轿车润滑系统过滤装置设计说明书大学论文.doc

轿车润滑系统过滤装置设计说明书

目 录
一、绪论----------------------------------3
1、1润滑系统过滤装置设计的用途及工作目的
1、2润滑系统过滤装置的工作原理
1、3 本次润滑系统过滤装置应达到的目标
二、润滑系统过滤装置的设计----------------5
2、1润滑系统油路的设计方案
2、2润滑系统过滤装置设计方案
2、3润滑系统过滤装置过滤方式选择
2、4润滑系统过滤装置阀的选择
2、5润滑系统液压泵的选择
三、 润滑系统过滤装置的设计计算----------13
3、1润滑系统主要参数数值
3、2机油流量计算
3、3主油道压力计算
3、4管路压力损失
3、5机油泵压力计算
3、6机油压力随功率变化特性
四、元件的选择---------------------------16
4、1滤清器的选择
4、2液压阀的选择 4、3液压油的选择
五、参考文件-----------------------------18
一、绪论
1、1润滑系统过滤装置设计的用途及工作目的
发动机工作过程中，金属磨屑、尘土、高温下被氧化的积碳和胶状沉淀物、水等不断混入润滑油。机油滤清器位于发动机润滑系统中。它的上游是机油泵，下游是发动机中需要润滑的各零部件。其作用是对来自油底壳的机油中有害杂质进行滤除，以洁净的机油供给曲轴、连杆、凸轮轴、增压器、活塞环等运动副，起到润滑、冷却、清洗作用，从而延长这些零部件的寿命，并保待润滑油的清洁，延长其使用期限。润滑系统过滤装置应具有滤清能力强，流通阻力小，使用寿命长等性能。
1、2润滑系统过滤装置的工作原理
机油滤清器的过滤原理可以分为三类：机械分离、离心分离和磁性吸附。
一、机械分离按其作用形式又可分为纯机械分离、架空分离和吸附分离等三种。1、纯机械分离常见的有网格过滤，在滤材表面上有一定尺寸的小孔，机油中的固态粒子，尺寸大于小孔的就被阻拦在滤材外表面上。2、架空分离是指导先有一个或数个小粒子附着于尺寸大于它们的滤材孔穴的内壁上，使孔穴的尺寸变小，后来的粒子因为通不过去而堆积起来，形成架空现象，使过滤出来的粒子尺寸小于孔穴尺寸。由于机油中粒子开头多数是不规则的，所以架空现象易于形成。3、机油中还有胶性物质，常粘附在滤材表面或孔穴内壁，这就是吸附分离。
二、离心分离是使机油通过一个高速旋转的转子，没中杂质受离心力作用被抛向转子内壁，从而从机油中分离出来。
三、磁性吸附是利用永久磁铁将机油中的铁质粒子吸附过来，不让它们在机油中来回循环，危害机件。
实际的过滤作用，不是单一原理的作用，而是上述几种原理组合起来的，这也就说明：为什么名义孔径尺寸为50微米的滤网，能够对20微米或更小的粒子具有一定过滤能力。
1、3 本次润滑系统过滤装置应达到的目标
汽车对机油滤清器的要求；
（1）过滤精度，滤出所有 > 30 um 的颗粒，
（2）减少进入润滑间隙并引起磨损的颗粒(< 3 um - 30 um)
（3）机油流量符合发动机的机油需求量。
（4）更换周期长，至少长于机油的寿命 (公里, 时间)
（5）过滤精度符合保护发动机，减少磨损的要求。
（6）容灰量 大，适合恶劣环境。
（7）能适应较高的机油温度和腐蚀环境。
（8）过滤机油时压差越低越好，以保证使机油能通过顺畅。

二、 润滑系统过滤装置的设计
2、1 润滑系统油路的设计方案
润滑系主要由机油泵、集滤器、粗滤器、细滤器、限压阀和机油压力表等组成，
润滑系的作用是对发动机所有运动的部件进行润滑，减少零件的摩擦和磨损，流动的机油不仅可以清除摩擦表面的磨屑等杂质，而且还可以冷却摩擦表面。气缸壁与活塞环上的油膜还能提高气缸的密封性。此外，机油还可以防止零件生锈。
海大众桑塔纳2000型轿车采用AJR型的发动机，其润滑系都是压力润滑与飞溅润滑相结合的复合润滑系统。桑塔纳轿车润滑系统的结构与油路如下图2-1所示。

（图2-1）桑塔纳轿车发动机润滑系统示意图
1-旁通阀 2-机油泵 3-粗集油器 4-油底壳 5-放油塞 6-安全阀 7-机油滤清器 8-主油道 9-油道 10-曲轴 11-中间轴 12-压力开关 13-凸轮轴
油底壳内的润滑油经粗集滤器滤掉大的机械杂质后，被机油泵压入机油滤清器后分三路送出。第1路经主油道后分为两支：一支送入曲轴主轴承分油道，润滑主轴承，经曲轴内油道滑润连杆大端轴承，再经连杆内油道润滑连杆小端轴承后回到油底壳；另一支则进入中间轴的轴承（AJR型发动机无中间轴）后流回油底壳。第2路从主油道进入凸轮轴的轴承后再润滑气门机构，然后流回油底壳。第3路，在主油道油压太高或流量太大的情况下，润滑油冲开安全阀，分流回油底壳。
机油滤清器上设有旁通阀，起动压力为0.18MPa。当机油滤清器堵塞，润滑油通过压力开关短路进入主油道，防止发动机运动副因缺润滑油而烧坏。

(图2-2）桑塔纳轿车润滑系统油路
2、2润滑系统过滤装置设计方案
一般润滑系中装用几个不同滤清能力的滤清器——集滤器、粗滤器和细滤器，分别并联或串联在主油道中。（与主油道串联的叫全流式滤清器，发动机工作时润滑油全部经滤清器滤清；与之并联的叫分流式滤清器）。其中粗滤器一串联在主油道中，为全流式；细滤器并联在主油道中，为分流式。 现代轿车发动机上普遍只设有集滤器和一个全流式机油滤清器。粗滤器滤除机油中粒径为0.05mm以上的杂质，细滤器则用来滤除粒径为0.001mm以上的细小杂质。
（一） 集滤器结构设计；机油集滤器安装在机油泵进油口前面，主要作用是防止较大的机械杂质进人机油泵集滤器装在机油泵前油底壳中，一般采用金属滤网式。固定式集滤器装在油面下，吸人的机油清洁程度稍差于浮式，但可防止泡沫吸人，构造简单，采用也较广泛。 （图2-3）集滤器
（二）全流式机油滤清器（粗滤器）结构设计；1、滤纸：机油滤清器对滤纸的要求比空气滤清器更高，主要因为机油的温度变化从0到300度不等，在剧烈的温度骤变下，机油的浓度也发生相应改变，这会影响到机油的过滤流量。优质机油滤清器的滤纸要能够在剧烈的温度变化下，过滤杂质，同时又保证足够流量。2、橡胶密封圈：优质机油的滤清器密封圈是用特殊橡胶合成的，保证100%不漏油。3、回流抑制阀：只有优质机油滤清器中才具备。当发动机熄火时，它能防止机油滤清器变干；当发动机重新点火时，它立即产生压力，供给机油润滑发动机。（也称为止回阀）。4、溢流阀：只有优质机油滤清器中才具备。当外部温度降低到某一特定值或当机油滤清器超出正常使用期限时，溢流阀会在特殊压力作用下打开，让未经过滤的机油直接流进发动机。尽管如此一来，机油中的杂质会一同进入发动机，但比起发动机中没有机油而造成的损伤而言，这样的损伤要小得多。因此溢流阀是在紧急情况下保护发动机的关键。（也称为旁通阀）。
（图2-4）粗滤器结构
2、3润滑系统过滤装置过滤方式选择
机油集滤器安装在机油泵进油口前面，主要作用是防止较大的机械杂质进人机油泵集滤器装在机油泵前油底壳中，一般采用金属滤网式。
全流式机油滤清器（粗滤器）是用来过滤机油中颗粒较大的杂质。由于它对机油流动阻力较小，所以一般是串联在机油泵与主油道之间，属于全流式滤清器。目前大多采用纸质滤芯式粗滤器。粗滤器由上盖、外壳、纸抽滤芯及旁通阀等组成。上盖上有进出油口，并与固定拉杆、外壳装合在一起，由密封圈密封，拉杆上套有纸质滤芯，滤芯分内外两层，外滤芯是由波折的微孔纸组成，内芯用金属丝编的滤网。工作时机油经内外两层滤芯过滤后进入主油道。滤芯靠弹簧的弹力顶在上盖上，并由密封圈保持滤芯内外外端的密封。旁通阀的进油口一侧，当滤芯堵塞而阻力过大时（进出油口的压力超过150-180Kpa），机油顶开球阀直接进入主油道。
2、4润滑系统过滤装置阀的选择
限压阀和旁通阀装在机油滤清器（见图2-4）底座上，其内部结构如（图2-4）所示。
限压阀由调整螺钉、限压弹簧和阀门组成，其作用是保证机油压力符合规定要求，防止因机油压力过高而破坏柴油机零件的正常润滑和损坏机油管接头等。一般情况下，机油压力过高或过低均可通过调节限压阀来达到规定要求。
旁通阀由钢球、弹簧和锁紧螺母组成，其作用是当机油粗滤器阻塞时，机油不经过机油粗滤器而直接从旁通阀流到主油道中，保证柴油机正常运转。

2、5润滑系统液压泵的选择
AFE型发动机的机油泵为齿轮泵，由中间轴上的螺旋齿轮驱动，安装在气缸体底平面第3缸附近设计的平台上。泵的出口直接向上通向气缸体润滑油道，进入安装在气缸体侧面的机油滤清器支架内。机油泵的进口与粗集滤器相连。
机油泵的结构与分解见（图2-5）所示，机油泵所用油为SAE20号润滑油，在温度为80℃、转速为1000r/min，进口压力为0.01Mpa，出口压力为0.6MPa的条件下，最小流量应为8.3L/min，实测可达到10L/min。低压压力开关报警压力为30kPa；发动机转速为2150r／min时报警压力为0.18MPa。
（图2-5） AFE型发动机的机油泵
1-密封垫片（0.1mm） 2-分电器轴 3-中间轴驱动齿轮 4-分电器从动齿轮 5-定位销 6-机油泵轴上支承座 7-定位螺孔 8-机油泵轴 9-机油泵轴下支承及定位套 10-机油泵壳体 11-机油泵从动齿轮 12-机油泵的主动齿轮 13-从动齿轮轴 14-衬垫（0.2mm） 15-吸油管 16-吸油管支承套 17-集滤器 18-Ｏ形密封圈 19-机油泵盖 20-短螺栓 21-垫片

（图2-6）机油泵分解图
l-机油泵壳体 2-主动轴 3-从动轴 4-从动齿轮5-机油泵泵盖 6、7、8-螺栓 9-机油集滤器 10-密封垫 11-阀弹簧

三、 润滑系统过滤装置的设计计算
3、1润滑系统主要参数数值

缸数
排量
最大转速
最大功率
四缸
1.8L
5200r/min
66kw
连杆油孔直径
缸盖油孔直径

1.4mm
1mm

参数
主轴系
径向间隙/mm
0.03
轴直径/mm
50
轴承承载宽度/mm
19
机油比热容
2000
密度
875
机油动力粘度
0.00875

3、2机油流量计算

η为机油动力粘度，c为润滑油比热容，ψ为相对间隙，ρ为润滑油密度，b为轴承承载宽度，d是轴的直径，

当发动机转速为4000r/min时以最高功率工作时，带入表格中数据计算结果约为10.5L/min。

3、3主油道压力计算

Δ为轴承与轴径的间隙，b为轴承宽度，d为轴承直径，E为曲轴偏心取0.05mm，带入表格数据计算得
P大约为117.2kpa。

3、4管路压力损失
管路压力损失与机油滤清器中的压力损失相比较小不予考虑。

3、5机油泵压力计算
考虑到到压力在机油滤清器中的损失，机油泵的压力应该比主油道的压力大。
下图为机油滤清器压力损失：
综合流量及温度考虑，机油泵的出油压力大致为129.2kpa。
3、6机油压力随功率变化特性

四、元件的选择
4、1滤清器的选择
博世(BOSCH)机油滤清器0986AF0051
商品名称：博世0986AF0051 商品编号：274890
商品毛重：400.00g 商品产地：中国大陆
类别：机油滤清器
外径
内径
高度
马力
功率
80
64
125
160
118

4、2溢流阀设计
溢流阀的安全压力设定应考虑多种因素。
流量阻力特性，在额定的流量下滤清器前后产生的压差，也是压力损失值，它的数值越小表示滤清器通过性越好。额定流量一般这样取：如果用户提供机油泵设计流量或新机油泵实测流量，则滤清器流量可取机油泵流量值的50-60%；也有用户向滤清器设计者提供内燃机主油道的设计流量。在这种情况下，滤清器的流量值应定在主油道设计流量的1.5-2.0倍。这是因为随着内燃机能的正常磨损，主油道流量会相应增大以维持正常机油压力。一般要求全流式滤清器在通过额定流量时的原始阻力不应大于0.025MPa。
1) 溢流阀打开压力
机油滤清器堵塞
0.35-0.45MPa
安全阀弹簧老化
0.28-0.32MPa
2）基本参数
设定开启压力
油孔直径
阀片直径
0.3Mpa
8mm
14mm
4、3液压油的选择
SAE20号润滑油
五、参考文件

【1】桑塔纳2000 GLSGLIGSI型轿车使用与维修
上海大众 周维夫
【2】汽油机润滑系统计算分析 曹 旭，崔毅，邓康耀
(上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室，上海 200030)
【3】陈家瑞，马天飞.汽车构造(下册)第五版. 北京：人民交通出版社
【4】 余志生.汽车理论（第5版）.北京：机械工业出版社
【5】 周开勤.机械零件手册.北京：高等教育出版社
【6】 张春林.《机械原理》.北京：高等教育出版社

18