10 Расчет системы смазки

Емкость системы смазки

Количество масла, циркулирующего в системе смазки определяется числом трущихся пар и степенью форсировании двигателя. Циркуляция масла должна быть такой, чтобы обеспечить отвод требуемого количества тепла от деталей, а его запас должен компенсировать утечки и расход масла на угар в течение необходимого пробега между доливкой.

Полная емкость системы смазки зависит от типа и назначения машины, мощности ее силовой установки и может быть рассчитана на основании эмпирической зависимости

(4.38)

где - коэффициент запаса производительности масляного насоса(для автотракторных двигателей )

- расчетный циркуляционный расход масла,

- коэффициент, характеризующий кратность обмена масла в системе ( для современных двигателей ).

Циркуляционный расход масла можно найти по уравнению

(4.39)

где - кол-во теплоты, отводимое маслом на номинальном режиме работы двигателя,

- удельный вес масла, (1.88 кДЖ)

- теплоемкость масла,

- температура подогрева масла в двигателе, которую можно взять из теплового расчета подшипника.

Обычно для автотракторных двигателей

(4.40)

где - кол-во теплоты, выделяющееся при сгораний топлива в цилиндрах двигателя, .

Величину можно также рассчитывать по эмпирическим зависимостям:

(4.41)

А двигателей с масляным охлаждением поршней

(4.42)

Ориентировочную емкость системы смазки можно определить, пользуясь статическими данными по удельной емкости

(4.43)

Величина удельной вместимости системы смазки двигателей ряда машин:

Таблица 4.2 (Вместимость системы смазки автомобильных двигателей)

Показатель	Марка двигателей
ЗИЛ-131	ГАЗ-66	ЗИЛ-375	ЯМЭ-238
Емкость , л	7	8	8	28
Удельная емкость кВт	0.068	0.068	0.068	0.204

Масляный насос

Производительность масляного насоса должна обеспечить циркуляцию масла, найденную по уравнению (4.40), и, кроме того, иметь запас на случай износа шестерен, увеличения зазоров в подшипниках или работы на маловязком масле. Обычно для двигателей автомобилей действительная производительность насоса

, (4.44)

Расчетная производительность насоса должна превышать действительную:

, (4.45)

где - коэффициент подачи насоса, равный .

Число оборотов валика насоса определяется по формуле

(4.46)

При выборе следует учитывать, что его чрезмерное увеличение приводит к падению коэффициента подачи насос. Большие значения принимаются в случае привода насоса от коленчатого вала двигателя.

Наружный диаметр шестерни насоса можно рассчитать исходя из допустимой окружной скорости

(4.47)

Определив значение и выбрав модуль , можно подсчитать число зубьев шестерни

(4.48)

где модуль зубьев (для насосов автотракторных двигателей ).

Рис. 4.22 Зависимость производительности и коэффициента подачи шестеренчатого насоса от температуры масла

Число зубьев ведущей и ведомой шестерен обычно выбирают одинаковыми в пределах .

Требуемую длину зубьев (ширину шестерен) определяют по уравнению:

(4.49)

В процессе расчета, варьируя размерами шестерен и передаточным отношением, необходимо выбрать такое и сочетание, при котором габариты и масса насоса при данной производительности будут наименьшими, а окружная скорость не будет превышать допустимых пределов.

В табл. 4.22 приведены основные данные шестеренчатых насосов автомобильных двигателей.

Таблица 4.3 (Основные данные масляных насосов)

Марка двигателя	Передаточное отношение	Число зубьев шестерен	Размеры шестерни,				Торцовые зазоры, мм	Диаметральные зазоры, мм	Производительность, л/ч
			модуль	диаметр начальной окружности	длина зуба	Вп высота зуба
ЗИЛ-130	0,5	7	4,75	33,25	38	10,15	0,07-0,205	0,1-0,175	3300
Урал-375	0,5	7	4,75	33,25	38	10,15	0,07-0,205	0,1-0,175	3300
ЯМЗ-238	1,5	8	4,25	34	50	9,6	0,04	-	3800

Мощность, затрачиваемая на привод масляного насоса, может быть определена по формуле:

(4.50)

где - механический К.П.Д. насоса, учитывающий потери мощности на преодоление трения и гидравлических сопротивлений( ).

- перепад давлений масла, .

Сечения входного и выходного патрубков насоса выбирают такими, чтобы скорость масла была равна для входного патрубка , для выходного патрубка .

Расчетная скорость в сечении маслопроводов принимается не более .

Фильтр центробежной очистки масла

Расчет центрифуги сводится к определению числа оборотов ротора и его диаметра.

В соответствии с теоремой импульсов реактивная сила, приложенная по оси отверстий сопла:

(4.57)

где - секундный объемный расход масла через оба сопла,

- удельный силы масла,

- ускорение силы тяжести,

- коэффициент сжатия сечения струи масла, вытекающего из сопла

- площадь отверстия сопла,

- число оборотов ротора в минуту

- расстояние от оси сопла до оси вращения ротора, .

Реактивный крутящий момент двух сопел

(4.52)

Момент сопротивление вращению ротора приближенно выражается формулой

(4.53)

где и - коэффициенты, характеризующие момент сопротивления ротора в начале вращения и скорость нарастания момента сопротивления соответственно. Для ориентировочной оценки коэффициентов и можно воспользоваться эмпирическими зависимостями:

где - емкость ротора,

- динамическая вязкость масла.

На установившемся режиме работы .

Приравнивая значения этих моментов, определяют число оборотов ротора:

(4.54)

Секундный расход масла через сопла:

(4.55)

где - коэффициент расхода масла через сопло,

- давление масла на входе в центрифугу,

- коэффициент гидравлических потерь на участке от входа масла в центрифугу до сопел

- радиус оси ротора,

Оптимальное значение радиуса установки сопел , которое при постоянном расходе масла через центрифугу обеспечивает максимальное число оборотов ротора, может быть найдено путем дифференцирования уравнения 4.34 и приравнивая производной к нулю.

В результате таких преобразований получим

(4.56)

При этом расстоянии от оси сопла до оси вращения ротора число оборотов будет максимальным.

Характеристика центрифуг двигателей нескольких автомобилей:

Таблица 4.4 (Краткая техническая характеристика фильтров центробежной очистки масла)

Показатель	Марка двигателя
	ЯМЗ-238	ЗИЛ-375	ГАЗ-66
Внутренний диаметр ротора, мм	115	105	100
Диаметр сопла, мм	1,75	1,75	1,75
Число сопел	2	2	2
Высота ротора, мм	100	117	85
Плечо реактивного момента	80	56	65
Число оборотов ротора в минуту (при )	6000	5000	6500
Номинальный расход масла через сопла ротора, л/мин	10	7,5	6,7

Масляный радиатор

При расчете масляного радиатора определяют необходимую поверхность охлаждения исходя из расчетного количества тепла , которое необходимо отвести от масла на номинальном режиме работы двигателя.

Для обеспечения установившегося теплового режима величина должна быть равна количеству теплоты , воспринимаемому от деталей двигателя (формулы 4.40, 4.41, 4.42).

Площадь поверхности охлаждения радиатора рассчитывается по уравнению теплопередачи

(4.57)

где - полный коэффициент теплопередачи от масла в охлаждающую среду,

- средняя температура масла в радиаторе,

- средняя температура воздуха, обдувающего радиатор,

Величина для радиаторов с прямыми гладкими трубками колеблется в пределах , а для радиаторов с завихрением масла (при отнесении коэффициента теплопередачи к основной охлаждающей поверхности) .

Значение определяется как полусумма температур входящего и выходящего из радиатора масла:

(4.58)

Температуру входящего в радиатор масла обычно принимают равной температуре масла, выходящего из подшипника

(4.59)

Перепад температур масла в радиаторе определяется из необходимости уменьшения температуры масла в радиаторе на величину подогрева его двигателе:

(4.60)

где - теплоемкость

- циркуляция масла в двигателе, л/ч (см.формулу 4.39)

- удельный вес масла,

Средняя температура окружающей среды зависит от типа радиатора. Для воздушно-масляного радиатора она принимается . Для воздушно-масляного радиатора средняя температура принимается равной температурой воды, входящей в двигатель ( ).

3