一种转子发动机的端面润滑密封结构的制作方法

技术特征：
1.一种转子发动机的端面润滑密封结构，润滑密封对象为转子发动机的端面；其特征在于：包括位于转子主体端面上的端面织构结构、磁流体润滑剂；所述磁流体润滑剂主要由基液、磁性固体颗粒、表面活性剂组成；所述端面织构结构为具有三级孔形状的微造型仿生硅藻织构，且在端面织构结构内置均匀排列的用于与磁流体润滑剂形成磁力的磁性表面织构；端面织构结构内填充磁流体润滑剂；微造型仿生硅藻织构作为储油槽，为转子端面和气缸盖端面接触区域提供磁流体润滑油；转子在发动机气缸内高速旋转时，微造型仿生硅藻织构作为储油槽和磨粒的储屑槽，所述储油槽作用为：为转子端面和气缸盖端面接触区域提供润滑油，保证转子端面与气缸盖端面之间的正常润滑，避免因乏油而润滑失效，还能够有效减少因启动和停止而形成的干摩擦磨损和混合摩擦磨损，改善两者间的润滑和密封性能；所述储屑槽能够减小磨损，延长使用寿命；端面织构结构内置的磁性表面织构与磁流体润滑剂形成磁场，利用磁场将磁流体润滑剂控制在摩擦副之间，利用磁流体润滑剂的动压效应消除接触间隙，提升润滑密封性能；通过调节外磁场使磁流体润滑剂控制在所需的位置，调节控制磁流体润滑剂与转子端面之间的吸附力和支撑力，保持接触区域良好的润滑密封状态，减小摩擦副的磨损；磁流体润滑剂作为转子端面和气缸盖端面之间的润滑密封介质，通过调节外磁场控制磁流体润滑剂的粘度，从而改变磁流体润滑膜的动压特性，调节转子端面和气缸盖端面之间的承载性能和润滑密封性能；在端面织构结构内置的磁性表面织构与磁流体润滑剂形成磁场的作用下，磁性固体颗粒受到磁性表面织构吸引而吸附在摩擦副表面；磁流体润滑剂被定位保持在摩擦副接触表面并产生支撑力，该支撑力与两表面滑动速度无关；即使当转子处于静止状态时，磁流体润滑剂也会产生支撑力，进而在摩擦副表面形成稳定吸附保护膜，保证转子端面和气缸盖端面紧密贴合，不发生泄露，起到自密封的效果；当转子发动机转动时，由于离心力的作用，磁流体润滑剂将充满转子端面和气缸盖端面的接触区域，磁流体润滑剂的润滑方式有效提高转子发动机的润滑密封性能及其承载性能。2.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：为节省因磁流体润滑剂需要合适磁场强度而布置永磁体的附加空间，所述磁性表面织构为磁性薄膜，所述磁性薄膜为在端面织构结构中沉积厚度为几微米厚度的永磁材料层；材料为钕铁硼永磁材料或钐钴永磁材料。3.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：通过调节所述磁性表面织构能够改变磁场强度，磁流体润滑剂的粘度会随磁场强度的变化而变化；磁流体润滑剂粘度的变化范围广，因此磁流体润滑剂油膜压力的调节范围广，适应能力强；通过安装不同磁场强度大小的永磁铁，或者加工不同厚度的磁性薄膜，改变摩擦区域的磁场强度大小，即改变磁流体润滑剂的粘度和吸附强度，以满足相应的工况要求。4.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：为了进一步增强楔形效果，产生流体动压润滑效果，从而提高表面的承载能力，所述端面织构结构为具有三级孔形状的微造型仿生圆筛藻织构；圆筛藻的壳壁由三层孔形状微造型构成，孔形状基本为圆柱状或不规则圆柱状。5.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：硅藻的三级孔形状微造型结构会产生二次动压润滑作用，即产生阶梯效应，从而能够降低应力；随着孔
洞数量和孔洞嵌套级别的增加，孔洞的阶梯效应更加明显；通过在转子端面设计加工仿生硅藻三级孔形状微造型织构，利用微造型织构储油进行润滑补油，成为提高转子端面和气缸盖端面润滑密封性能的手段之一。6.如权利要求5所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：为了满足转子端面结构的润滑密封效果和力学性能的相关要求，所述端面织构结构为三层圆柱状，端面织构结构的深度尺寸分别为4μm、3μm、3μm；三层圆柱的直径尺寸根据实际转子端面的尺寸进行确定。7.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：所述端面织构结构在转子两端面分布一致；所述端面织构结构的加工方式包括精密雕刻方式、纳秒激光加工方式、飞秒激光加工方式、超声冲压加工方式、反应离子刻蚀方式。8.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：为了提高转子端面磁流体润滑剂的润滑密封效果，所述磁流体润滑剂主要由基液、磁性固体颗粒、表面活性剂组成；所述基液主要包括水、油、有机溶剂；所述磁性固体颗粒包括fe3o4、fe2o3、ni、co；所述表面活性剂包括油酸，防止磁性固体颗粒之间发生团聚作用。9.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：所述端面织构结构在转子端面每段型线处至少是单列排布，沿着转子型线均匀分布，所述端面织构结构的中心是转子端面边缘型线向转子中心偏移一定距离得到的；偏移距离要保证转子端面织构结构的边缘与转子端面型线边缘的距离大于或等于端面织构结构宽度的1/3，保证该距离是为了更好的形成磁流体润滑油膜。10.如权利要求1所述的一种转子发动机的端面润滑密封结构，其特征在于：所述转子主体中心开有偏心轴安装孔，安装孔到端面织构结构之间设有减重结构，减重结构布置必须保证转子三条型线方向上分布均匀，以此保证转子自身旋转平衡；所述转子主体的三个顶端开有凹槽，用于安装径向密封片；所述转子主体的型线由三段相同弧线组成，理论型线生成公式如下：其中，r为型线半径，e为转子发动机的偏心距，θ为偏心轴转角。

技术总结
本发明公开的一种转子发动机的端面润滑密封结构，属于小型转子发动机技术领域。包括位于转子主体端面上的端面织构结构、磁流体润滑剂。所述磁流体润滑剂主要由基液、磁性固体颗粒、表面活性剂组成。所述端面织构结构为具有三级孔形状的微造型仿生硅藻织构，且在端面织构结构内置均匀排列的用于与磁流体润滑剂形成磁力的磁性表面织构。端面织构结构内填充磁流体润滑剂。本发明能够保证小型转子发动机端面良好的润滑和密封性能，减小转子端面和气缸盖端面的磨损，进而延长小型转子发动机的使用寿命，此外，通过调节外磁场控制磁流体润滑剂的粘度，从而改变润滑膜的动压特性，调节转子端面和气缸盖端面的承载性能和密封润滑性能。能。能。


技术研发人员：刘金祥 赵晶晶 黄渭清 邹润
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/11/2