Tính tốn Động đốt Chương * Tính toán hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hồ khí 6-1 Chương Tính tốn hệ thống nhiên liệu xăng dùng BCHK 6.1 Tính tốn phận chế hòa khí 6.1.1 Vật liệu chế tạo chi tiết Hầu hết chi tiết chế hòa khí dùng kim loại màu để tránh rỉ Thân chế hòa khí: Hợp kim kẽm với thành phần 0,6 ÷ 0,9%Cu; 3,5 ÷ 4,5% Al; 0,2% Mg; lại Zn, cho phép có khơng 0,12% tạp chất (trong khoảng 0,015%Pb), 0,1% Fe, 0,002% Sn, 0,005% Cd Hợp kim có ứng suất kéo giới hạn ≥ 27000 MN/m2, độ cứng Brinen ≥ 73 ứng với lực ép 9810N đường kính viên bi 10mm, chiều dài L = 5d (d - đường kính mẫu kéo); độ giãn nở tương đối ≥ 4,2% thân chế hòa khí phức tạp nên phải dùng phương pháp đúc áp lực Phao xăng: Hầu hết chế tạo đồng thanh, có xu hướng dùng chất dẻo polycaprolactam nhựa tổng hợp MCH hai loại đảm bảo cho phao đạt chất lượng tốt Phao làm chất dẻo giảm thể tích phao từ giảm thể tích buồng phao (vẫn đảm bảo sức ép lên van kim), sức bền học tốt hơn, giá thành chế tạo thấp (khoảng ÷ 2,5 lần so với đồng thanh) Ngồi người ta dùng chất dẻo làm họng vài chi tiết chế hòa khí Các gíc-lơ, thân van kim, pittơng thường làm đồng ΛC59 Bướm gió bướm ga làm đồng Λ63 Thân buồng hỗn hợp đúc gang xám C 18-36 C 21-14 6.1.2 Buồng hỗn hợp 6.1.2.1 Tính đường kính buồng hỗn hợp Đường kính buồng hỗn hợp kích thước quan trọng, dựa vào đường kính để chọn chế hòa khí cho động db =an Vh i n (mm) 1000 (6-1) an - Hệ số dao động dòng chảy, phụ thuộc vào số xilanh dùng chung buồng hỗn hợp; Vh - thể tích cơng tác xilanh (dm3); i - số xilanh dùng chung buồng hỗn hợp; n - số vòng quay động (v/ph) Số xilanh Hệ số an 24,2 17,1 14,15 13 12,85 11,9 6.1.2.2 Kiểm nghiệm tốc độ khơng khí qua buồng hỗn hợp Theo kinh nghiệm nhà sản xuất, động đạt tiêu kinh tế kỹ thuật tốt tốc độ vtb = 40 ÷ 60 m/s (4 xilanh có chung buồng hỗn hợp), vtb = 20 Tính tốn Động đốt Chương * Tính toán hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hồ khí 6-2 ÷ 30 m/s (nếu xilanh chung đường hỗn hợp) Tốc độ trung bình dòng khí qua buồng hỗn hợp tính theo cơng thức: v tb = I I Khơng khí Khơng khí Xang II II dh db Hình 6.1 Sơ đồ tính buồng hỗn hợp Vh i.n.η v ψ τ.π.db 750 ; (m/s) (6-2) Trong đó: Vh - thể tích cơng tác xilanh (m3); i - số xilanh dùng chung buồng hỗn hợp; n - số vòng quay động (v/ph); db - đường kính buồng hỗn hợp (m); ηv - hệ số nạp; ψ - hệ số qt khí; τ -số kỳ Vì xilanh chung buồng hỗn hợp thời gian mơi chất qua buồng hỗn hợp nhỏ (chỉ chiếm khoảng 1/4 1/2 thời gian chu trình có xilanh) 6.1.2.3 Chiều dài buồng hỗn hợp Chiều dài buồng hỗn hợp lb= (0,8 ÷ 1,8)db 6.1.3 Xác định kích thước họng: 6.1.3.1 Xác định sơ đường kính: Đường kính họng định lưu lượng khơng khí qua họng tốc độ thực tế khơng khí qua họng giới hạn theo thực nghiệm Chọn sơ đường kính họng dh theo kinh nghiệm - Loại họng: dh = (0,6 ÷ 0,8)db - Loại hai họng : dhn = (0,6 ÷ 0,8)db dht = (0,2 ÷ 0,3)db - Loại ba họng : dhn = (1 ÷ 1,2)db dhg = (0,4 ÷ 0,5)db dht = (0,2 ÷ 0,3)db dh - đường kính họng dhn , dhg , dht - đường kính họng ngồi, họng họng db - đường kính buồng hỗn hợp 6.1.3.2 Độ chân không họng: 2 ρ k ⎡ ⎛ D ⎞ ni η v ⎤ ⎢S ⎜ ⎟ ⎥ ; (N/m2) ∆p h = ⎢ ⎜⎝ d h ⎟⎠ 120 µ h ⎥ ⎣ (6-3) ⎦ µh - Hệ số lưu lượng họng, phụ thuộc vào hình dáng, chất lượng họng số họng Tính tốn Động đốt Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hồ khí 6-3 µh = 0,85 ữ 0,9 - vi loi mt hng àh = 0,7 ÷ 0,85 - với loại hai ba họng Chú ý rằng: ∆ph số theo thời gian, dao động ∆ph lớn số vòng quay động thấp số xilanh ∆ph - độ chân khơng họng (N/m2), thường khoảng 2000-15000 N/m2 6.1.3.3 Tốc độ thực tế không khí qua họng: v k = µh 2∆ph ; (m/s) ρk (6-4) Tốc độ thực tế khơng khí qua họng nằm khoảng 40 - 130 m/s 6.1.3.4 Lưu lượng khơng khí qua họng: Gk = η v Vh ni ρk ; 120 (kg/s) (6-5) Vh : thể tích cơng tác xi lanh( m3); n: số vòng quay động (v/ph); ρk: khối lượng riêng khơng khí trước ống nạp = 1,1 -1,2 (kg/m3); i: số xilanh; ηv: hệ số nạp =0,7-0,9 6.1.3.5 Đường kính xác họng: dh = 4Gk ; π.v k ρ k (m) (6-6) Tốc độ vtb chọn đảm bảo kết tốt lựa chọn xác tỷ số tiết diện lưu thông họng khuếch tán fh tiết diện lưu thông buồng hỗn hợp fb: Với chế hòa khí lắp động ơtơ fh =0,4 ÷0,75 fb Với chế hòa khí lắp động xe máy, xuồng máy f h = fb Khơng khí Khơng khí Nếu f h nhỏ làm tăng áp suất tĩnh fb sau họng khuếch tán, xăng khó bay hơi, mặt khác gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng làm việc hệ thống không tải Xang dh db Nếu f h lớn quá, ảnh hưởng xấu tới khả fb phục hồi áp suất tĩnh khu vực sau họng khuếch tán làm tăng tổn thất chế hòa khí Hình 6.2 Sơ đồ tính tốn BCHK giảm độ chân khơng sau gíc lơ 6.1.4 Tính gíc lơ vòi phun: Trường hợp chế hồ khí dùng hệ thống phun giảm độ chân khơng sau gíc lơ chính: Tính tốn Động đốt Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hồ khí 6.1.4.1 Tốc độ nhiên liệu qua gíc lơ: v nl = µ g ( ∆p h − ∆p kk ) (m/s) ρnl Với: ∆p kk = (6-7) ∆p h ⎛f ⎞ + ⎜ gk ⎟ ⎝ fv ⎠ Ở ∆pkk: độ chân khơng ống khơng khí; fgk tiết diện gíc lơ khơng khí (m2); fv tiết diện vòi phun (m2) 6.1.4.2 Lưu lượng khơng khí qua gíc lơ khơng khí: G gk = µ gk f gk 2ρk (∆p h − ∆p kk ) ; (kg/s) (6-8) 6.1.4.3 Đường kính gíc lơ nhiên liệu: dg = 4G nl ; (m) π.v nl ρ nl (6-9) Gnl xác định theo công thức: Gnl = N e g e −3 10 (kg/s) 3600 vnl tốc độ nhiên liệu qua gíc lơ nhiên liệu 6.1.4.4 Đường kính gíc lơ khơng khí: d gk = 4G gk π.v gk ρ kk Khơng khí Khơng khí ; (m) (6-11) Xang vgk tốc độ khơng khí qua gíc lơ khơng khí Trường hợp chế hồ khí có gíc lơ gíc lơ bổ xung: Kích thước gíc lơ tính sau a Tốc độ nhiên liệu qua gíc lơ chính: ⎛ ∆p ⎞ v nl = µ g ⎜ h − gh ⎟ ; (m/s) ⎝ ρnl ⎠ (6-10) dh db Hình 6.3 Sơ đồ tính BCHK có gíc lơ bổ xung (6-12) µg: Hệ số lưu lượng qua gíc lơ xác định theo tỷ số lg/dg ∆ph ρnl: Khối lượng riêng nhiên liệu (kg/m3), xăng = 730-780kg/m3 g: gia tốc trọng trường = 9,81m/s2 h: Chênh lệch mức xăng miệng vòi phun (m) (kinh nghiệm h=2-5mm) b Đường kính gíc lơ chính: 6-4 Tính tốn Động đốt Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hồ khí 4Gnlc ; (m) π.v nl ρ nl dg = 6-5 (6-13) Gnlc: Lưu lượng nhiên liệu qua gíc lơ (kg/s) chiếm 90 - 95 % lượng nhiên liệu tiêu thụ giây động G nl = N e g e −3 10 ;(kg/s) 3600 (6-14) c Tốc độ lý thuyết nhiên liệu qua gíc lơ bổ sung: ; v nlp = 2gH (m/s) (6-15) H: mức xăng buồng phao (m) d Độ chân không sau gíc lơ bổ sung: ∆p p = v 2nlpρnl ; (N/m2) (6-16) e Đường kính gíc lơ bổ sung: d gp = 4G nlp π.µ gp v nlp ρ nl ; (m) (6-17) Gnlp: Lưu lượng nhiên liệu qua gíc lơ bổ xung (kg/s) Gnlp=Gnl-Gnlc µg: Hệ số lưu lượng qua gíc lơ bổ xung xác định theo tỷ số lgp/dgp ∆pp 6.1.4.5 Xây dựng đặc tính chế hòa khí: Đặc tính chế hòa khí quan hệ hệ số dư lượng khơng khí α với độ chân khơng họng ∆ph α= Gk G nl L0 a Đối với chế hòa khí dùng hệ thống phun giảm độ chân khơng sau gíc lơ chính: ⎛d α=⎜ h ⎜ dg ⎝ ⎞ µh ⎟⎟ ⎠ L 0µ g ⎛ d ⎞ µo ρk ∆p h +⎜ o ⎟ ρnl (∆p h − ∆p kk ) ⎜⎝ d g ⎟⎠ L0µ g (6-19) µ0 hệ số tiết lưu qua ống phun đường kính ống phun (m) b Đối với chế hòa khí dùng hệ thống phun có gíc lơ bổ sung: α= d 2h µ h ρk ∆p h L0 ⎡ d 2g µg ρnl ( ∆p h − ghρnl ) + d gp µ gpρnl 2gH ⎤ ⎢⎣ ⎥⎦ 6.1.5 Buồng phao: 6.1.5.1 Tính tốn cấu phao: Các thành phần lực tác dụng lên cấu phao (6-20) 6-6 Tính tốn Động đốt Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hoà khí F6 = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 F6 Trong đó: F1,F2,F3 F1 - lực đẩy áp suất xăng ống dẫn F2 - trọng lực van kim F3 - lực cần để đóng kín van kim F4 F4 - trọng lực tay đòn F5 F5 - trọng lực phao Hình 6.4 Sơ đồ lực tác dụng lên phao F6 - lực đẩy acsimet Trên sở tính tốn ta chọn chi tiết buồng phao nhằm giữ mức xăng thay đổi thay đổi lưu lượng xăng áp suất bơm chuyển xăng 6.1.5.2 Các kích thước buồng phao: Số liệu kinh nghiệm cấu buồng phao: - Đường kính đế van kim: 1,5 ÷ 2,2 mm - Góc đỉnh van kim: 900 ÷ 1200 Góc nhỏ góc vát đế van kim khoảng ÷ 20 làm cho van kim bám chặt lên đế van kim kim loại có biến dạng nhỏ - Khối lượng van kim: ÷ g - Khoảng cách từ trục quay đến van kim: ÷ 10 mm - Khoảng cách từ trục quay tới trục thẳng đứng phao: 20 ÷ 30 mm - Khối lượng phao: 10 ÷ 35 g - Thể tích phao: 35 ÷ 52 cm3 - Khối lượng riêng phao: 0,2 ÷ 0,385 g/cm3 - Phần thể tích phao chìm xăng: 0,5 ÷ 0,7 - Thể tích xăng chứa buồng phao: 50 ÷ 150 cm3 6.2 Bơm xăng: R 6.2.1 Tính tốn bơm xăng kiểu màng: Lưu lượng bơm xăng phụ thuộc vào: Đường kính thân bơm DT (mm) Diện tích tiếp xúc đĩa ép, ứng với D1(mm) Hành trình trục đẩy màng bơm hc(mm) 6.2.1.1 Lưu lượng lý thuyết bơm: Vlt = 6.10 −5 Vlt′.n ; (l/h) (6-21) Trong : πh Vlt′ = c ( DT2 + D12 + DT D1 ) 12 r δ D1 DT D2 B (a) A C D hc D1 D2 (b) Hình 6.5 Sơ đồ tính bơm màng (mm ) Tính tốn Động đốt Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hồ khí 6-7 n: số chu trình làm việc bơm phút πh c Vlt′ ≈ D1 Vlt đặc trưng cho kích thước bơm Thơng thường Vlt lớn 20 lần lượng nhiên liệu lớn động tiêu thụ Do chi tiết dẫn động bơm mòn đảm bảo cung cấp đủ xăng Lưu lượng thực tế bơm Vt (l/h) xác định bệ thử trường hợp khơng có đối áp sau bơm (trở lực van kim) Vct lưu lượng công tác bơm điều kiện xác định Vt có đối áp sau bơm Vct thường tính lớn lưu lượng tiêu thụ lớn động khoảng 2-3 lần khử bọt khí đường ống 6.2.1.2 Trình tự thiết kế bơm xăng: - Chọn hc khoảng 4-6mm (với bơm có DT = 0,5hc Khi r >=4 - chiều dày đĩa ép R>= 7-8 mm, bơm làm việc tốt Thường DT = (1,4 - 1,8)D1 Áp suất đẩy bơm ∆pb phụ thuộc sức cản sau bơm, ∆pb lớn lưu lượng không 120 - 250mmHg, áp suất phụ thuộc độ cứng lò xo màng bơm C= 13 - 25 N/cm; dlxo = 1,8 - 1,9mm; vật liệu lò xo thép 65Γ; Dtb= 20 - 30 mm, lo = 40 - 50 mm Màng bơm vải sơn đặc biệt, có khả đàn hồi chịu xăng Hành trình van chiều khoảng 1,5 - 2,5mm, đường kính lỗ van thường khoảng (0,12 - 0,16)DT Van phíp cao su chịu xăng lắp với đế van lò xo vào thân van dlxo = 0,2 - 0,4mm, số vòng 5,5 - 65, D = - mm, độ cứng 0,35 - 0,4 N/cm 6.2.2 Tính tốn bơm xăng kiểu bơm cánh gạt: Tham khảo theo tài liệu máy thủy khí 6.3 Thùng xăng: Thể tích thùng xăng: Động tĩnh tại: Tính tốn Động đốt Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hồ khí Vt = δ ge N e t ; ρ nl (lít) 6-8 (6-23) Động ôtô xe máy: Vt = δ S V100 ; 100 (lít) (6-24) Trong đó: δ - hệ số sử dụng thể tích: động máy kéo δ = 1,1; ơtơ, xe máy δ = 1,06 ÷ 1,12; ge - suất tiêu hao nhiên liệu (kg/kW.h); Ne - công suất có ích định mức (kW) t - số động làm việc liên tục chế độ toàn tải (thường t = 10 h); S - Quãng đường xe chạy ngày đêm quãng đường xe chạy khơng cần đổ xăng; V100 thể tích nhiên liệu tiêu thụ trung bình cho 100 km Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu Diesel 7-1 Chương Tính tốn hệ thống nhiên liệu Diesel 7.1 Tính tốn bơm cao áp: 7.1.1 Lượng nhiên liệu cung cấp cho xylanh chu trình cơng tác : N e g e τ 10−3 Vx = 120n.i.ρ nl (mm3) (7-1) Trong : Ne: Cơng suất có ích động (KW) ge: Suất tiêu hao nhiêu liệu (g/KW.h) n: Số vòng quay trục khuỷu (v/ph) τ: Số kỳ ρnl: Khối lượng riêng nhiên liệu (g/cm3) i: Số xi lanh Công suất đạt cực đại : Ne max tăng 10% Ne hay Ne max = 1,1 Ne Suất tiêu hao nhiên liệu lúc Ne max tăng lên (1,05 ÷ 1,1) % ge, tức là: ge Ne max = (1,05 ÷ 1,1) ge Lượng nhiên liệu cung cấp cho xylanh chu trình cơng tác chế độ Ne max : V 'x = 1,1.N e (1, 05 ÷ 1,1) g e τ 10−3 ;(mm3) 120.n.i.ρ nl (7-2) 7.1.2 Lượng nhiên liệu theo lý thuyết bơm phải cung cấp để bảo đảm cho động hoạt động: Vp = VX' +∆V1 + ∆V2 + ∆V3 η (7-3) ∆ V1: Độ tăng thể tích nhiên liệu rò rỉ trình cung cấp từ lúc bắt đầu bơm lúc bắt đầu phun ∆ V2: Độ tăng thể tích giãn nở đường ống ∆ V3: Thể tích nhiên liệu Hình 7-1 Sơ đồ tính tốn piston bơm cao áp Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống nhiên liệu Diesel 7-2 trở khoang cửa nạp Đặt: Vp = Vx’ + ∆ V1 + ∆ V2 +∆ V3 = α’ V’x Giá trị α’ phụ thuộc vào loại bơm cao áp α’ = 2,5 ÷ 3,0 V p = (2,5 ÷ 3) Vx' (mm3) η 7.1.3 Đường kính piston bơm cao áp : dp = 4V p (mm) πρ (7-4) Trong : ρ tỷ số hành trình lớn đường kính piston ρ = hp max dp = 1,0 ÷ 1,7 (Đối với động không tăng áp Vh= 0,61 – 1,9 (dm3) tốc độ n= 2000 – 4000 v/ph dp/D=0,065 -0,08.) 7.1.4 Hành trình lớn piston bơm cao áp : hpmax = d p ρ (mm) (7-5) Thường dp chế tạo theo chuỗi kích thước tiêu chuẩn: 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5… (mm) hpmax theo chuỗi: 7; 8; 9; 10; 12; 16; 20… 7.1.5 Hành trình có ích piston: hp = fp = (mm2) Vx' η fp πdp2 (mm) (7-6) tiết diện ngang piston 7.1.6 Tính tốn van cao áp: Van cao áp phải có đủ tiết diện lưu thơng để giảm trở lực Tiết diện lưu thông qua mặt côn (mặt làm việc) van loại nấm f v = π h v ( d v + h v sin ϕ ) sin ϕ (7-7) hv - Hành trình nâng có ích van, dv - Đường kính nhỏ mặt cơn, Hình 7-2 Sơ đồ tính tốn van cao áp Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-1 Chương Tính tốn hệ thống bơi trơn 9.1 Tính tốn ổ trượt: Khi tính ổ trượt (thiết kế động kiểm nghiệm động có) thường vào kết tính tốn phần tính toán động lực học xác định lực tác dụng ổ trục (ổ đầu to truyền ổ trục khuỷu) Kết tính tốn sức bền trục khuỷu kết việc thiết kế bố trí chung, ta xác định kích thước: chiều dài l đường kính d ổ trục Hồn tồn kiểm nghiệm ổ trượt cách gần theo áp suất trung bình ktb, áp suất cực đại kmax hệ số va đập trình bày số cơng thức giáo trình tính tốn thiết kế động Tuy nhiên, phép tính kiểm nghiệm theo ktb kmax gần Ngồi việc tính tốn kiểm nghiệm để so sánh ktb, kmax cần phải tính tốn bơi trơn ổ trượt theo lý thuyết thuỷ động 9.1.1 Các thông số ổ trượt: D, d - Đường kính ổ, trục ∆ - Khe hở ổ trục ∆ = D-d = ∆/2 δ - Khe hở bán kính, δ ψ - Khe hở tương đối, ψ = ∆/d = δ/r Hình 9.22 Sơ đồ ổ trượt bơi trơn thuỷ động l/d - Chiều dài tương đối ổ trục Hình 9.1 Sơ đồ ổ trượt bôi trơn thuỷ động e - Khoảng lệch tâm trục ổ bôi trơn ma sát ướt χ - Độ lêch tâm tương đối, χ = e/δ ϕ1, ϕ2 - Góc tương ứng với với điểm bắt đầu kết thúc chịu tải màng dầu hmin, hmax - Chiều dày nhỏ lớn màng dầu, hmin = δ - e 9.1.2 Xác định áp suất tiếp xúc bề mặt trục: Khi tính tốn ổ trượt ta có thơng số: - Chiều dài ổ trượt l, - Đường kính trục d, Kết tính tốn động lực học cho phụ tải trung bình Qtb phụ tải trung bình vùng phụ tải lớn Q’tb hệ số ktb k’tb xác định theo cơng thức: Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bôi trơn k tb = 9-2 Q tb , dùng để xác định nhiệt độ trung bình màng dầu l d k ' tb = Q ' tb , dùng để xác định chiều dày nhỏ màng dầu l d Hình 9.2 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to truyền Chọn áp suất bôi trơn nhiệt độ dầu vào ổ trượt: Nhiệt độ dầu vào ổ trượt chọn phạm vi: 70 ÷ 75 0C Áp suất bơi trơn lựa chọn: - Động xăng pb= 0,2 ÷ 0,4 MN/m2; - Động diêden tốc độ trung bình pb = 0,2 ÷ 0,8 MN/m2; - Động điêden tốc độ cao, cường hố pb = 0,6 ÷ 0,9 MN/m2; Lựa chọn loại dầu nhờn: Thường chọn theo động loại, cỡ công suất Từ xác định sơ độ nhớt dùng để tính tốn ổ trượt Xác định hệ số phụ tải: φ= k ⎛∆⎞ −4 ⎜ ⎟ 10 d- (cm); ∆ - (µm); µ - Độ nhớt dầu (KG.s/m ) µω ⎝ d ⎠ Sau có hệ số phụ tải φ, qua đồ thị 9-3 xác định χ theo tỷ số l/d Áp suất tiếp xúc k tính theo áp suất trung bình ktb - Khe hở ∆ ta chọn cách sơ bộ: Với đường kính trục từ 50 ÷ 100 mm chọn theo cơng thức kinh nghiệm sau: - Đối với ổ trục dùng hợp kim babit ∆ = 0,5.10-3d - Đối với ổ trục dùng hợp kim đồng chì ∆ = (0,7 ÷ 1,0) 10-3d Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-3 9.1.3 Kiểm nghiệm trạng thái nhiệt ổ trượt: Xác định nhiệt độ màng dầu bơi trơn dựa phương trình cân nhiệt, nhằm xác định xác nhiệt độ làm việc màng dầu, để xác định độ nhớt dầu Nhiệt lượng Qms ma sát ổ trục gây cân với lượng nhiệt dầu nhờn đem khỏi ổ trục (Qdm) lượng nhiệt ổ trục truyền cho môi chất chung quanh (Qtn) Qms = Qdm + Qtn (9-1) Nhiệt lượng ổ trục phát ra: Qms = Lms 427 kcal/s Trong đó: Lms- công ma sát ổ trục; L ms= F v0; = f.Qtb F - lực ma sát (kG) : F = f.P (f - hệ số ma sát); Hình 9.3 Quan hệ biến thiên hàm số χ=f(φ) a, Đối với loại có độ lệch tâm tương đối trung bình b, Đối với loại có độ lệch tâm tương đối lớn v0 - vận tốc vòng ngồi trục (m/s); v0 = theo mm) πdn 60000 ω= (m/s)( d - tính πn (rad/s) 30 Khi Qms tính: Qms = 1,17.10-5 ktbd2lωf (9-2) Hệ số ma sát f xác định theo quan hệ sau: f = β ∆ =βψ d (9-3) Hình 9.4 Biến thiên hệ số β theo χ l/d a, Đối với loại có độ lệch tâm tương đối trung bình b, Đối với loại có độ lệch tâm tương đối lớn Trong : β - hệ số bổ sung, phụ thuộc vào độ lệch tương đối χ tỷ số l/d Quan hệ biến thiên β theo χ l/d giới thiệu hình (9-4) Hình (9.4) cho thấy độ chênh lệch tương đối χ tỷ số l/d lớn hệ số β giảm Nhiệt lượng dầu nhờn mang khỏi ổ trục: Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bôi trơn 9-4 Q dm = Cdn V’ρ 10-3 (tr- tv); (kcal/kg0C); Trong đó: Cdn - Tỷ nhiệt dầu nhờn, (kcal/kg0c); V’- Lưu lượng dầu nhờn qua ổ trục (cm /s) ρ - Khối lượng riêng dầu (kg/l); tr tv - Nhiệt độ dầu nhờn khỏi ổ trục vào ổ trục (0C) Mật độ dầu nhờn 200C lấy 0,9 ÷ 0,92 Tỷ nhiệt chọn phạm vi 0,45 ÷ 0,50 kcal/ kg0C Khi nhiệt độ tăng lên, độ nhớt giảm theo tỷ nhiệt lại tăng lên.Trong phạm vi làm việc ổ trục, coi quan hệ tăng giảm chúng tuyến tính tích cdn ρ coi khơng thay đổi Trị số thường vào khoảng 0,43÷0,45 Lưu lượng dầu nhờn chảy qua khe hở ổ trục V’ xác định sau: V’= V’1+ V’2 (9-4) Trong đó: V’1 - Lưu lượng dầu nhờn chảy qua vùng chịu tải trọng V’2- Lưu lượng dầu nhờn chảy qua vùng khơng chịu tải trọng Hình 9.5 Quan hệ biến thiên hàm ζ= F(χ, l/d) Lưu lượng dầu V’1 xác định sau: V’1=ξd2ω∆; (cm3/s) (9-5) Trong đó: ξ - hệ số phụ thuộc vào độ lệch tâm tương đối tỷ số l/d Quan hệ biến thiên chúng giới thiệu hình 9.5 d - Đường kính trục (cm); ω - Vận tốc góc (1/s); ∆- Khe hở ổ trục (µm) Lưu lượng dầu nhờn chảy qua vùng không chịu tải trọng xác định sau: V2' = A α / p b d∆2 ; (cm3/s) lµ Trong đó: (9-6) Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-5 pp - áp suất bơm dầu (kG/cm3); l d -Chiều dài đường kính ổ trục (cm) µ - Độ nhớt dầu nhờn (kG.s/m2) ∆- Khe hở ổ trục (µm) A - Hệ số liên quan đến phân vùng chịu tải ổ trục; α‘- Hệ số liên quan đến phân vùng chịu tải ổ trục độ lệch tâm tương đối Khi vùng không chịu tải 2400: A= 8,73.10-10; α‘ = 1+0,62χ + 0,1285χ2 +0.0088χ3 (9-7) Khi vùng không chịu tải 230 : A= 8,35.10-10 α‘ = 1+ 0,574χ + 0,11χ2 + 0,007χ3 (9-8) Nhiệt lượng Qtn ổ trượt truyền cho môi chất chung quanh: Theo thực nghiệm Qtn thường chiếm khoảng (0,10 ÷ 0,15) Qms Qms Do coi : Qtn = (0,10 ÷ 0,15 ) Để tăng hệ số an toàn cho ổ trượt, người ta coi Qtn = Khi giải đồ thị, ta thường chọn trước giá trị nhiệt độ làm việc màng dầu ổ trục Ở nhiệt độ ta tiến hành xác định giá trị Qms, Qdm, Qtn Xây dựng đồ thị biểu diễn quan hệ Qms, Qdm, Qtn vào nhiệt độ làm việc màng dầu Hình 9.6 Quan hệ nhiệt lượng Q với nhiệt độ trung bình ổ trượt Hoành độ giao điểm đường cong Qms Qdm, Qtn nhiệt độ làm việc màng dầu Nếu kết xác định đồ thị nhiệt độ trung bình màng dầu vượt 1100C phải lựa chọn lại khe hở ổ trục loại dầu bơi trơn tính lại 9.1.4 Xác định chiều dày màng dầu: Xác định hệ số phụ tải ứng với phụ tải trung bình cực đại k ⎛∆⎞ −4 φ= ⎜ ⎟ 10 d- (cm); ∆ - (µm); µ - Độ nhớt dầu (KG.s/m ) µω ⎝ d ⎠ Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-6 Sau có hệ số phụ tải φ, qua đồ thị hình 9.3 xác định χ theo tỷ số l/d Áp suất tính theo áp suất k’tb Tính khe hở nhỏ màng dầu: hmin = δ(1-χ) Đối với động ô tô máy kéo hmin= 0.005 ÷ 0.006 mm Hệ số an toàn để bảo đảm điều kiện ma sát ướt: H= hmin ≥ 1,5 hmin th Trong đó: hminth - Chiều dày tới hạn màng dầu hminth = h1 + h2 + ∆0 Trong : h1, h2 - Độ nhấp nhơ bề mặt trục ổ (bạc lót) ∆0 - Sai số cơng nghệ gia công Đối với động ô tô máy kéo hminth = 0,003 ÷ 0,004 mm 9.2 Lưu lượng dầu bôi trơn lưu lượng bơm dầu: Lượng dầu bôi trơn làm mát ổ trục phụ thuộc số ổ trục tổng diện tích ma sát Có thể xác định lượng dầu nhờn qua ổ trục phương pháp tính tốn nhiệt ổ trượt, tổng hợp lại để tìm lưu lượng dầu nhờn cần cung cấp cho mặt ma sát động Thực nghiệm cho thấy nhiệt lượng dầu đem Qd thường chiếm khoảng 1,5 ÷2% tổng nhiệt lượng nhiên liệu cháy xylanh sinh Vì xác định Qd sau: Qd = (0,015 ÷ 0,020) Qt kcal/h Nhiệt nhiên liệu cháy sinh xác định theo phương trình sau: Qt =632 Ne/ηe kcal/h Trong : ηe - Hiệu suất có ích động đốt trong: ηe = 0,25 ÷ 0,35; Do đó: Qd = (0.015 ÷ 0.02) 632.N e (0.25 ÷ 0.35) (9-9) Trong động dùng dầu nhờn để phun lên làm mát đỉnh pittơng, chọn Qd= (100 ÷ 110) Ne Từ tính lưu lượng cần thiết dầu bơi trơn cung cấp cho mặt ma sát: Vd = Qd ; (l/h) ρc d ∆t (9-10) Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-7 Trong : ρ- Khối lượng riêng dầu nhờn; ρ ≈ 0,85kg/l Cd- Tỷ nhiệt dầu nhờn Cd = 0,5 kcal/kg0C ∆t = 10 ÷ 15 0C; Thay (9-9) vào (9-10) ta có : Vd = (7 ÷ 10)Ne, l/h (9-11) Nếu làm mát đỉnh : Vd = (20 ÷ 15 ) Ne, l/h (9-12) Muốn đủ lượng dầu nói trên, bơm dầu thường phải tăng lưu lượng lớn gấp vài lần Do lưu lượng V’b bơm dầu xác định theo (9-13) V’b = (2 ÷ 3,5) Vd; l/h (9-13) Đối với động xăng: V’b= (14÷20) Ne ; l/h (9-14) Đối với động diêden : V’b= (20 ÷ 40)Ne; l/h (9-15) Trong hệ thống cácte khô, lưu lượng bơm hút Vhu thường chọn lớn lưu lượng bơm đẩy Vbđ: Vhu = (2÷2,5)Vbđ (9-16) Nếu xét đến hiệu suất bơm, lưu lượng lý thuyết bơm dầu xác định theo công thức sau đây: Vb = Vb/ (9-17) ηb Trong đó: ηb - Hiệu suất cung cấp bơm dầu: Bơm bánh ηb = 0,7 ÷ 0,8 Bơm phiến trượt ηb = 0,8 ÷ 0,9 Căn vào thơng số kích thước bánh bơm dầu, xác định Vb theo cơng thức sau đây: Vb = π d0 h b nb60.10-6; l/h (9-18) Trong : d0 - Đường kính vòng chia bánh bơm dầu (mm); h - Chiều cao (mm); nb - Số vòng quay bơm dầu (vg/ph); Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-8 Đối với bơm phiến trượt : Vb= 0,12 F b nb.10-6; l/h (9-19) Trong : F - Diện tích chứa dầu bơm (mm ); b - Chiều dài phiến trượt (mm); nb - Số vòng quay bơm phiến trượt (vg/ph) Hình 9.7 Quan hệ hiệu suất bơm η với thông số sử dụng bơm bánh Khi thiết kế bơm dầu cần lựa chọn kích thước tỷ số truyền cho kích thước bơm nhỏ gọn mà đảm bảo lưu lượng cần thiết tốc độ vòng bánh không vượt giới hạn quy định (thường khoảng ÷ m/s) Lưu lượng bơm phụ thuộc nhiều vào hiệu suất bơm Nhưng hiệu suất bơm ηb lại thay đổi theo thông số khe hở hướng kính sdk khe hở cạnh sc, áp suất bơm pbn, nhiệt độ dầu vào tv, áp suất hút vào ph vào số vòng quay bơm nh Các quan hệ biến thiên ηb với thông số kể giới thiệu hình (9-7) Từ hình 9.7 ta thấy tăng khe hở hướng kính khe hở cạnh tượng lọt dầu từ khoang dầu cao áp khoang dầu áp suất thấp trầm trọng nên hiệu suất bơm dầu giảm sút nhanh hình 9.7 a,b bơm làm việc tốc độ khác nhau, Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-9 áp suất đường dầu lớn hiệu suất bơm giảm Đó hậu tượng lọt dầu hình 9.7c Nhiệt độ dầu vào ảnh hưởng tới đến hiệu suất bơm hình d dầu nhờn có nhiệt độ vào khoảng 600C tốc độ cao (2000vg/ph) hiệu suất bơm đạt trị số cao nhất, sau lại giảm Đó nhiệt độ dầu nhờn thấp 600C, độ nhớt dầu lớn nên khó điền đầy khe hở bánh bơm dầu Trong phạm vi từ 20 ÷ 600C, độ nhớt giảm, dầu dễ điền đầy khoang bơm nên hiệu suất tăng dần Sau 600C, độ nhớt dầu giảm nhiều nên dầu dễ lọt khoang áp suất thấp, hiệu suất bơm bị giảm Ở tốc độ thấp 1200vg/ph ảnh hưởng lọt dầu nên hiệu suất bơm giảm dần nhiệt độ tăng lên Công suất dẫn động bơm dầu nhờn tính theo cơng thức sau: Nb = 1 Vb (p dr − p dv ) ; ηm 27000 (mã lực) (9-20) Trong : ηm - Hiệu suất giới bơm dầu nhờn Khi xét đến tổn thất ma sát tổn thất thuỷ động: ηm = 0,85 ÷ 0,9 Vb - Lưu lượng lý thuyết bơm dầu, l/h; Pdr Pdv - Áp suất dầu áp suất dầu vào bơm (kG/cm2) 9.3 Tính tốn bầu lọc thấm 9.3.1 Bầu lọc thấm dùng lõi lọc kim loại: Tính toán khả lọc loại bầu lọc dùng lõi lọc kim loại chủ yếu xác định khả thông qua bầu lọc hệ số tiết diện thông qua ktq ktq = δ ⎛ ϕ ⎞ ; (9-21) ⎜1 − δ + s ⎝ 360 ⎟⎠ Trong đó; δ - Khe hở lọc (mm); s - Chiều dày phiến lọc (mm); ϕ - Góc chiếm chỗ phiến gạt (độ) Hệ số tiết diện thông qua loại lọc thấm thường vào khoảng 0,28 ÷ 0,32 Tiết diện thông qua Ftq lõi lọc xác định theo công thức sau: Ftq = Vb 10 ; cm 6v d (9-22) Trong : Hình 9.8 Lõi lọc kim loại Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-10 Vb - lưu lượng bơm dầu (l/ph) (9.2) vd - tốc độ trung bình dầu nhờn qua lọc ( cm/s) chọn Vd theo bảng Bảng 9.2: Tốc độ trung bình dầu nhờn qua lọc Kiểu lọc thấm Vd, (cm/s) Lọc lưới 2,0 ÷ 2,5 Lọc tấm, phiến ÷ 12 Lọc dải định hình ÷ 18 Diện tích lọc F lõi lọc xác định theo công thức sau : F = Ftq/ Ktq; cm2 Chiều cao lõi lọc: F ; cm; πd h= Trong : d đường kính trung bình lõi lọc d= d1 +d ; cm 9.3.2 Bầu lọc thấm dùng lõi lọc dạ, giấy Tính tốn loại bầu lọc khó thường khơng xác định tiết diện thơng qua cách xác Khi thiết kế nên tham khảo kích thước loại lọc tinh động có cơng suất tương đương Có thể vào tổng dung tích cơng tác động để lựa chọn sơ kích thước lõi lọc theo số liệu thống kê bảng 9.3 Bảng 9.3: Kích thước lõi lọc Dung tích cơng tác (l) Đường kính lõi lọc (mm) trở lên 116 116 1,5 ÷ 88 1,5 Chiều cao lõi lọc 204 126 135 Tính kiểm nghiệm khả lọc bầu lọc thấm theo công thức sau đây: V1= C F ∆p η ; l/ph; (9-23) Trong : V1- Lưu lượng dầu qua lọc (l/ph); F - Diện tích thơng qua lý thuyết tính theo cơng thức sau : F = π d h; ∆p- Độ chênh áp dầu bầu lọc (của áp suất dầu vào ); Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bôi trơn 9-11 ∆p = Pdv - Pdr, kG/cm2; thường chọn ∆p= 1÷ 1,5 kG/cm2, C - Hệ số lưu thông, lấy theo số liệu thực nghiệm: - Lõi lọc hàng sợi bông, lụa v.v C= 0,006; - Lõi lọc len, dạ, giấy thấm C = 0,015; η - Độ nhớt dầu nhờn tính theo poa (p) 9.4 Tính tốn bầu lọc ly tâm: 9.4.1 Xác định số vòng quay rôto Căn vào định lý xung lượng, phản lực đường tâm lỗ phun khiến rôto quay, xác định theo công thức sau: F = m (v d −v r )= ρVl ⎛⎜⎜ Vl − πnR ⎞⎟⎟ ; N 2 ⎝ 2ε f 30 ⎠ (9-24) Trong đó: m - Khối lượng dầu nhờn phun qua lỗ phun giây (kg/s) : vd - Tốc độ tia dầu phun khỏi lỗ phun; (m/s) vr - Tốc độ vòng tâm lỗ phun; (m/s) Vl = V/2 - Lưu lượng dầu qua lỗ phun giây; (m3/s) V - Lưu lượng dầu qua hai lỗ phun thường 20 % Vd lưu lượng dầu hệ thống ε - Hệ số co dòng dầu nhờn chảy qua tiết diện lỗ phun ε phụ thuộc vào hình dạng lỗ phun Hình 9.9 Các dạng vòi phun thường dùng bầu lọc ly tâm Bảng (9.4) giới thiệu hệ số co dòng ε hệ số lưu lượng µ1 dòng dầu qua vòi phun bốn loại lỗ phun (Hình 9.9) Bảng 9.4: Hệ số ε µ1 loại vòi phun Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-12 loại vòi phun ε µ1 0,9 0,80 1,0 0,83 1,0 0,78 1,0 0,86 Dạng loại dùng phổ biến dễ gia cơng f- Diện tích tiết diện lỗ phun: (m2) n- Số vòng quay rơto phút: (v/ph) R- Khoảng cách từ tâm vòi phun đến tâm trục rơto; (m) ρ- Khối lượng riêng dầu thường lấy 850 kg/m3 Mômen dẫn động rôto Mp hai tia phun sinh bằng: Mp = 2FR (N.m); (9-24) Trong trạng thái làm việc ổn định, momen quay rôto Mq cân momen cản rôto Mc Mômen cản Mc xác định theo cơng thức gần sau : Mc = a + bn; (N.m) (9-25) Trong : a,b hệ số thực nghiệm Các bầu lọc ly tâm đại, độ nhớt dầu nhờn nằm phạm vi 15 ÷ 100cP (xăng ti poa) xác định hệ số a b theo biểu thức sau: a = 6.10-4 à; hoc gn ỳng a=(5ữ20)10-4 N.m b = (0,03 +0,002à).10-3 hoc gn ỳng b = (0.03ữ0.1)10-4 (N.m/vg/ph) Trong ú : Ω- Dung tích rơto (cm3); µ - Độ nhớt động lực học dầu nhờn (cP) Từ phương trình (9-24) (9-25) ta rút : ρVl R −a 2ε f ; n= πρVl R b+ 30 (v/ph) (9-26) Từ công thức cho thấy tăng số vòi phun lên, số vòng quay rơto khơng tăng mà lại giảm Do đảm bảo tính cân rơto, thường người ta dùng vòi phun Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-13 9.4.2 Xác định áp suất dầu trước vào lọc: Bỏ qua lượng dầu rò rỉ qua khe hở lắp ghép rôto trục rôto (theo số liệu thực nghiệm, lượng dầu chiếm khoảng 2% lượng dầu phun qua lỗ phun) Lưu lượng dầu nhờn phun khỏi hai lỗ phun xác định phương trình sau đây: V = 2µ f 2p ; ρ (m3/s) (9-27) Trong : µ1 - Hệ số lưu lượng dòng dầu qua lỗ phun = 0,78 - 0,86 ρ - Khối lượng riêng dầu ; (kg/m3) p - Áp suất dầu trước lỗ phun (kG/cm2) ρ ⎛ πn ⎞ p = p1(1 - ψ) + ⎜ ⎟ ( R − ro2 ) ; ⎝ 30 ⎠ N/m2 (9-28) Trong : p1 - Áp suất dầu trước vào lọc (kG/cm2) r0 - Bán kính trục rơto (m) ψ - Hệ số tổn thất lưu động dầu từ dầu vào rôto đến tới miệng lỗ phun Đối với bầu lọc ly tâm khơng tồn phần ψ = 0,1 ÷ 0,3 Đối với bầu lọc ly tâm tồn phần ψ = 0,2 ÷ 0,5 Từ phương trình ta rút áp suất cần thiết dầu vào bầu lọc ly tâm: ⎡ ⎤ ⎛ πn ⎞ V − ⎜ ⎟ (R − ro2 )µ 12 f ⎥ρ ⎢ ⎝ 30 ⎠ ⎢ ⎥⎦ (kg/cm2) p1 = ⎣ 2 8µ f (1 − ψ) (9-29) Để xác định trị số tối ưu bán kính rơto R, đạo hàm phương trình (9-26) theo R cho đạo hàm dn/dR = ta rút ra: ⎛ aε f 2aε f Rtư= + ⎜⎜ ρVl ⎝ ρVl ⎞ 30b ⎟ + ; ⎟ πρVl ⎠ (m) (9-30) Từ phương trình ta thấy trị số tốt R giảm tăng lưu lượng dầu V giảm mômen cản Mc (a b giảm) khiến cho kết cấu bầu lọc ly tâm gọn nhẹ (V - Lưu lượng dầu phun qua lỗ phun; m3/s) 9.5 Tính tốn két làm mát dầu Xác định thông số sau: Nhiệt lượng động truyền cho dầu nhờn: Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bôi trơn 9-14 Qd = cd p va (tdr - ttv), kcal/h Nhiệt lượng cân với nhiệt lượng két làm mát dầu tản nên: Qd = cd ρ Vk ( tdvk - tdrk); kcal/h; Trong : Vd, Vk - Lưu lượng dầu nhờn tuần hoàn động lưu lượng dầu chảy qua két làm mát; tdv,t dr - Nhiệt độ đầu vào khỏi động (0C); tdvk, tdrk - Nhiệt độ vào khỏi két làm mát dầu (0C); cd - Tỷ nhiệt dầu nhờn (kcal/kg0C); ρ - Mật độ dầu nhờn (kg/l) Trong hệ thống bôi trơn cácte khô dầu nhờn làm mát liên tục sơ đồ hình 12 - Vd = Vk Diện tích tản nhiệt cần thiết két làm mát dầu xác định theo công thức sau: Fk = Qd ; m2 K d (t d − t k ) (9-29) Trong đó: Kd - Hệ số truyền nhiệt tổng quát dầu nhờn môi chất làm mát (kcal/m2h0C); td, tk - Nhiệt độ trung bình dầu nhờn két môi chất làm mát (0C): td = t dvk + t drk ; tk = t kr − t kv Chênh lệch nhiệt độ dầu két làm mát thường chọn chênh lệch nhiệt độ dầu vào khỏi động cơ, Do đó: (td - tk) = (tdr - tdv) Đối với động xăng thường chọn : ∆td = tdr - tdv = 10 ÷ 200C Đối với động điêden thường chọn : ∆td = 20 ÷ 400C Nhiệt độ trung bình dầu nhờn két thường vào khoảng 75 ÷ 85 0C Nhiệt độ trung bình khơng khí qt qua két làm mát dầu điều kiện làm việc nặng chọn 450C Hệ số truyền nhiệt Kd phụ thuộc nhiều nhân tố truyền nhiệt Đối với loại két làm mát dầu dùng kiểu ống thẳng nhẵn : Kd ≈ 100 ÷ 300; kcal/m2h0C Đối với loại dùng ống tạo dầu chảy xốy: Kd ≈ 700 ÷ 1000; kcal/m2h0C Tính tốn Động đốt - Chương * Tính tốn hệ thống bơi trơn 9-15 9.6 Lượng dầu chứa cácte Lượng dầu nhờn cần chứa cácte Vct xác định theo cơng thức kinh nghiệm sau: Đối với động xăng : Vct = ( 0,06 ÷ 0,12 ) Ne, (l); Đối với động Diesel tơ: Vct = (0,1 ÷ 0,15) Ne, (l); Đối với động Diesel máy kéo: Vct = (0,2 ÷ 0,45) Ne, (l); ... 0,136 ÷ 0,313 m2/kW (0,10 ÷ 0 ,23 m2/mã lực), động ô tô tải f2 = 0, 024 ÷ 0,408 m2/kW (0,15 ÷ 0,30 m2/mã lực) cho động máy kéo f2 = 0,408 ÷ 0,543 m2/kW (0,30 ÷ 0,40m2/mã lực) Dung tích hệ thống... ;m ⎪ δ ρn c1 (2 .r2 − Z ) ⎪ sin β ⎪ ⎬; Gb b2 = ;m ⎪ ⎪ 2 ρ cr (2. π.r2 − Z ) ⎪ sin β ⎭ Gb b1 = (8-19) Trong đó: δ1, 2 - Chiều dày cánh lối vào lối ra, tính (m) lấy = δ3 = ÷ mm ; δ1= 2 cr - Tốc... + r 02 c 1ρ n π ; m, (8-14) Bán kính ngồi r2 bánh cơng tác xác định từ vận tốc vòng u2 điểm u = + tgα cot gβ Vậy: r2 = u 30u = ωb πnb gH , m/s ηb ; m, (8-15) (8-16) Trong đó: ÷ 120 ; α1, 2 − Góc