠前一塊稱為上層滑片（簡稱滑片F），靠后一塊稱為下層滑片（簡稱滑片R），滑片F與R的厚度比是設計雙層滑片機構的關鍵。本文在建立力學模型的基礎上，全面分析雙層滑片運動機構力學特性，優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是雙層滑片機構的隔離體受力分析圖。滑片F和R是面接觸，它們之間的約束力可簡化為作用在質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。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的乘積。滑片周圍流體對其產生的粘性阻力很小，可以忽略。根據達朗伯原理，分別對滑片F及R建立+X、+Y方向的力平衡方程以及對滑片質心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[5]。用高斯消去法對式（1）進行求解，可求出滑片F、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

滑片端部與氣缸內表面之間相對運動產生的摩擦損失為

Lt=f1[FnFρ(ΦF)+FnRρ(ΦR)]ω(2)