Трение качения
При качении (катании) одного тела по поверхности другого также возникают силы трения.
Величина силы трения качения выражается формулой
где N— нормальное давление в кг;
r — радиус катящегося тела в м;
fк — коэффициент трения качения.
Трение качения значительно меньше не только сухого трения, но и жидкостного. Величина коэффициента трения качения колеблется в пределах 0,001 ÷ 0,003.
Назначение смазки в авиационном двигателе
Смазка в авиационном двигателе имеет большое значение, так как размеры трущихся поверхностей в нем относительно невелики, а нагрузки на них и нагревание вследствие трения весьма значительны.
Смазка в двигателе способствует уменьшению износа трущихся деталей, устраняет возможность заедания их, уменьшает затрату мощности на механические потери и обеспечивает отвод тепла от трущихся поверхностей.
Так, полужидкостное или полусухое трение наблюдается в двигателе в момент его запуска, когда к трущимся поверхностям не подведено еще достаточное количество смазки. Это трение наблюдается также в местах соприкосновения зубьев шестерен и при трении поршневых колец о стенки цилиндра.
Жидкостное трение имеет место при работе двигателя, когда к трущимся деталям подведено достаточное количество масла под давлением.
Сравнение различных видов трения показывает, что минимально возможной величины трение достигает, если работа деталей двигателя происходит в условиях жидкостного трения. Однако даже при наличии достаточной смазки деталей работа сил трения в двигателе довольно значительна, и на ее преодоление затрачивается около 8—12% индикаторной мощности двигателя.
Масло, применяемое для смазки и отвода тепла от трущихся деталей двигателя, используется также и для обогрева карбюратора, приведения в действие автоматических регуляторов (регулятора постоянства давления нагнетателя и регулятора состава смеси системы непосредственного впрыска), изменения углов наклона лопастей винтов изменяемого шага, переключения скоростей ПЦН и т. д.
Способы смазки трущихся частей двигателя
Смазка трущихся частей двигателя производится путем подвода масла к трущимся частям разбрызгиванием или под давлением.
Смазка разбрызгиванием заключается в том, что в картер двигателя заливается определенное количество масла с таким расчетом, чтобы нижние (кривошипные) головки шатунов при прохождении поршня через НМТ частично погружались в масло (рис. 9.2, а). При вращении коленчатого вала масло попадает в нижние головки шатунов и одновременно разбрызгивается внутри картера, образуя при этом масляный туман. Мельчайшие частицы масла через отверстия и зазоры в деталях попадают на трущиеся поверхности и смазывают их. Несмотря на свою конструктивную простоту, такой способ смазки в авиационных двигателях без сочетания с другими способами не применяется.
Объясняется это следующими причинами. Во-первых, при смазке разбрызгиванием количество масла, подводимого к наиболее нагруженным деталям двигателя (коренным подшипникам, подшипникам кривошипных головок шатунов и т. д.), не обеспечивает их надежной смазки, а главное — надежного отвода тепла, выделяющегося при трении в этих деталях. Во-вторых, при пикировании, планировании, наборе высоты, а также при выполнении фигур высшего пилотажа масло в картере перемещается (см. рис. 9.2, б), что приводит к нарушению нормальной смазки двигателя, так как часть цилиндров и шеек вала начинает получать масло в избыточном количестве, а часть остается без смазки. Кроме того, для некоторых типов двигателей — звездообразных и с перевернутыми вниз цилиндрами — наличие масла в картере вообще недопустимо.
В-третьих, при использовании для смазки масла, находящегося в картере, затрудняется пополнение убыли масла во время работы двигателя, а также его охлаждение. Последнее является очень важным для обеспечения нормальной работы двигателя, так как количество тепла, отводимого маслом в авиационном двигателе, значительно и составляет 4÷10% от тепла, эквивалентного его эффективной мощности.
Поэтому в авиационных двигателях, как правило, применяется циркуляционная смазка под давлением при «сухом» картере. При такой системе смазки масло подается в двигатель из бака насосом и под давлением поступает по специальным каналам на смазку коренных и кривошипных подшипников коленчатого вала и некоторых других деталей.
Масло, вытекающее из коренных и кривошипных подшипников, разбрызгивается коленчатым валом на стенки цилиндров, поршни и поршневые пальцы « смазывает их. Смазав все детали двигателя и одновременно охладив их, масло стекает в картер двигателя, откуда оно откачивается насосом через радиатор обратно в масляный бак.
При циркуляционной смазке насос подает масло в масляную магистраль двигателя под давлением 5÷10 кг/см2. Такое давление Необходимо для преодоления гидравлических сопротивлений системы и обеспечения надежного подвода масла ко всем трущимся деталям. Количество масла, прокачиваемого через систему смазки двигателя (так называемый циркуляционный расход), очень велико и составляет в зависимости от типа двигателя от 0,4 до 1,6 кг/л. с. ч. Благодаря этому масло не только смазывает трущиеся детали, но и охлаждает их. Допустимые температуры масла составляют на входе в двигатель 40÷50° С, а на выходе из него 80÷120° С.
Часть масла, попадающего в камеры сгорания цилиндра, сгорает и составляет собственно расход масла. Расход масла в зависимости от типа двигателя и его состояния колеблется в пределах 5÷20 г/л. с. ч., т. е. во много раз меньше циркуляционного расхода.