专利摘要

本发明公开的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，属于微小型发动机领域。本发明包括如下步骤：步骤一：分析径向密封片做平面复合运动轨迹，建立密封片和气缸内壁之间油膜法向力、微凸体法向力和其他所受载荷之间的拟静力学平衡方程；步骤二：建立油膜法向力与油膜厚度之间关系，建立微凸体法向力与油膜厚度之间关系；步骤三：调整油膜厚度，根据油膜厚度确定油膜法向力、微凸体法向力；步骤四：确定径向密封片和气缸内壁之间油膜切向力和微凸体切向力；步骤五：确定径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失；根据步骤五确定的径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失，指导微小型转子发动机径向密封片设计和工程应用，解决实际工程问题。

权利要求

1.一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：分析径向密封片做平面复合运动的轨迹，建立密封片和气缸内壁之间油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp和其他所受载荷之间的拟静力学平衡方程，如下式所示

其中，Fspr为弹簧片预紧力；FPb为密封片底部所受气体力；Pla为引导燃烧室气体压力；Pta为跟随燃烧室气体压力；θ为引导侧油膜浸润角；θt为跟随侧油膜浸润角；Rs为密封片顶端曲率半径；Ph为油膜产生的法向压力；Fasp为微凸体产生的法向压力；B为密封片厚度；M为密封片质量；Rcη,Rcξ为密封片的质心坐标；aox和aoy为径向密封片的惯性力，α表示为曲轴转角，α是β的三倍；

根据拟静力学平衡方程求取径向密封片除油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp之外其他所受载荷，其他所受载荷如下式所示

步骤二：建立油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系，并建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系；

步骤三：调整油膜厚度h实现间油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp和其他所受载荷之间的拟静力学平衡，进而根据油膜厚度h确定油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp；

步骤四：确定径向密封片和气缸内壁之间油膜切向力τh和微凸体切向力F0；

步骤五：根据步骤四中确定的油膜切向力τh和微凸体切向力F0，确定径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失；

径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失为

其中：θl为引导侧油膜浸润角；θt为跟随侧油膜浸润角；Rs为密封片顶端曲率半径；B为密封片厚度。

2.如权利要求1所述的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，其特征在于：步骤六：根据步骤五确定的径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失，指导微小型转子发动机径向密封片设计和工程应用，解决实际工程问题。

3.如权利要求1或2所述的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，其特征在于：步骤二具体实现方法为，

步骤2.1：建立油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系；

考虑粗糙度对密封片和气缸之间润滑状态的影响，采用平均雷诺方程，建立微小型转子发动机径向密封片和气缸内壁之间的混合润滑模型，所述的混合润滑模型即为油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系；

其中，φx为压力流量因子，φs为剪切量因子，φc是接触因子，h为油膜厚度，μ为润滑剂黏度，U为密封片相对于气缸的速度，σ为综合粗糙度t为时间；Ph为油膜压力；

步骤2.2：建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系；

径向密封片和气缸内壁之间的微凸体法向力Fasp为，

Fasp＝KE′F2.5(H)

上式即建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系；

其中：K是由粗糙度决定的综合参数，E'为两者材料的总和弹性模量，H为油膜厚度h与综合粗糙度σ的比值；F2.5(H)为描述径向密封片和气缸之间的粗糙峰分布的函数，

其中，A为系数，z为指数。

4.如权利要求3所述的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，其特征在于：步骤2.2中粗糙度决定的综合参数K选1.198×10-4；系数A选4.4068×10-5，指数z选6.804。

5.如权利要求1或2所述的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，其特征在于：步骤四具体实现方法为，

步骤4.1：确定径向密封片和气缸内壁之间油膜切向力τh；

径向密封片和气缸内壁之间的油膜切向力为

其中：τh为油膜产生的切向力，φf、φfs和φfp分别表示相关参数；其公式如下：

φfp＝1.14e-0.66H H＞0.75

其中，z＝H/3，N＝z{z[132+z(M+345)]}-55，M＝z{z[z(60+147z)-405]-160}

步骤4.2：确定径向密封片和气缸内壁之间微凸体切向力F0；

径向密封片和气缸内壁之间的微凸体切向力F0为：

F0＝τ0Ac+a0Fasp

其中F0密封片产生的切向力，τ0为微凸体的剪切强度，Ac为实际接触面积，a0为边界摩擦系数；其中实际接触面积公式如下：

Ac＝π2(ηβσ)2F2(H) 。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微小型转子发动机径向密封片的预测方法，属于微小型发动机领域。

背景技术

随着便携设备和小型无人机等装备的迅速发展，微小型的动力和能源系统表现出巨大的市场和应用。转子发动机结构简单、运转稳定、振动小、易于微小型化，因而得到了广泛的关注。

微小型转子发动机由于燃烧室小，燃烧难以组织。另外面容比大，气缸温度容易损失，导致气缸温度低进而导致火焰容易发生焠熄，面容比大还会造成热量损失严重。因此微小型转子发动机的指示功率比较低。

为了减小体质和质量，微小型转子发动机往往略去润滑系统。这种情况下润滑油必须首先混入燃料中，通过燃料的摄入进而达到燃烧室，这样润滑方式的效果一般比具有润滑系统的润滑效果差，但是目前这种情况下径向密封片和气缸内壁之间的机械损失难以测量和计算。因此提出一种预测微小型转子发动机中径向密封片和内壁之间摩擦损失的方法很有必要。

发明内容

本发明公开的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，要解决的技术问题为实现对微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，包括如下步骤：

步骤一：分析径向密封片做平面复合运动的轨迹，建立密封片和气缸内壁之间油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp和其他所受载荷之间的拟静力学平衡方程，如下式所示

其中，Fspr为弹簧片预紧力；FPb为密封片底部所受气体力；Pla为引导燃烧室气体压力；Pta为跟随燃烧室气体压力；θ为引导侧油膜浸润角；θt为跟随侧油膜浸润角；Rs为密封片顶端曲率半径；Ph为油膜产生的法向压力；Fasp为微凸体产生的法向压力；B为密封片厚度；M为密封片质量；Rcη,Rcξ为密封片的质心坐标。aox和aoy为径向密封片的惯性力，α表示为曲轴转角，α是β的三倍。

根据拟静力学平衡方程求取径向密封片除油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp之外其他所受载荷，其他所受载荷如下式所示

步骤二：建立油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系，并建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系。

步骤2.1：建立油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系。

考虑粗糙度对密封片和气缸之间润滑状态的影响，采用平均雷诺方程，建立微小型转子发动机径向密封片和气缸内壁之间的混合润滑模型，所述的混合润滑模型即为油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系。

其中，φx为压力流量因子，φs为剪切量因子，φc是接触因子，h为油膜厚度，μ为润滑剂黏度，U为密封片相对于气缸的速度，σ为综合粗糙度t为时间。Ph为油膜压力。

步骤2.2：建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系。

径向密封片和气缸内壁之间的微凸体法向力Fasp为，

Fasp＝KE′F2.5(H)

上式即建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系。

其中：K是由粗糙度决定的综合参数，E'为两者材料的总和弹性模量，H为油膜厚度h与综合粗糙度σ的比值。F2.5(H)为描述径向密封片和气缸之间的粗糙峰分布的函数，

其中，A为系数，z为指数。

步骤2.2中粗糙度决定的综合参数K优选1.198×10-4。系数A优选4.4068×10-5，指数z优选6.804。

步骤三：调整油膜厚度h实现间油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp和其他所受载荷之间的拟静力学平衡，进而根据油膜厚度h确定油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp。

步骤四：确定径向密封片和气缸内壁之间油膜切向力τh和微凸体切向力F0。

步骤4.1：确定径向密封片和气缸内壁之间油膜切向力τh。

径向密封片和气缸内壁之间的油膜切向力为

其中：τh为油膜产生的切向力，φf、φfs和φfp分别表示相关参数。其公式如下：

φfp＝1.14e-0.66H H＞0075

其中，z＝H/3，H＝z{z[132+z(M+345)]}-55，M＝z{z[z(60+147z)-405]-160}

步骤4.2：确定径向密封片和气缸内壁之间微凸体切向力F0。

径向密封片和气缸内壁之间的微凸体切向力F0为：

F0＝τ0Ac+a0Fasp

其中F0密封片产生的切向力，τ0为微凸体的剪切强度，Ac为实际接触面积，a0为边界摩擦系数。其中实际接触面积公式如下

Ac＝π2(ηβσ)2F2(H)

步骤五：根据步骤四中确定的油膜切向力τh和微凸体切向力F0，确定径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失。

径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失为

其中：θl为引导侧油膜浸润角；θt为跟随侧油膜浸润角；Rs为密封片顶端曲率半径；B为密封片厚度。

步骤六：根据步骤五确定的径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失，指导微小型转子发动机径向密封片设计和工程应用，解决实际工程问题。

有益效果：

现有技术中微小型转子发动机径向密封片所受载荷复杂、向密封片与气缸内壁接触状态复杂导致径向密封片和气缸内壁之间的机械损失难以测量和计算，当径向密封片和气缸内壁之间的机械损失设计不当有可能带来以下问题：(1)微小型转子发动机中径向密封片和气缸内壁寿命短；(2)微小型转子发动机机械损失高，输出功率低；本发明公开的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，能够实现对微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测，指导微小型转子发动机径向密封片设计和工程应用，避免上述由于当径向密封片和气缸内壁之间的机械损失设计不当带来的问题。

附图说明

图1为本发明公开的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法的流程图；

图2为径向密封片与气缸内壁之间接触的示意图；

图3为实施案例中径向密封片和气缸内壁之间的油膜力和微凸体接触力；

图4为实施案例中径向密封片和气缸内壁之间油膜和微凸体产生的摩擦力；

图5为实施案例中径向密封片和气缸内壁之间的机械损失。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

本实施实例以创成半径R为21mm，偏心距e为3mm和偏移距离为1mm，厚度l为14.5mm，密封片和气缸内壁的粗糙度σ为0.6um.弹性模型E’＝21000MPa,泊松比为0.3.，径向密封片质量M为8×10-4g，底部弹簧力为Fspr为10N，油膜厚度为hc为0.05mm，润滑油油粘度为1.65×10-9MPa·s。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

如图1所示，本实施例公开的一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法，具体实现步骤如下：

步骤一：分析径向密封片做平面复合运动的轨迹，建立密封片和气缸内壁之间油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp和其他所受载荷之间的拟静力学平衡方程，如下式所示

其中，Fspr为弹簧片预紧力；FPb为密封片底部所受气体力；Pla为引导燃烧室气体压力；Pta为跟随燃烧室气体压力；θ为引导侧油膜浸润角；θt为跟随侧油膜浸润角；Rs为密封片顶端曲率半径；Ph为油膜产生的法向压力；Fasp为微凸体产生的法向压力；B为密封片厚度；M为密封片质量；Rcη,Rcξ为密封片的质心坐标。aox和aoy为径向密封片的惯性力，α表示为曲轴转角，α是β的三倍。

径向密封片和气缸内壁之间的接触如图2所示。根据拟静力学平衡方程求取径向密封片除油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp之外其他所受载荷，其他所受载荷如下式所示

步骤二：建立油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系，并建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系。

步骤2.1：建立油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系。

考虑粗糙度对密封片和气缸之间润滑状态的影响，采用平均雷诺方程，建立微小型转子发动机径向密封片和气缸内壁之间的混合润滑模型，所述的混合润滑模型即为油膜法向力Ph与油膜厚度h之间的关系。

其中，φx为压力流量因子，φs为剪切量因子，φc是接触因子，h为油膜厚度，μ为润滑剂黏度，U为密封片相对于气缸的速度，σ为综合粗糙度t为时间。Ph为油膜压力。

步骤2.2：建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系。

径向密封片和气缸内壁之间的微凸体法向力Fasp为，

Fasp＝KE′F2.5(H)

上式即建立微凸体法向力Fasp与油膜厚度h之间的关系。

其中：K是由粗糙度决定的综合参数，E'为两者材料的总和弹性模量，H为油膜厚度h与综合粗糙度σ的比值。F2.5(H)为描述径向密封片和气缸之间的粗糙峰分布的函数，

其中，A为系数，z为指数。

步骤2.2中粗糙度决定的综合参数K优选1.198×10-4。系数A优选4.4068×10-5，指数z优选6.804。

步骤三：调整油膜厚度h实现间油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp和其他所受载荷之间的拟静力学平衡，进而根据油膜厚度h确定油膜法向力Ph、微凸体法向力Fasp，如图3所示。

步骤四：确定径向密封片和气缸内壁之间油膜切向力τh和微凸体切向力F0。

步骤4.1：确定径向密封片和气缸内壁之间油膜切向力τh。

径向密封片和气缸内壁之间的油膜切向力为

其中：τh为油膜产生的切向力，φf、φfs和φfp分别表示相关参数。其公式如下：

φfp＝1.14e-0.66HH＞0.75

其中，z＝H/3，N＝z{z[132+z(M+345)]}-55，M＝z{z[z(60+147z)-405]-160}

步骤4.2：确定径向密封片和气缸内壁之间微凸体切向力F0。

径向密封片和气缸内壁之间的微凸体切向力F0为：

F0＝τ0Ac+a0Fasp

其中F0密封片产生的切向力，τ0为微凸体的剪切强度，Ac为实际接触面积，a0为边界摩擦系数。其中实际接触面积公式如下

Ac＝π2(ηβσ)2F2(H)

获得的油膜力切向力τh和微凸体切向力F0如图4所示。

步骤五：根据步骤四中确定的油膜切向力τh和微凸体切向力F0，确定径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失。

径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失为

其中：θl为引导侧油膜浸润角；θt为跟随侧油膜浸润角；Rs为密封片顶端曲率半径；B为密封片厚度。求得油膜力Ph和微凸体力Fasp引起的摩擦损失如图5所示。

步骤六：根据步骤五确定的径向密封片和气缸内壁之间的摩擦损失，指导微小型转子发动机径向密封片设计和工程应用，解决实际工程问题。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种微小型转子发动机径向密封片摩擦损失预测方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。