Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Для расчетаприняты следующие параметрыподшипника:D – диаметральный зазор, равный разности диаметров вкладышаdв и шейки вала d: D = dв - d;d – радиальный зазор: d = 0,5D;Y – относительный диаметральный зазор: Y = D/d;(7.2)От pn зависят тепловой режим иизнос подшипника. В подшипниках автомобильных двигателей pn == 25–35 МПа×(м/с).Более высокий уровень математических моделей предусматривает выполнение гидродинамического и теплового расчета подшипника. При этом в зависимости от полноты учета различныхфакторов, влияющих на работуподшипника, модели могут существенно различаться.В первом приближении прирасчете используют среднее зарабочий цикл давление масла pср,Рис.
7.7. Расчетная схема подшипника279l/d – относительная длина подшипника;e – эксцентриситет;c – относительный эксцентриситет: c = e/d;hmin – минимальная толщина масляного слоя: hmin = d(1 - c);hmax – максимальная толщинамасляного слоя: hmax = d(1 + c).Гидродинамический расчет подшипника скольжения основан наприменении уравнения Рейнольдса,которое в полярных координатахможет быть представлено в видеé6mw cos j - cos j 0 ùdp = ê 2 cúdj,(1 + c cos j) 3 ûëY(7.3)где m – динамическая вязкость масла; w – угловая скорость; j – текущий угол; j0 – угол сечения, в котором давление масла максимально.Текущее давление pj масла определяется интегрированием по дуге от начального угла j1 несущегослоя маслаjpj = ò dp.(7.4)j1jа – угол положения линии центровподшипника и вала; j1 и j2 – углыграниц несущего масляного слоя.Функцию Ф, характеризующуюположение шейки вала в подшипнике, называют коэффициентом нагруженности подшипника.
ЗначениеФ зависит от угла обхвата j2–j1. Поопытным данным для цилиндрических подшипников ориентировочнопринимают j1 » 60° и j2 » 180°. Нарис. 7.8 приведены зависимости относительного эксцентриситета c ифункции Ф. По найденным значениям Ф и c определяют минимальную толщину слоя масла hmin.Для определения коэффициентанагруженности требуется определить вязкость масла, которая зависит от температуры масляногослоя.
Для этого производят тепловой расчет подшипника, который,помимо определения вязкости масла, необходим для оценки количества прокачиваемого через подшипник масла, обеспечивающего требуемый температурный режим приработе подшипника.Тепловой расчет основан на составлении теплового баланса подшипникаНесущая способность масляного слояj2Pr =dlpj [-cos(j a + j)]dj =2 jò1mwdl= 2 Ф,yгдеj2F = 3 ò[-cos(j a + j)]dj ´(7.5)Qтр = Qм + Qст ,где Qтр – количество теплоты, выделяемое при работе подшипника;Qм – количество теплоты, отводимое от подшипника при работе свытекающим маслом; Qст – количество теплоты, отводимое через корпус подшипника.Среднее количество теплоты прирасчете подшипника Qтр определяютпо следующей формуле:j1Qтр = M тр w,jc(cos j - cos j 0 )´òdj;3j 1 (1 + c cos j)(7.6)(7.7)где Мтр – момент трения на шейкевала.280Рис.
7.8. Значения эксцентриситета c в функции коэффициента нагруженности:а – c = 0,20–0,80; б – c > 0,80С учетом зависимости (7.5) выражение (7.7) можно представить в видественно для нагруженной и ненагруженной частей подшипника:Qтр = (mw2 d 2 l)C т 2y , (7.8)pгде Ст =+ 0,438cФ 1 - c 2 .21-cНа рис. 7.9 дана зависимость коэффициента Ст от относительногоэксцентриситета c при различныхотношениях l/d.Количество теплоты Qм, отводимой от подшипника с маслом,V м = V1 м + V 2 м ,Qм = c м r мV м (T вых -T вх ), (7.9)где cм – удельная теплоемкость мас3ла – (1,7–2,1)10 Дж/(кг×К); rм –3плотность масла (870–890) кг/м ; Tвых,Tвх – температура масла соответственно на выходе и входе из подшипника, °С; Vм – объемный расход масла, прокачиваемый через подшип3ник, м /с.Полный расход масла Vм определяют как сумму расходов соответ(7.10)где V1м = 0,5Yld wq1; V2м = 0,5Yld wq2.22Рис. 7.9. Зависимость коэффициента сопротивления при вращении шейки вала от относительного эксцентриситета:1 и 5 – l/d = 0,7; 2 и 6 – l/d = 0,6; 3 и 7 – l/d == 0,4; 5 и 8 – l/d = 0,3281Рис.
7.10. Зависимость коэффициента объемного расхода масла b от относительного эксцентриситета для различных углов обхвата jКоэффициенты расхода определяются по формулам105, - c + 0,08(1 d) 2 üq1 = 0,3(0,2 + c);ï105, - c + 0,43(1 d) 2 ýïq 2 = bФ(d 1) 2 pвх p,þ(7.11)где рвх – давление масла на входе вподшипник; b – коэффициент объемного расхода масла, определяемый в зависимости от угла обхватапо графикам на рис. 7.10.Доля количества теплоты, отводимой через вал и корпус подшипника, невелика, и при расчетах ею часто пренебрегают, как иколичеством теплоты, отводимымс маслом, вытекающим через торец нагруженной части подшипника.При расчете задаются давлением рвх и температурой масла Твх навходе в подшипник. Для автомобильных двигателей принимаютрвх = 0,3–0,4 МПа и Твх = 70–75 °Сдля двигателей с принудительнымвоспламенением; рвх = 0,4–0,6 МПаи Твх = 75–80 °С для дизельныхдвигателей.Для тракторных двигателейдавление масла на входе в главную масляную магистраль составляет 0,25–0,45 МПа.
Повышение давления масла в масляной магистрали не сильно сказывается на работе подшипников.При работе на холостом ходудавление масла должно быть неменее 0,07–0,10 МПа.Для форсированных дизельныхдвигателей специального назначения рвх = 0,6–1,5 МПа, для малооборотных рвх = 0,08–0,18 МПа. Втепловозных дизельных двигателяхрвх = 0,45–0,5 МПа. Максимальнаядопускаемая температура масла навходе в двигатель 75–88 °С.С помощью приведенных зависимостей можно расчетным путем в первом приближении оценивать работоспособность подшипников скольжения. Для этогодолжны быть заданы: диаметр d идлина l шейки, частота вращенияn вала, средняя за рабочий циклрадиальная нагрузка Рrср, высотанеровностей поверхностей шейкиhв и вкладыша hп после чистовойобработки, диаметральный зазорD, давление масла на входе в подшипник рвх, марка масла и зависимость динамической вязкостимасла m от температуры масла Тм.Задаваясь несколькими значениями температур Тм, определяютсоответствующие значения вязкости масла m (рис.
7.11). Подсчитывают коэффициент нагруженности Ф, затем по графикам(см. рис. 7.8) и принятому значению l/d находят относительныйэксцентриситет c и минимальнуютолщину масляного слоя hmin длявыбранных значений Тм. Искомые численные значения параметров при работе подшипникадолжны обеспечить его тепловойбаланс Qтр = Qм, по которому определяют действительную среднюю температуру масла в под282Рис. 7.11. Зависимость вязкости моторных масел от температуры:1 – М – 16 – Г2(к); 2 – М – 63/14 – Г; 3 – М –63; 4 –М–16 – 53/10 – Г1; 5 – М – 8 – Г2(к);6 – М – 43/6 – В1Рис. 7.12. Определение средней температурымасла в подшипникешипнике (рис. 7.12) и соответствующее ей действительное значение hmin, которое сравнивают свысотой неровностей hв + hп инаходят коэффициент безопасности S по толщине масляногослоя: S = hmin/(hв + hп), которыйдолжен быть не менее 2.Нагрузка на подшипник поршневых двигателей переменна по величине и направлению и имеет пеРис.
7.13. Траектория движения центра шатунной шейки коленчатого вала тепловозного двигателя 10 ДН 20,7/2´25,4 на различных позициях контроллерариодический характер на установившемся режиме работы двигателя. При этом ось шейки коленчатого вала движется в пределах зазораD по замкнутой траектории, зависящей от нагрузки и частоты вращения двигателя (рис. 7.13). Приэтом границы области обеспечениянесущей способности подшипникамогут изменяться. Толщина масляного слоя при некоторых положениях шейки вала может оказатьсяменьше критической (значение cприближается к единице). Однакоэти критические положения, когдарежим работы подшипника переходит от гидродинамического к полужидкостному, могут быть неопасны, если длительность их невелика (не более 20 % продолжительности цикла).Рассмотреннаяматематическая модель не учитывает рядфакторов, влияющих на работу283подшипников скольжения.
Будучи одномерной, она не позволяетоценитьизменениедавления(см. рис. 7.1) по длине подшипника. Кроме того, не учитываетсяв полной мере переменность нагрузки за рабочий цикл подшипника и влияние напряженнодеформированного состояния опорподшипника (кривошипной головки шатуна, подвески коренных шеек коленчатого вала) натолщину масляного слоя в подшипнике; не принимается вовнимание изменение температуры масла в пределах масляногоклина и др. Поэтому существуютболее точные математические модели.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
