4.3. Основы расчета системы смазки двигателей

4.3.1. Расчет масляного насоса

Размеры масляного насоса определяют для режима работы двигателя на номинальной частоте вращения или при максимальном крутящем моменте. Производительность насоса определяют в основном количеством и величиной трущихся поверхностей двигателя, количеством прокачиваемого масла, необходимого для поддержания желаемого температурного режима деталей двигателя, и количеством масла, необходимого на перепуск. Определение производительности масляного насоса расчетным путем по числу пар трения недостаточно надежно. Поэтому количество циркулирующего в ДВС масла определяют на основании теплового баланса. Считается, что для современных двигателей теплота, отводимая системой смазки, составляет:

,

где Q_Т – количество теплоты, подводимой в цилиндры двигателя, КДж/ч.

,

где N_e – номинальная мощность двигателя;

 _е – эффективный КПД.

Для бензиновых ДВС  _е = 0.25, для дизельных ДВС  _е = 0.35.

Количество циркулирующего в ДВС масла (м³/ч) определяется формулой:

,

где ρ _М – плотность моторного масла,  _М = 880–900 кг/м³;

С_М – теплоемкость масла, С_М = 2 КДж/кгК;

 t_M – нагрев масла,  t_M = 10–15 К;

К – коэффициент запаса, для бензиновых ДВС К = 1, для дизельных ДВС К = 2.5–3.

При работе двигателя часть масла расходуется из системы смазки (вследствие выгорания, утечек и др.). Поэтому для надежной работы в течение достаточно длительного времени и обеспечения требуемого запаса хода транспортного средства потребное количество масла в системе смазки м³/ч равно:

.

Тогда для карбюраторных ДВС  .

Для дизельных ДВС  .

Основные размеры масляного насоса определяют в предположении, что объем впадин между зубьями шестерен насоса равен объему самих зубьев. В этом случае объем масла (м³), поданный шестернями масляного насоса за один их оборот (рабочий объем насоса), равен:

,

где D₀ – диаметр начальной окружности шестерни (см. рис. 4.7);

h – высота зуба;

b – ширина зуба;

 _H – коэффициент подачи насоса, для шестеренных насосов  _H = = 0.7–0.8.

При заданных величинах модуля зацепления m, числа зубьев z, частоты вращения шестерни насоса n значение диаметра начальной окружности шестерни выражается формулой:

.

Высота зуба шестерни: .

Рис. 4.7. Схема шестеренного насоса

Часовая производительность масляного насоса равна:

.

Из данной формулы определяется ширина зуба:

.

Сечения всасывающего и нагнетающего каналов определяют исходя из величины скорости циркулирующего в них масла: для всасывающего канала 0.3–0.6 м/сек, для нагнетающего канала 0.8–1.5 м/сек.

4.3.2. Расчет масляного радиатора

Величина поверхности охлаждения (м²) масляного радиатора

,

где Qм – количество отводимого от масла тепла;

k – полный коэффициент теплопередачи от масла к охлаждающей среде;

t_М – средняя температура масла в радиаторе;

,

где t_выхм – температура масла на выходе из радиатора t_выхм = 70–90  С;

t_вхм – температура масла на входе в радиатор,

,

где  – величина подогрева масла в двигателе;

где G_M – количество масла, проходящего через двигатель.

При параллельном включении радиатора  .

С_М – теплоемкость масла; t_охл – средняя температура проходящей через масляный радиатор охлаждающей среды.

Для воздушно-масляных радиаторов, установленных до радиатора системы охлаждения, t_охл = 30–40  С, после радиатора системы охлаждения t_охл = 45–60^° С.

Для водомасляных радиаторов t_охл = 70–90^° С.

Полный коэффициент теплопередачи:

,

где α ₁ – коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам радиатора;

λ – коэффициент теплопроводности металла стенок (трубок) радиатора;

δ – толщина стенки (трубки) радиатора, м;

α ₂ – коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к окружающей среде.

Величина α ₁ зависит от многих факторов и в первую очередь от критерия Рейнольдса. Средние значения α ₁ можно принимать: при прямых гладких трубках α ₁ = 420–1700 КДж/м^2ч К, при наличии специальных завихрителей в трубках α₁ = 3000–5000 КДж/м^2 ч К.

Коэффициент теплопроводности можно принимать: для листовой латуни λ = 300–450 КДж/м ч К, для алюминиевых сплавов λ = 300–350 КДж/м ч К и для нержавеющей стали λ= 35–70 КДж/м ч К.

В воздушно-масляных радиаторах α ₂ = 8500–14500 КДж/м^2 ч К, в водомасляных α ₂ = 200–420 КДж/м^2 ч К.