2.3 Розрахунок елементів системи мащення

2.3.1 Масляний насос

Масляний насос призначений для подачі масла до поверхонь тертя двигуна. У системах мащення застосовуються переважно насоси шестеренчастого типу із зовнішнім та внутрішнім зчепленням, а також гвинтові насоси.

Розрахунок системи мащення має мету визначення витратних характеристик системи та встановлення на їх основі конструктивних параметрів елементів системи. Спочатку визначається кількість теплоти, що відводиться з маслом від двигуна, щодо якої встановлюються циркуляційні витрати масла у системі. У відповідності з тепловим балансом Q_м(кДж/с) становить (1,5…3)% від теплоти, введеної у двигун з паливом

, (2.1)

де: Q₀ – кількість теплоти, кДж, яка виділяється з паливом, внесеним в циліндр за 1с.

, (2.2)

де: H_u – найнижча теплота згоряння одного кілограма палива, кДж;

G_пал. – годинна витрата палива, кг/год.

Циркуляційні витрати масла (м³/с) при даному значенні Q_м

, (2.3)

де: ρ_м = 900 кг/м³ – густина масла;

с_м = 2,094 кДж/(кг·К) – середня теплоємність масла;

ΔТ_м = (10…15)К – температура нагріву масла у двигуні.

Для стабільності тиску масла у системі двигуна циркуляційні витрати масла звичайно збільшують у два рази

(2.4)

При визначенні розрахункової продуктивності масляного насоса V_p(м³/с) необхідно ураховувати витікання масла через торцеві та радіальні зазори, що враховують через об’ємний коефіцієнт подачі η_н.

Тоді

, (2.5)

де: η_н - вибирається в залежності від торцевих та радіальних зазорів між шестернями і корпусом, температури та в’язкості масла, розрідження на вході у насос та протитиску на виході з нього, частоти обертання шестерні, η_н.= 0,75…0,85.

Циркуляційні витрати масла системі мащення за одиницю часу (в кг/год) можна визначити також виходячи з питомої кількості відведеної маслом теплоти

,

де: ξ – коефіцієнт надлишку масла, необхідного на випадок перевантаження та форсування двигуна, порушення герметичності з’єднань системи, збільшення зазорів при зношенні, ξ=1,5…3,5;

N_e – номінальна ефективна потужність двигуна, кВт;

q – питома кількість відведеної маслом теплоти, для карбюраторних і газових двигунів, q=(230…520)кДж/(кВт·год). Якщо масло використовується для охолодження поршнів, розрахункова кількість теплоти зростає додатково на (450…570) кДж/(кВт·год);

ΔТ – перепад теплоти масла на виході із двигуна і на вході до нього: для суднових і тепловозних двигунів ΔТ=(5…15)^оС, для автотракторних двигунів з водомасляними охолодниками ΔТ=(20…25)^оС, для тих же двигунів з повітро-масляними охолодниками ΔТ=(5…8)^оС;

с_м – теплоємність масла, с_м=(1,68…2,10) кДж/(кг·К).

Таким чином, подача масляного насоса, л/год.

,

де: ρ – густина масла, кг/л.

Питомий об’єм масла, що заливається в систему мащення з мокрим картером для окремих двигунів (л/кВт) такий:

автомобільні карбюраторні 0,03…0,15

тракторні карбюраторні 0,34…0,48

швидкісні дизелі 0,07…0,21.

Об’єм циркуляційного бака в системах з сухим картером вибирають таким, щоб питомий об’єм масла складав не більше 2,1 л/кВт. Для забезпечення виділення з масла газів і парів бак повинен заповнюватись маслом не більш ніж на 70-75%.

При розрахунку насоса приймають, що об’єм зуба шестерні (м³) дорівнює об’єму западини між зубами (рис. 2.3)

, (2.6)

де: D₀ –діаметр початкового кола шестерні, м;

h – висота зуба, м;

b – довжина зуба, м.

Рисунок 2.3 – Схема масляного насоса

Розрахункова продуктивності насоса

. (2.7)

При висоті зуба, яка дорівнює двом модулям (h=2т), і D₀=zm

, (2.8)

де: z=(6…12) – число зубів шестерні в виконаних конструкціях;

m=(3…6)мм – модуль зачеплення.

Тоді

, (2.9)

де: u_н – колова швидкість обертання шестерні на зовнішньому діаметрі, м/с;

D=m(z+2) – діаметр зовнішнього кола шестерні, м.

Колова швидкість обертання шестерні на зовнішньому діаметрі не повинна перевищувати (8...10) м/с. При великих значеннях швидкості коефіцієнт подачі насоса значно зменшується через зростання опору на вході і впливу відцентрового ефекту.

Задавшись значеннями m, z і u_н із рівняння (2.8) знаходять довжину зуба

. (2.10)

Переріз вхідних і вихідних патрубків визначають по допустимим швидкостям масла, які складають: для вхідних патрубків - 0,3…0,6м/с, а для вихідних - 0,8…1,5м/с.

Потужність, що витрачається на привід масляного насоса, (кВт)

,

де: V_p – розрахункова продуктивність масляного насоса, м³/с;

р – робочий тиск масла в системі (в карбюраторних двигунах р=0,3…0,5МПа, в дизелях – р=0,3…0,7МПа);

η_м.н =0,85…0,90 – механічний ККД масляного насоса.