РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Для газообмена в проектируемом двигателе используются 2 распределительных вала с верхним расположением (впускной и выпускной) и 16 клапанов – 8 впускных и 8 выпускных (по 4 клапана на цилиндр). Расположение клапанов – верхнее, V - образное, в два ряда: с правой стороны впускные, а с левой – выпускные, наклонно под углом 25^о к плоскости осей цилиндров.

Из теплового расчёта имеем: диаметр цилиндра D = 90 мм, площадь поршня F_п = 63,58 см²; частоту вращения при номинальной мощности n_N = 5600 об/мин; угловую скорость вращения коленчатого вала ω = 586 рад/с; среднюю скорость поршня v_п.ср = 16,1 м/с; скорость смеси в проходном сечении седла при максимальном подъёме впускного клапана ω_вп = 95 м/с; угол предварительного открытия впускного клапана φ_пр = 18º; угол запаздывания закрытия впускного клапана φ_зп = 60º.

Основные размеры проходных сечений в горловине и в клапане

Площади проходных сечений для каждого из двух клапанов при максимальном подъёме.

F_кл = v_п.ср ∙ F_п / (iω_вп ) = 5,39 см² - диаметры горловин для каждого из двух клапанов

d_гор = = 2,772 см, где F_гор = 1,12F_кл = 1,12∙5,39 = 6,03 см²

Из условия возможного размещения клапанов в головке при верхнем их расположении диаметр горловины принимаем d_гор = 27,72 мм.

Конструктивные размеры основных элементов клапанного механизма определяем как часть d_г следующими статистическими соотношениями:

для впускного клапана d_г ≈ d_в, d_н = (1,27) d_г=35,3 мм, δ=(0,25) d_г=6,93 мм;

для выпускного клапана d_в=(0,9) d_г=25 мм, d_н=(0,92) d_г=25,5 мм,

δ= (0,3) d_г=8,3 мм;

l=(3,5) d_г=97,02 мм, a=(0,12) d_г=3,33 мм, b=(0,1)d_г=2,8мм,

r_c=(0,35) d_г=9,7мм.

Максимальная высота подъёма клапана при угле фаски клапана α = 45º

h_{кл max} = = 7,69 мм

Основные размеры впускного кулачка

Радиус начальной окружности

r₀ = (1,3¸2,0) h_{кл max} = (1,3¸2,0)∙7,69 = 10 мм – 15,4 мм

принимаем r₀ = 15 мм

максимальный подъём толкателя

h_{т max} = h_{кл max} = 7,69 мм

В данном механизме роль толкателя выполняет гидротолкатель, находящийся в непосредственном контакте с кулачком

Профилирование выпуклого кулачка с плоским толкателем

Радиус дуг выпуклого профиля кулачка принимаем r₂ = 7,69 мм, тогда:

r₁ = =84,01 мм,

где a = r₀ + h_{т max} – r₂ = 15 мм, φ_p0 = (φ_пр + 180º + φ_зп)/4 = 64º 30'

Максимальный угол при подъёме толкателя по дуге радиусом r₁:

sin φ_{p1 max} = = 0,177 φ_{p1 max} = 10,16º =10º10'

Максимальный угол при подъёме толкателя по дуге радиусом r₂:

φ_{p2 max} = φ_p0 – φ_{p1 max} = 64º 30' - 10º10' = 54º20'

Подъём толкателя по углу поворота распределительного вала:

h_т1 = (r₁ – r₂)(1–cosφ_p1) = (84,01–7,69)(1–cosφ_p1) мм;

h_т2 = a cosφ_p2 + r₂ – r₀ = 15 cosφ_p2 + 7,69 – 15 мм;

Скорость и ускорение толкателя:

ω_т1 = (r₁ – r₀)ω_к sinφ_p1 = (84,01 – 15)∙293∙sinφ_p1 м/с;

ω_т2 = ω_к a∙sinφ_p2 = 293∙15∙sinφ_p2 м/с;

j_т1 = (r₁ – r₀)ω_к²cosφ_p1 = (84,01 – 15)∙293∙cosφ_p1 м/с^2;

j_т2 = – ω_к² a cosφ_p2 = – 293²∙15∙cosφ_p2 м/с²,

где ω_к = 0,5ω = 0,5 ∙ 586 = 293 рад/с – угловая скорость вращения распределительного вала.

Значения h_т, ω_т и j_т, подсчитанные по приведённым формулам, в зависимости от угла поворота распределительного вала приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Результаты расчета

Расчет пружины клапана

Из расчетов газораспределения имеем: n_р = 0,5 n_N = 2800 мин^-1 и угловую скорость вращения ω_к = 293 рад/с распределительного вала; максимальный подъём толкателя h_{т max} = h_{кл max} = 7,69 мм; диаметр горловины d_гор = 27,72 мм; размеры кулачка с выпуклом профилем где a = 15 мм, r₂ = 7,69 мм, r₁ = 84,01 мм, r₀ = 15 мм. Материла пружины τ_-1 = 350 МПа, ϭ_в = 1500 Мпа.

Максимальная сила упругости пржины :

,

где К=1.4 – коэффициент запаса; m_кл = 75 г, m_пр = 40 г

Минимальная сила упругости пружины:

Жесткость пружины:

Деформация пружины :

f_min = r₀ – r₂=15-7,69=7,31 мм;

f_max = f_min + h_клmax=7,31+7,69=15 мм;

Распределение усилий между пружинами

Размеры пружин: диаметр проволки δ_пр = 2,8 мм, средний диаметр пржины D_пр = 19 мм

G = 8,3 модуль упругости второго рода, МН/см².

Полное число витков пружины

Длина пружины при полностью открытом клапане:

Длины пружины при закрытом клапане:

Длина свободной пружины:

Максимальное и минимальное напряжение в пружине:

;

,

где определен при .

Среднее напряжение и амплитуда напряжения:

Так как концентрация напряжения в витках пружины учитываются коэффициентом k, а , то

Запас прочности:

,

где определяется по таблце [1].