S 79. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ

Расчет подшипников скольжения на основе гидродинамической теории смазки заключается в определении минимально допустимого зазора между валом и подшипником, при котором сохраняется надежное жидкостное трение. Расчет обычно производится на режиме максимальной мощности. Минимальный слой смазки в подшипнике по гидродинамической теории смазки

Лт1„=55- 10-Vnd/(*epXc). (483)

где ц - динамическая вязкость масла, Н • с/м; п - частота вращения вала, об/мин; d - диаметр вала (диаметр шатунной или коренной шейки), мм; ср - среднее удельное давление на опорную поверхность подшипника, МПа; х = Д/ относительный зазор; Д -: диаметральный зазор между подшипником и валом, мм; с - I + d/l- коэффициент, характеризующий геометрию вала в подшипнике; / - длина опорной поверхности подшипника, мм.

Динамическая вязкость масла зависит в основном от двух факторов: от сорта масла и в еще большей степени от температуры. В табл. 75 приведены значения вязкости в зависимости от температуры для некоторых отечественных автомобильных, тракторных и дизельных масел. При выборе значения вязкости масла следует учитывать, что средняя температура масляного слоя в подшипниках, залитых баббитом, находится в пределах Т = 363-=- 373 К, а в подшипниках, залитых свинцовой бронзой, - Г = 373 ч- 383 К.

Таблица 75

Величина диаметрального зазора между подшипником и шейкой зависит от диаметра шейки и материала заливки. Диаметральный зазор дл шеек диаметром 50-100 мм находится в пределах: при работе в Подшипниках, залитых баббитом, А = (0,54-0,7) 10" d, а при работе в подшипниках, залитых свинцовистой бронзой, Дг= = (0,7 ч- 1,0) 10"d. Для шатунных шеек, поданным А. М. Гугина [8], Д = 0,007Vdm.m мм, где d.n, - диаметр шатунной шейки, мм.

Коэффициент запаса надежности подшипника

К = Лшщ/Лкр > 2, (484)

где Лкр - величина критического слоя масла в подшипнике, при котором возможен переход жидкостного трения в сухое:

.. Кр = К + К + К- (485)

Критический слой масла в подшипнике определяется величинами неровностей поверхностей вала и подшипника Лц, а также h учитывающей Искажение геометрических форм сопряженных деталей Однако учитывая, что неровности, зависящие в начальный момент только от вида механической обработки поверхностей, при работе двигателя уменьшаются (за счет приработки), а определение величины Лг крайне затруднено, для приближенных расчетов можно принимать

Лкр = + Лц. 48gj

Значения "Лв и Ад (мм) при различных видах механической обработки поверхностей находятся в пределах:

Алмазное растачивание............. 0,00030 о 00160

Чистовое шлифование.............. 0,00020 о 00080

Чистовое полирование или хонингование .... 0,00010 О 00040

Суперфиниш ................... 0,00005 о]оо025

Расчет шатунного подшипника карбюраторного двигателя. На

основании данных расчета шатунного подшипника (см. § 55) имеем: диаметр шатунной шейки d., = 48 мм; рабочая ширина шатунного вкладыша 4.ш = 22 мм; среднее удельное дабление на поверхности шейки ш.ш.ор = 10.5 МПа; частота вращения коленчатого вала п = = 5600 об/мин.

Диаметральный зазор

А = 0,007 yiZ = О 007 = 0,0486 мм.

Относительный зазор х = ш.ш = 0,0486/48 = 0,001. \ Коэффициент, учитывающий геометрию шатунной шейки:

с = 1 -f d.m/r = 1 + 48/22 = 3,18. Минимальная толщина масляного слоя

ftmin = 55 . 10->Пбгш.ш/(ш.ш.свХС) =

= 55 • 10-» • 0,0136 . 5600 . 48/(10,5 • 0,001 -3,18) =. 0,006 мм,

гдец = 0,0136Н . с/м"- определяется по табл. 75 для масла АК-15 при Т = 373 К (подшипник залит свинцовистой бронзой). Величина критического слоя масла

йкр = Ав Ч- Лп = 0,0007 + 0,0013 = 0,002 мм,

где Ав = 0,0007 - величина неровностей поверхности шейки после чистового шлифования, мм; = 0,0013 - величина неровностей поверхности вкладыша после алмазного растачивания, мм. .Коэффициент запаса надежности подшипника

К = Лтш /Лкр= 0,006/0,002 = 3.

Расчет коренного подшипника дизеля. На основании данных расчета коренных подшипников (см. § 56) имеем: диаметр коренной шейки

ш = 90 мм; рабочая ширина коренного вкладыша /к.ш = 27 мм; среднее удельное давление на поверхности коренной шейки к.ш.ср = = 15,4 МПа; частота вращения коленчатого вала п = 2600 об/мин.

Диаметральный зазор для подшипника, залитого свинцовистой бронзой, принимаем:

Д = 0.9 . 10-" . йк.ш = 0.9 • 10-" • 90 = 0,081 мм.

Относительный зазор

X = Шк.ш = 0,081/90 = 0,0009 мм.

Коэффициент, учитывающий геометрию коренной шейки:

c = l + dк.ш/C.ш=l + o/27 = 4.зз.

Минимальная толщина масляного слоя

Лшт = 55 . 10-9цПЙе.ш/(.ш.сРХС) =

= 55-10-" • 0,0113 . 2600 • 90/(15,4 • 0,0009 • 4,33) = 0,0024 мм, где» = 0,0113 И • с/м* - определяется по табл. 75 для масла Дп-14 при Т = 373 К.

Величина критического слоя масла

Лкр = Ав + = 0,0004 + 0,0007 = 0,0011 мм, где Лз = 0,0004 - величина неровностей поверхности шейки после чистого шлифования, мм; h„ = 0,0007 - величина. неровностей поверхности вкладыша после алмазного растачивания, мм. Коэффициент запаса надежности подшипника

К = hmJKp = 0,0024/0,0011 = 2,18.

Глава XIX

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ § 80. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплоюго состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения, меньшая - системой смазки и непосредственно окружающей средой.

В зависимости or рода используемого теплоносителя в автомобильных и тракторных двигателях применяют систему жидкостного или воздушного охлаждения. В качестве жидкого охлаждающего вещества используют воду и некоторые другие высококипящие жидкости, а в системе воздушного охлаждения - воздух.

Каждая из указанных систем охлаждения имеет преимущества и недостатки. К преимуществам жидкостного охлаждения следует отнести:

„„„ п,"" эффективный отвод тепла от нагретых деталей двигателя б б тепловой нагрузке;

/ "Ь1стрый и равномерный прогрев двигателя при пуске; двигатУ""""" применения блочных конструкций цилиндров

\ лШая склонность к детонации в бензиновых двигателях; лее стабильное теплоюе состояние двигателя при изменении режима его работы;

ньшие затраты мощности на охлаждение и возможность исполь-Не "•ой энергии, отводимой в систему охлаждения. "Достатки системы жидкостного охлаждения: 3j оольшие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации; ниженная надежность работы двигателя при отрицательных

температурах окружающей среды и большая чувствительность к ее H3MeHeijjjjQ

Систему жидкостного охлаждения наиболее целесообразно использовать в форсированных двигателях и в двигателях е относительно оольшим рабочим объемом цилиндра; систему воздушного охлажде-в двигателях с рабочим объемом цилиндра до 1 л независимо

от степени форсировки и в двигателях с небольшой литровой мощностью.

Рзсце основных конструктивных элементов системы охлаждения производится исходя из количества тепла, отводимого от двигателя в единицу времени.

Рй Водяном охлаждении количество отводимого тепла (Дж/с)

Qb = Сжж (Твод.вых - Гвод.вх ), (487)

\.Я» - количество воды, циркулирующей в системе, кг/с; с = ~пят7 - теплоемкость воды, Дж/(кг • К); Гвод.вых и Гвод.вх - тем-пературз выходящей из двигателя воды и входящей в него, К.

е1ичину Qb можно определить и по эмпирическим зависимостям (СМ. ypaBjjgjjjj теплового баланса, § 17 и 18).

тепло, отводимое охлаждающей водой, оказывают влияние многие эксплуатационные и конструктивные факторы. С увеличением частоты вращения двигателя и температуры охлаждающей воды, а также Коэффициента избытка воздуха величина уменьшается, а с увеличением размеров охлаждающей поверхности и отношения хода поршня к диаметру цилиндра возрастает.

асчет системы жидкостного охлаждения сводится к определению основных размеров водяного насоса, поверхности радиатора и подбору вентилятора.

Фи Воздушном охлаждении тепло от стенок цилиндров и головотс двигателя отводится обдувающим их воздухом. Интенсивность воздушного охлаждения зависит от количества и температуры охлаждающего воздуха, его скорости, размеров поверхности охлаждения и расположения ребер относительно потока воздуха.

количество тепла (Дж/с), отводимого от двигателя системой воз-душногд охлаждения, определяется по эмпирической зависимости (СМ. § jg уравнения

СвозД - воздСвозд (Твозд.вых 7"возд.вх).

где Овозд - расход охлаждающего воздуха, кг/с; с средняя теплоемкость воздуха, Дж/(кг • К); Гвозд.вых

(488) = 1000 -

температура воздуха, входящего в межреберное пространство и выходящего из него, К. .

В расчетах принимают, что от стенок цилиндров отводится 25 -40% общего количества тепла Qbow остальная часть - от головок двигателя.

§ 81. ВОДЯНОЙ НАСОС

Водяной насос служит для обеспечения непрерывной циркуляции воды в системе охлаждения. В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее применение получили центробежные насосы с односторонним подводом жидкости.

Расчетная производительность насоса (м*/с) определяется с учетом утечек жидкости из нагнетательной полости во всасывающую:

<3.р = Gjn, (489)

где "П = 0,8 - 0,9 - коэффициент подачи.

Циркуляционный расход воды в системе охлаждения двигателя

От = QJiCmPmATJ,

(490)

где - плотность воды, кг/м*; ДГ -температурный перепад воды в радиаторе, равный 6-12 К-

Входное отверстие насоса должно обеспечить подвод расчетного количества воды. Это достигается при выполнении условия

(491)

G».p/c, = ir(rf- г2).

где Cj = 1 2 - скорость воды на входе, м/с; г, и Го - радиус входного отверстия и ступицы крыльчатки, м. .

Из равенства (491) определяют радиус входного отверстия крыльчатки:

П = У G,p/Tzci + г1. Окружная скорость схода воды

(492)

(493)

где и 62 - углы между направлениями скоростей сг, Ыг и Wz (рис. 133); рд,= (54- 15) 10* - напор, создаваемый насосом. Па; т) = 0,6-- 0,7 - гидравлический к. п. д.

При построении профиля лопатки крыльчатки принимают угол аг = 8+ 12°, а угол 83= 1250°. С увеличением 82 растет напор, создаваемый насосом, поэтому иногда этот угол берут равным 90° (радиальные лопатки). Однако увеличение 62 приводит к уменьшению к. п. д. насоса.

РнС 133. Схема построения профиля лопатки водяного насоса

Радиус крыльчатки на выходе (м)

Г2 = 30иЛтв.п) = Щ/а>в.а, (494)

где Пв.н - частота вращения крыльчатки в минуту; сов.н - угловая скорость крыльчатки водяного насоса.

Окружная скорость определяется из равенства

"i/ri = Мг/Гг, (495)

откуда Ml = Uzrjrz м/с.

Если угол oj между скоростями Ci и равен 90°, то угол fij находится из соотношения

tgp, =Ci/M,. (496)

Ширина лопатки на входе bj и на выходе bz (рис. 133, а) определяется из выражений:

Ь, =-- ж-Р . (497)

(27ri-zSi/sinpr)Ci

Ь, = --SiP-, (498)

(22-2b,/sin Pale,

где г = 3 8 - число лопаток на крыльчатке; 8j и 82 - толщина лопатки у входа и выхода, м; с, - радиальная скорость схода, м/с:

Cr-PH,tga2/(APH,"i!)- С499)

Ширина лопаток на входе для крыльчаток водяного насоса изменяется в пределах bj = О.ОЮч- 0,035 м, а на выходе -Ьг - 0,004 - Ч- 0,025 м. .

Построение профиля лопатки насоса приведено на рис. 133, б и заключается в следующем. Из центра О радиусом Г2 проводят внешнюю