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三角转子发动机径向密封片的窜动分析

摘要：三角转子发动机的径向密封片在密封槽内沿径向伸缩的现象称为窜动，它加速了径向密封片与气缸之间的磨损，降低了密封性能。型线参数和径向密封片顶部圆弧半径对窜动的影响，并加以分析计算。三角转子发动机实际气缸型线必须是理论型线的平移距曲线，径向密封片顶部圆弧半径应该等于平移距。

关键词：径向密封片 窜动量 气缸实际型线 气缸理论型线

三角转子发动机的径向密封片在密封槽内沿径向伸缩的现象称为窜动。当密封片在槽内产生窜动时，对缸体振纹的形成和磨损以及径向密封片的密封性能和偏磨有很大影响。对发动机的动力性、经济性和耐久性能均有重大影响。径向密封片窜动量的影响因素主要有：
A、 气缸型线参数与径向密封片顶部圆弧半径；
B、 气缸和转子的热变型；
C、 气缸的型面加工精度；
D、 转子径向密封片槽加工精度；
E、 相位齿轮加工精度；
F、 主轴颈与主轴承加工精度；
G、 偏心轴颈与偏心轴承的加工精度。
由于C、D、E、F、G都是三角转子发动机零件加工过程精度的影响，B是热变形对气缸和转子的影响。只有A是三角转子发动机参数设计的影响，本文从理论设计的角度出发，就只分析气缸型线参数和径向密封片顶部圆弧半径对窜动的影响，并对径向密封片窜动量加以分析计算，从而来减小径向密封片的窜动，从而提高其耐磨性能，从而提高三角转子发动机的使用寿命。
三角转子发动机气缸的实际型线是以理论型线（外旋轮线）上的点为圆心，以为半径所形成各小圆的外包络线。也可以认为是理论型线（外旋轮线）的平移距为的等距曲线，而不是创成半径为的理论型线（外旋轮线），否则气缸径向密封片将产生窜动，加速磨损，减少了三角转子发动机的寿命。

图1、气缸型线为理论型线时的窜动
如图1所示。当径向密封片的顶部圆弧半径为平移距时，气缸型线应该是理论型线的平移距为的等距曲线，否则会径向密封片会产生窜动。图中的实线是平移距为的等距曲线，虚线表示创成半径为的气缸理论型线（圆外旋轮线），点线表示创成半径为R的气缸理论型线。
当顶部圆弧半径为的径向密封片，在平移距也是的等距离曲线的气缸型线滑动时，径向顶部的圆弧半径总是在创成半径为R的圆外旋轮上，故径向密封片不窜动。当顶部圆弧为的径向密封片在创成半径为的圆外旋轮线上滑动时，在最大摆角处，径向密封片将沿着PI线向下移动的距离，此时径向密封片沿方向（即向径向密封片槽底方向）移动的距离为窜动量C。
(1-1)
(1-2)
(1-3)
(1-4)
由以上的公式1-3和公式1-4可以得出：
a、 其它参数不变的情况下，创成半径增加，而径向密封片的窜动量减小。
b、 其它参数不变的情况下，偏心距增加，径向密封片的窜动量增大。
c、 在平移距不变的情况下，形状系数的增加，而径向密封片的窜动量减小。
d、 其它参数不变的情况下，平移距增加，径向密封片的窜动量增大。
当密封片顶部圆弧半径小于气缸型线参数平移距时，转子型线要与气缸型线接触产生摩擦磨损，因此要求密封片顶部圆弧半径（平移距）。若径向密封片在平移距为的气缸圆外旋轮线的等距曲线滑动，径向密封片顶部圆弧圆心轨迹不总在圆外轮线上，故径向密封片产生窜动。
如图2所示，当时,在摆角处，径向密封片的窜动量为：

图2、密封片顶部圆弧半径时的窜动
（1-5）
（1-6）
（1-7）
由以上公式1-6和1-7可得出：
a、当气缸型线参数都不变的情况下，随着径向密封片顶部半径的增加，径向密封片的窜动量增大，如图3所示。

图3、不同顶部圆弧半径的窜动量
b、 密封片顶部圆弧半径一定，偏心距e、平移距不变时，随创成半径R的增加，而径向密封片的窜动量减小，如图4所示。

图4、不同创成半径R的窜动量
c、 密封片顶部圆弧半径一定，创成半径R、平移距不变时，随偏心距e的增加，而径向密封片的窜动量增大，如图5所示。

图5、不同偏心距的窜动量
d、 当密封片顶部圆弧半径一定，形状系数K不变时（即偏心距e、创成半径R不变），随平移距的增加，而径向密封片的窜动量减小，如图6所示。

图6、不同平移距的窜动量
e、 当密封片顶部圆弧半径一窜动量减小，如图7所示。

图7、不同形状系数K的窜动量
要使窜动量了取极大值，
即：
由气缸内切创成原理可知，要使转子转一转2π后，对应的期间，由上式可得出，窜动量可以有四个极大值，参见表1。
这说明径向密封片沿气缸滑动一周，窜动量有四次达到极大值。达到极大值时的转角只与形状系数K有关，而与平移距无关，也与径向密封片顶部圆弧半径无关；创成半径R和偏心距通过影响形状系数K来影响极大值时的转角。
对径向密封片窜动量的影响，气缸型线参数都有关系。
当时，即径向密封片顶部圆弧半径与平移距相等时，径向密封片在密封槽中的窜动为零。

表1、不同形状系数取极大值的角度

K
α（度）
6
180
360
720
900
8
168.04
371.96
708.04
911.96
10
161.19
378.81
701.19
918.81
3、结论
为了保证三角转子发动机径向密封片与气缸的寿命，减少它们之间的摩擦磨损，径向密封片与气缸型面应当始终保持极少窜动。这就要求在设计时，气缸型线必须是理论型线的等距曲线，并且密封片的顶部圆弧半径应当与平移距相等。

参考文献
辛动，三角转子发动机，科学出版社，1981.1. P13~15.
卢法、余乃彪等，三角转子发动机，国防工业出版社，1990.6. P66~68.