偏心軸的校核

偏心軸的設(shè)計要點引言從1954年汪克爾提出的轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)方案算起,轉(zhuǎn)子發(fā)動機在短短五十多年的發(fā)展時間里，相繼攻克了缸體波狀磨損、缸體局部過熱、密封彈簧失效、機油密封和附件不適應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計從結(jié)構(gòu)上看,偏心軸的兩端有前后主軸頸，前后軸端分別安裝有齒輪驅(qū)動機油泵和點火機構(gòu)等。前后主軸頸與前后主軸承相配，承受著燃氣壓力的作用，由前后端蓋支承;偏心軸頸與偏心軸承相配，承受著作用于轉(zhuǎn)子的燃氣壓力和轉(zhuǎn)子的離心慣性力的作用憑借其優(yōu)越的高速性能，在生產(chǎn)和生活的許多領(lǐng)域得到了相對廣泛的應(yīng)用，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。偏心軸（即主軸）是轉(zhuǎn)子發(fā)動機的主要運動零件之一，它的作用相當于往復(fù)式發(fā)動機的曲軸，以扭矩的形式輸出機械功。偏心軸上安裝轉(zhuǎn)子發(fā)動機的主要旋轉(zhuǎn)零部件,如轉(zhuǎn)子、飛輪及平衡塊等，這些旋轉(zhuǎn)零件施加在它上面的交變載荷使之成為整個轉(zhuǎn)子發(fā)動機中受到載荷最大同時也是最復(fù)雜的零件。因此，設(shè)計具有足夠強度的偏心軸是提高轉(zhuǎn)子發(fā)動機工作可靠性和耐久性的關(guān)鍵。轉(zhuǎn)子發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中，由于周期性變化的氣體壓力的作用,偏心軸產(chǎn)生周期性變化的彎曲力矩;由于轉(zhuǎn)子和偏心盤旋轉(zhuǎn)質(zhì)量及前后平衡塊的離心慣性力的作用而產(chǎn)生彎曲力矩;并且受被驅(qū)動裝置和輔助裝置（如水泵、機油泵、燃油泵、發(fā)電機等）的扭轉(zhuǎn)阻力矩的作用而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩。另外,由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機燃燒室的面容比較大，致使偏心軸所受的氣體爆發(fā)壓力的總壓力較大;而且主軸頸必須穿過中空的相位內(nèi)齒輪，致使主軸頸直徑因受到相位內(nèi)齒輪齒圈內(nèi)徑的限制而顯得細小。因此,偏心軸受力大而情況復(fù)雜、尺寸受到一定限制。為了保證轉(zhuǎn)子發(fā)動機在較高的動力性能指標下也能可靠和耐久地工作,主要應(yīng)從材料的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱處理工藝等幾個方面做工作。其中，從結(jié)構(gòu)方面提高偏心軸的疲勞強度，是設(shè)計偏心軸的關(guān)鍵。為了合理設(shè)計偏心軸，可以從下列幾個方面來考慮:對自主設(shè)計的轉(zhuǎn)子發(fā)動機的偏心軸進行了受力分析，并分析了三種極限受力位置（高速全負荷最高爆發(fā)壓力位置、低速全負荷最高爆發(fā)壓力位置、高速無負荷最高爆發(fā)壓力位置）偏心軸所受到的彎曲力矩和最大扭轉(zhuǎn)力矩。1）縮短兩個主軸承的軸向距離可以有效地提高偏心軸的強度,增大主軸頸的直徑可以提高偏心軸的疲勞強度。由于主軸頸要穿過相位內(nèi)齒輪的中孔，增大主軸頸直徑，必須計算偏心距e是否滿足要求。所以轉(zhuǎn)子發(fā)動機的偏心距e取值不易過小。2）軸類零件上的軸肩是最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的位置，因此應(yīng)盡可能減少偏心軸上軸肩的數(shù)量。如果軸肩的存在不可避免，就應(yīng)該在軸肩的位置盡量采用較大的過渡圓角，并采用適當?shù)募庸し椒?減小過渡圓角處的表面粗糙度。在工藝上,可以采用毛坯鍛造和表面滲碳等方法加工偏心軸，并滾壓圓角，以提高其疲勞強度。3） 平衡塊的離心慣性力會對偏心軸產(chǎn)生破壞性的彎曲力矩，為了減小其影響應(yīng)該盡量減輕缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。一般采取在偏心盤的不平衡部分去除材料的方法來達到這一目的。4） 在偏心軸上鉆孔作為冷卻介質(zhì)的通道，用潤滑油和空氣的混合物對偏心軸進行冷卻。并在偏心盤上設(shè)計潤滑油道，使?jié)櫥驮陔x心力的作用下流向偏心軸承，降低偏心軸的熱負荷。5） 使偏心軸兩端的平衡塊盡量靠近主軸承，并對其軸向定位，以減小離心慣性力對偏心軸所產(chǎn)生的彎曲力矩。在低速全負荷最高爆發(fā)壓力位置，轉(zhuǎn)子發(fā)動機的燃燒室單位轉(zhuǎn)子工作面積的最大法向力Nmax達到最大值,其值近似等于最高爆發(fā)壓力，其余工作室的氣體壓力以及偏心軸上的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力較小,可以忽略不計。此時后軸段的截面除受到與前軸段相同的最大彎曲力矩的作用外，還受到最大扭轉(zhuǎn)力矩的作用。故危險截面位于后軸段的B1-B1或B2-B2處。在高速無負荷最高爆發(fā)壓力位置，氣體壓力對偏心軸的作用較心可以忽略，這時兩側(cè)的平衡塊對偏心軸的離心慣性力達到最大值，即偏心軸的主要應(yīng)力是由旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心慣性力所產(chǎn)生的。因為后軸段的平衡塊與偏心盤之間的距離較遠，所以此時的危險截面應(yīng)在后軸段的截面B1-B1、B2-B2、B3-B3處。在高速全負荷最高爆發(fā)壓力位置,燃燒室單位轉(zhuǎn)子工作面積的最大法向力Nmax達到最大值,其