潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)

1、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)概述-基礎(chǔ)原理培訓(xùn)匯總?cè)耍好狭猃垵?rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)介 首先由我為大家簡(jiǎn)單介紹一下，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)是為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)各摩擦副在各種工況下具有良好潤(rùn)滑，以減少零件的摩擦與磨損，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)還帶走摩擦表面的熱量、磨削，起冷卻和清洗摩擦表面的作用。 從左圖可以看出來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油主要儲(chǔ)存在油底殼中，機(jī)油流經(jīng)集濾器、機(jī)油泵、精濾器后，油路分為分為兩路，一路潤(rùn)滑、冷卻曲軸連桿結(jié)構(gòu)，一路潤(rùn)滑冷卻凸輪機(jī)構(gòu)。 接下來(lái)我就以下圖的發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)單地介紹一下發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，從下圖我們可以看出，機(jī)油平時(shí)儲(chǔ)存在油底殼，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，帶動(dòng)機(jī)油泵工作，機(jī)油泵通過(guò)集濾器把機(jī)油吸入機(jī)

2、油，機(jī)油泵泵出后，先經(jīng)過(guò)機(jī)油壓力調(diào)節(jié)閥，然后在經(jīng)過(guò)機(jī)油濾清器，最后分配給各個(gè)運(yùn)動(dòng)副；在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的時(shí)候，必須要注意機(jī)油壓力調(diào)節(jié)閥要設(shè)立在機(jī)油泵后面、機(jī)油泵濾器前面，防止機(jī)油泵流量過(guò)多或者機(jī)油壓力過(guò)大，導(dǎo)致機(jī)油濾清器破損和不必要的功率損失。 我們要如何判斷一個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)是否滿足我們的設(shè)計(jì)需要呢？ 這主要可以從三個(gè)方面考慮：一、機(jī)油儲(chǔ)存量，一般發(fā)動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)油量約為（0.070.16）*Pe 升，因此在設(shè)計(jì)油底殼的時(shí)候，就要考慮是否有足夠的儲(chǔ)油空間；二、主油道壓力，決定了潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑減磨（在高速運(yùn)動(dòng)副中，快速形成油膜的能力）的能力，一般發(fā)動(dòng)機(jī)（帶軸瓦）主油道壓力在5.56.0bar；三、機(jī)油流

3、量，要大于發(fā)動(dòng)機(jī)散熱所需要的流量，它決定了潤(rùn)滑系統(tǒng)的散熱的能力。 接下來(lái)我們就略微詳細(xì)的了解一下發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)各個(gè)零部件的工作情況。我主要為大家介紹下面幾個(gè)零部件： 1、潤(rùn)滑劑 2、潤(rùn)滑方式 3、濾清器 4、機(jī)油泵 5、泄壓閥(限壓閥)潤(rùn)滑劑 首先為大家講解的就是潤(rùn)滑系統(tǒng)中必不可缺少的潤(rùn)滑劑。 潤(rùn)滑劑主要分為：1、液體潤(rùn)滑劑，如動(dòng)植物油、礦物油等；2、潤(rùn)滑脂，如黃油等；3、固體潤(rùn)滑劑，如石墨、二硫化鉬等；4、氣體潤(rùn)滑劑：如空氣、氮?dú)獾?；然而汽?chē)上面一般到時(shí)采用潤(rùn)滑油為主。潤(rùn)滑油重要的指標(biāo)是粘度（一般都是指40下的粘度），粘度值越高，油越稠，反制越稀。 機(jī)油粘度值的大小不僅影響摩擦副的運(yùn)動(dòng)阻力，

4、而且對(duì)潤(rùn)滑油膜的形成及承載能力具有決定性的作用。機(jī)油粘度值與溫度、壓力有直接關(guān)系；溫度升高，機(jī)油粘度下降；壓力升高，機(jī)油粘度也升高。 通常用粘度分類(lèi)法和質(zhì)量分類(lèi)法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油進(jìn)行分類(lèi)，國(guó)際上廣泛采用的SAE(美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì))分類(lèi)法和API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))分類(lèi)法，分別是兩種分類(lèi)方法的典型代表。 按SAE法分類(lèi)機(jī)油，冬季用油有6種，夏季用油有4種，冬夏通用油有16種。冬季用油牌號(hào)分別為：0W、5W、10W、15W、20W、25W，符號(hào)W代表冬季，W前的數(shù)字越小，其低溫粘度越小，低溫流動(dòng)性越好，適用的最低氣溫越低；夏季用油牌號(hào)分別為：20、30、40、50，數(shù)字越大，其粘度越大，適用的最高氣溫越高

5、；冬夏通用油牌號(hào)分別為：5W20、5W/30、5W40、5W50、10W20、10W30、10W40等，代表冬用部分的數(shù)字越小，代表夏季部分的數(shù)字越大者粘度越高，適用的氣溫范圍越大。 按照API質(zhì)量分類(lèi)法，發(fā)動(dòng)機(jī)油分為汽油機(jī)油系列(即S系列)和柴油機(jī)油系統(tǒng)(即C系列)，每個(gè)系列的油品按英文字母順序排列，分為若干級(jí)別。 然而我廠Rocam發(fā)動(dòng)機(jī)使用的潤(rùn)滑油牌號(hào)為5W30，意思是低溫-35，高溫30正常使用。潤(rùn)滑方式飛濺式：體系中部分機(jī)械零件浸入油中，將油灑濺在自身部件上和/或其他機(jī)械部件上。潤(rùn)滑方式壓力式：在發(fā)動(dòng)機(jī)上增加機(jī)油泵，利用油泵的壓力把機(jī)油強(qiáng)制地供給各潤(rùn)滑點(diǎn)。油浴式：把軸承部分浸入潤(rùn)滑油

6、中，通過(guò)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)后將油帶入到軸承其它部分的一種潤(rùn) 滑方式；油浴（浸油）一般適用于低速或中速場(chǎng)合，在低轉(zhuǎn)速軸承上使用較為 普遍。油浴潤(rùn)滑時(shí)的攪拌損耗及溫升，對(duì)于水平軸，軸承部分侵入潤(rùn)滑油中的 高度應(yīng)有一定限制，一般將油面控制在軸承最下面滾動(dòng)體的中心附近。濾清器為減小發(fā)動(dòng)機(jī)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)件之間的摩擦阻力，減輕零件的磨損，機(jī)油被不斷輸送到各運(yùn)動(dòng)機(jī)件的摩擦表面，形成潤(rùn)滑油膜，進(jìn)行潤(rùn)滑。然而機(jī)油中本身含有一定量的膠質(zhì)、雜質(zhì)、水分和添加劑。同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，金屬磨屑的帶入、空氣中雜物的進(jìn)入、機(jī)油氧化物的產(chǎn)生，使得機(jī)油中的雜物逐漸增多。若機(jī)油不經(jīng)過(guò)濾清，直接進(jìn)入潤(rùn)滑油路，就會(huì)將機(jī)油中含有的雜物帶入到運(yùn)動(dòng)

7、副的摩擦表面，加速零件的磨損，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。機(jī)油濾清器的作用是濾除機(jī)油中的雜物、膠質(zhì)和水分，向各潤(rùn)滑部位輸送清潔的機(jī)油。但是由于機(jī)油本身粘度大，機(jī)油中雜物含量較高，為提高濾清效率，機(jī)油濾清器一般有兩級(jí)，分別為機(jī)油集濾器、機(jī)油粗濾器和機(jī)油細(xì)濾器。集濾器裝在機(jī)油泵前油底殼中，一般采用金屬濾網(wǎng)式。機(jī)油細(xì)濾器裝在機(jī)油泵后和主油道串聯(lián)，主要有微孔濾紙式和轉(zhuǎn)子式兩種。轉(zhuǎn)子式機(jī)油細(xì)濾器采用離心式濾清，沒(méi)有濾芯，有效地解決了機(jī)油的通過(guò)性和濾清效率之間的矛盾。濾清器 機(jī)油濾清器主要包括殼體、旁通閥、濾芯、回流抑制閥等幾個(gè)部分組成。其中旁通閥是為了在濾清器濾前濾后的壓力差達(dá)到一定界限時(shí)，開(kāi)啟旁通閥，是機(jī)油

8、不經(jīng)過(guò)濾芯直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，從而保護(hù)濾芯不被破壞。而回流抑制閥是為了控制發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火時(shí)，機(jī)油倒流；同時(shí)也可以保持發(fā)動(dòng)機(jī)油路中存在一定量的機(jī)油，在點(diǎn)火后，機(jī)油能快速地送到各個(gè)摩擦副。 濾清器我們簡(jiǎn)單地介紹到這里，下面我來(lái)為大家介紹一下，整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)的動(dòng)力核心機(jī)油泵。 上文已經(jīng)說(shuō)道，粗濾器一般都是采用金屬網(wǎng)過(guò)濾的方式，設(shè)計(jì)的過(guò)程中只要主要評(píng)估流通面積是否能滿足機(jī)油流速的要求就可以，那么在這里就不給大家介紹了，下面我們主要說(shuō)一下機(jī)油精濾器。 機(jī)油精濾器設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要關(guān)注兩個(gè)特性，一個(gè)是使用壽命特性（一般都是10000公里更換一次），一個(gè)是流量與阻力特性。使用壽命特性是指一個(gè)新的濾芯從開(kāi)始使用到堵塞

9、，即濾前濾后的壓力達(dá)到旁通閥開(kāi)啟壓力的70%的累計(jì)時(shí)間；而流量與阻力特性是在額定的流量下濾清器前后產(chǎn)生的壓差，也是壓力損失值，它的數(shù)值越小表示濾清器通過(guò)性越好。因此我們?cè)谫?gòu)買(mǎi)機(jī)油濾清的時(shí)候，一定特別注意機(jī)油濾清的額定流量是否滿足我們的設(shè)計(jì)要求。一般機(jī)油濾清器的額定流量是發(fā)動(dòng)機(jī)主油道的1.5倍左右。 機(jī)油泵 機(jī)油泵作用是將機(jī)油提高到一定壓力后，強(qiáng)制地壓送到發(fā)動(dòng)機(jī)各零件的運(yùn)動(dòng)表面上。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸直接或間接帶動(dòng)機(jī)油泵旋轉(zhuǎn)，吸油腔內(nèi)的機(jī)油便沿著齒間容積壓入出油腔。因吸油腔內(nèi)的機(jī)油被不斷帶走，故吸油腔內(nèi)產(chǎn)生吸力，不斷地將油底殼內(nèi)的機(jī)油吸入吸油腔，并同時(shí)將一定壓力的機(jī)油泵入潤(rùn)滑油路。目前發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，

10、轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵為偏心嚙合的內(nèi)外轉(zhuǎn)子，在嚙合運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成多個(gè)獨(dú)立的封閉空間。隨著內(nèi)外轉(zhuǎn)子的嚙合旋轉(zhuǎn)，各封閉空間的容積發(fā)生變化，從而完成吸油和泵油作用。機(jī)油泵 對(duì)于一個(gè)機(jī)油泵而言，相對(duì)比較的重要結(jié)構(gòu)就是內(nèi)、外轉(zhuǎn)子尺寸，因?yàn)樗苯記Q定了機(jī)油泵的泵油能力；還有一個(gè)結(jié)構(gòu)就是月牙槽尺寸，如果此處設(shè)計(jì)不好就會(huì)造成機(jī)油泵容積效率低，甚至泄壓。 那么接下來(lái)我們先了解內(nèi)、外轉(zhuǎn)子。外轉(zhuǎn)子齒形為二段齒形圓圓弧和一段小圓弧相切而成（或者由一段限制圓圓弧和二段齒形圓圓弧相交構(gòu)成），如右上圖所示。而內(nèi)轉(zhuǎn)子齒形為短副外擺線，下圖為內(nèi)轉(zhuǎn)子齒形方程。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的在國(guó)內(nèi)已經(jīng)日益趨近于完善，我們?cè)谶x型的時(shí)候可以優(yōu)先選用JZS和J

11、BZ系列轉(zhuǎn)子，依據(jù)JB/T6005。 一般內(nèi)轉(zhuǎn)子材料選擇FTG60-20，材質(zhì)密度6.5g/cm3，硬度為60-110HBS，壓潰強(qiáng)度300MPa；內(nèi)轉(zhuǎn)子材料選擇FTG60-15，材質(zhì)密度6.2 g/cm3，硬度為70-120HBS，壓潰強(qiáng)度350MPa。機(jī)油泵下圖為內(nèi)、外轉(zhuǎn)子尺寸優(yōu)先系列參數(shù)表。備注：適用于196KW以下的內(nèi)燃機(jī)用機(jī)油泵粉末冶金轉(zhuǎn)子：機(jī)油泵轉(zhuǎn)速為10004000r/min、流量范圍為0.5157L/min機(jī)油泵 下面我們來(lái)了解一下，月牙槽的結(jié)構(gòu)；在設(shè)計(jì)月牙槽的時(shí)候一定要注意機(jī)油泵的旋轉(zhuǎn)方向；如方向弄錯(cuò)了，機(jī)油泵將無(wú)法實(shí)現(xiàn)其擁有的功能。 左圖中黑粗線條代表月牙槽的形狀。其中半徑

12、L所在圓應(yīng)略大于外轉(zhuǎn)子的齒形外切圓；其中半徑2所在圓應(yīng)略小于內(nèi)轉(zhuǎn)子的齒形內(nèi)切圓；其中進(jìn)油側(cè)B01尺寸應(yīng)略小一點(diǎn)，而出油測(cè)B01尺寸應(yīng)略大一點(diǎn)，保證在運(yùn)行過(guò)程中只有一個(gè)嚙合點(diǎn)在密封區(qū)，避免出現(xiàn)困油現(xiàn)象；而A01 尺寸可以設(shè)計(jì)略微偏大一下；同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要注意盡量加大吸油弧長(zhǎng)，避免局部低壓，產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。 如果油道中發(fā)生了空穴現(xiàn)象,液體中的氣泡隨著液流運(yùn)動(dòng)到壓力較高的區(qū)域時(shí),氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂,從而引起局部液壓沖擊,造成噪音和振動(dòng),另一方面,由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性,降低了油管的通油能力,造成流量和壓力的波動(dòng),使液壓元件承受沖擊載荷,影響其使用壽命。同時(shí)氣泡中的氧也會(huì)腐蝕金屬

13、元件的表面,我們把這種因發(fā)生空穴現(xiàn)象而造成的腐蝕叫汽蝕。泄壓閥 泄壓閥一般分為兩種，一種是彈簧式，一種是杠桿式。而目前發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)仍然是采用彈簧式泄壓閥居多。彈簧式泄壓閥如右圖所示（此泄壓閥結(jié)構(gòu)是我廠Rocam發(fā)動(dòng)機(jī)上面的），大家也可以從右圖中看出此壓閥只有一個(gè)彈簧、一個(gè)柱銷(xiāo)和一個(gè)堵頭組成；此種泄壓閥機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易維修，成本低；比較適合市場(chǎng)需求。 目前發(fā)動(dòng)機(jī)上面的泄壓閥安裝類(lèi)型基本上有兩種，一種是集成在機(jī)油泵，一種是直接安裝在機(jī)油泵后、機(jī)油濾清器前的主油道上。 下面我簡(jiǎn)單地說(shuō)一下右圖的泄壓閥工作原理，機(jī)油沿著紅色箭頭的方向流入，隨著機(jī)油壓力的逐漸增大，開(kāi)始?jí)嚎s彈簧，柱銷(xiāo)也隨著機(jī)油緩緩上移；當(dāng)機(jī)油壓

14、力達(dá)到一定的程度后，注銷(xiāo)的泄油孔移動(dòng)到機(jī)油泵的泄油腔處，部分機(jī)油通過(guò)泄油腔流回油底殼或者機(jī)油泵進(jìn)油腔，此時(shí)泄壓閥開(kāi)始泄壓。 泄壓閥在整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)起到安全閥的作用，保護(hù)整個(gè)油路，使整個(gè)油路不至于產(chǎn)生過(guò)大的油壓，即可保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，又可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)功率的浪費(fèi)。冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與高溫燃?xì)庀嘟佑|的零件受到強(qiáng)烈的加熱，如果不加以適當(dāng)?shù)睦鋮s，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常，機(jī)油變質(zhì)或燒損，零件磨損加劇，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型、可靠性、耐久性全面惡化。然而發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)就是使發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，也要防止冬季發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)冷。分類(lèi)冷卻

15、分類(lèi)風(fēng)冷:風(fēng)冷是把發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫零件的熱量通過(guò)散熱片直接散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置。水冷:水冷是把這些熱量先傳給冷卻液，然后再散入大氣而進(jìn)行冷卻的裝置。由于水冷，冷卻均勻，效果好，而且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音小，目前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛采用的是水冷系。組成 冷卻系統(tǒng)主要有水箱、風(fēng)扇、散熱器、節(jié)溫器、水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部水套等零部件組成，而在這里我主要為大家介紹一下水泵和節(jié)溫器。水泵 水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。水泵性能的技術(shù)參數(shù)有流量、揚(yáng)程等；根據(jù)不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類(lèi)型。容積泵是利用其工作室容積的變化來(lái)傳遞能量；葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來(lái)傳遞能量，有離心泵、軸流泵等類(lèi)型。 從左下

16、圖中，我們可以看出，當(dāng)水充滿水泵時(shí)，水泵通過(guò)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力把水甩出，而葉輪中間出現(xiàn)低壓區(qū)，從外部吸水進(jìn)入；通過(guò)此循環(huán)達(dá)到持續(xù)泵水的效果。流量：流量：水泵的流量，它是指水泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送水的體積。用Q表示，單位是m3/H ，L/S。揚(yáng)程：揚(yáng)程：水泵的揚(yáng)程是指水泵能夠揚(yáng)水的高度，通常用H表示，單位是m。離心泵的揚(yáng)程以葉輪中心線為基準(zhǔn)，分由兩部分組成。從水泵葉輪中心線至水源水面的垂直高度，即水泵能把水吸上來(lái)的高度，叫做吸水揚(yáng)程，簡(jiǎn)稱(chēng)吸程；從水泵葉輪中心線至出水池水面的垂直高度，即水泵能把水壓上去的高度，叫做壓水揚(yáng)程，簡(jiǎn)稱(chēng)壓程。即 水泵揚(yáng)程= 吸水揚(yáng)程 + 壓水揚(yáng)程。泵的揚(yáng)程包括吸程在內(nèi)，

17、近似為泵出口和入口壓力差。揚(yáng)程用H表示，單位為 米（m）。泵的壓力用P表示，單位為Mpa（兆帕），H=P/。節(jié)溫器節(jié)溫器是控制冷卻液流動(dòng)路徑的閥門(mén)；是一種自動(dòng)調(diào)溫裝置，通常含有感溫元件（例如石蠟），借用熱脹冷縮來(lái)開(kāi)啟、關(guān)掉冷卻液流動(dòng)的路徑（如圖一所示）。節(jié)溫器通過(guò)改變冷卻液流動(dòng)路徑，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻循環(huán)范圍，從而調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)散熱能力，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在適合的溫度范圍內(nèi)工作。節(jié)溫器必須保證良好的技術(shù)狀態(tài)，否則會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，如節(jié)溫器開(kāi)啟過(guò)遲，就會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱；主閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)早，則使發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱時(shí)間延長(zhǎng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)低。接下來(lái)我們談?wù)劰?jié)溫器的結(jié)構(gòu)及工作原理，我們以蠟式節(jié)溫器（市場(chǎng)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)）為例。節(jié)溫器主要包括閥座、中心桿、主閥門(mén)、石蠟、旁通閥、通氣孔等結(jié)構(gòu)（如圖二所示）。在常溫的情況下，石蠟呈現(xiàn)固體狀態(tài)，主閥門(mén)關(guān)閉，旁