4.2Расчет смазки подшипников скольжения поршневого компрессора

Для нормальной работы подшипников скольжения необхо­дим слой смазочного материала между поверхностями вала и подшипников, вследствие чего не происходит непосредственного контакта поверхностей. Основной задачей при расчете смазки подшипников является обеспечение режима жидкостной смазки в наиболее тяжелых условиях нагружения, соответствующих второму расчетному режиму. Сохранение минимально допустимой толщины масляного слоя достигается выбором зазоров и размеров деталей, подбором смазывающей жидкости с соответствующими свойствами, организацией отвода теплоты с учетом действующей нагрузки, скорости скольжения и т. д. В рассматриваемом при­мере определим среднюю температуру смазочного слоя, расход масла через подшипники, тепловую мощность, отводимую от подшипника, минимальную толщину смазочного слоя и необ­ходимую подачу масляного насоса [23].

Расход масла через подшипник

(4.22)

где — угловая скорость в подшипнике, рад/с; Ψ — от­носительный диаметральный зазор в подшипнике; l — расчетная длина подшипника, м; d — диаметр шейки, м; — полный коэффициент расхода; — коэффициент, учитывающий массу масла вытекающего в торцы из рабочей части смазочного слоя, который определяется как функция отношения l/d и относительного эксцентриситета х (см. рис. 10); — коэффициент, учитывающий массу масла, вытекающего в торцы из нерабочей части зазора:

(4.23)

Рисунок 10 - Коэффициент расхода

Рисунок 11 - К расчету подшипников скольжения

Рисунок 12 - Коэффициент

β — коэффициент, зависящий от от­носительного эксцентриситета x (см. рис. 12); — коэффициент нагруженности; — динамическая вяз­кость масла, Па·с; — мини­мальная разность давления масла, подаваемого в подшипник, и давле­ния в картере, Па; — давление на подшипник по средней нагруз­ке, Па.

Рисунок 13 - Коэффициент нагруженности

Относительный эксцентриситет х находится в зависимости от отношения l/d и коэффициента нагруженности (см. приложение, рис. 13). Тепловая мощность, отводи­мая от подшипника, определяется как сумма тепловой мощности , отводимой вытекающим маслом, и тепловой мощности , отводимой через подшипник в окружающую среду:

, (4.24)

, (4.25)

, (4.26)

где с — теплоемкость масла, Дж/(кг·К); — плотность масла, кг/м³; — разность температур смазочного слоя и масла перед подшипником, К; — полная длина подшипника, м; — коэффициент теплоотдачи от подшипника к маслу, Вт/(м²·К):

(4.27)

а — коэффициент, равный для коренных подшипников 2—3, для шатунных 4—5; — температура вокруг подшипника, К. Тепловую мощность, выделяющуюся при трении, определяют по уравнению

(4.28)

где — коэффициент сопротивления шейки вращению с учетом трения в нерабочей части зазора (см. приложение, рис. 14).

Рисунок 14 - Коэффициент

Физические параметры масла , и принимаются при тем­пературе смазочного слоя Т. При наличии кольцевой канавки подшипник условно делится на два, поэтому в расчете для на­хождения величин , и х пользуются отношениями (l/d)* = l/(2d).

Истинную среднюю температуру смазочного слоя находят путем построения зависимостей и , для чего и подсчитывают при нескольких значениях Т, близких к ве­роятному (рис. 11). По найденному значению Т, пользуясь графиками зависимостей и , определяют не­обходимый расход масла через подшипники и количество теплоты, отводимой маслом.

Рисунок 15 - Динамическая вязкость масла ХС-40 в зависимости от температуры

Таблица 7 - Основные расчетные величины

Определяемая величина	Формула или обозначение	Числовые значения при температуре смазочного слоя Т, К
		323	333	343
Динамическая вязкость *, Па·с	(рис. П12)
Коэффициент нагруженности
Относительный эксцентриситет	х (рис. П10)	0,38	0,47	0,54
Коэффициент расхода из рабочей части	(рис. П8)	0,135	0,155	1,176
Коэффициент	(рис. П9)	0,23	0,26	0,29
Коэффициент расхода из нерабочей части			0,0267	0,0396
Полный коэффициент расхода		0,135+0,016=0,151	0,181	0,215
Расход масла через подшипник, м3/с
Плотность масла **, кг/м3		827	821	815
Теплоемкость масла ***, Дж/(кг·К)		2172	2204	2237
Температура масла перед подшипником, К		313
Разность температур, К		10	20	30

Продолжение табл. 7

Определяемая величина	Формула или обозначение	Числовые значения при температуре смазочного слоя Т, К
		323	333	343
Количество теплоты, отводимой маслом, Вт			40,89	73,29
Коэффициент теплопередачи со стороны масла, Вт/(м2·К)			242	274
Количество теплоты, отводимой в окружающую среду, Вт			23,4	39,7
То же от подшипника, Вт		16,99 + 9,28 = 26,27	64,29	112,99
Коэффициент	(рис. П11)	3,42	3,6	3,89
Количество теплоты, выделяющейся при трении, Вт			84,4	68,6

* При отсутствии данных о зависимости для малых холодильных машин можно пользоваться приближенной зависимостью .

** Приближенно плотность масел в зависимости от температуры можно определить по уравнению .

*** Приближенно теплоемкость масел в зависимости от температуры можно определить по уравнению

Для рассматриваемого примера: диаметр вкладыша криво­шипного подшипника мм; диаметр шейки мм.

Средний зазор

м;

относительный зазор

;

.

Расчет для построения зависимостей

, приведен в табл. 7.

Из графического построения (рис. 11) следует, что тепловой баланс наступает при Т = 336 К. При этой температуре:

коэффициент нагруженности

;

относительный эксцентриситет х = 0,5;

минимальная толщина масляного слоя:

м.

Допустимая величина , больше которой должно быть полученное значение /i_mln, определяется так:

м.

где = 2÷З мкм — рабочая толщина масляного слоя; = 1,6 мкм — высота неровностей на поверхности шейки по 9-му классу (ГОСТ 2789—73*); = 3,2 мкм — высота неровностей на поверхности вкладыша по 8-му классу (ГОСТ 2789—73*); = 1,9 мкм — прогиб вала на длине подшипника (из расчета коленчатого вала на жесткость).

Необходимая подача масляного насоса:

м³/с,

где Q_T = 12-10"⁷ м³/с — расход масла через подшипник при Т = 336 К; z = 8 — число кривошипных под­шипников.