Определение наиболее нагруженной шейки коленвала

 

При расчете коренных шеек коленвала на прочность необходимо знать амплитуду крутящего момента, передаваемого валом, так как коренные шейки коленвала рассчитываются только на кручение.

Так как потребитель крутящего момента расположен со стороны маховика двигателя, то крутящий момент, снимаемый с первой коренной шейки коленвала, обычно весьма невелик, и им пренебрегаем. Принимаем углы между вспышками – ____________________. Расчет набегающих моментов приведен в таблице 2.6. Графики крутящих моментов цилиндров строим исходя из векторной диаграммы вспышек (рисунок 2.3).

При правильном построении кривая набегающего момента последней коренной шейки представляет собой периодически повторяющуюся кривую суммарного крутящего момента

Таблица 2.5- Диаграмма износа шатунной шейки

	Числовое значение  для лучей, Н
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
мм

 

Таблица 2.6 - Расчет набегающих моментов, Нм

f

 

 

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Общие сведения

 

Площадь проходного сечения в клапане определяется из условия неразрывности потока несжимаемого газа по условной средней скорости в сечении седла при максимальном подъеме клапана на режиме номинальной частоты вращения, см²,

,                                                          (3.1)

где -значение средней скорости поршня, =_______ м/с;  

- скорость газа в проходном сечении клапана = _____ м/с;

 - площадь поршня _______ (м²)=_______ (см²);

 - число одноименных клапанов,  = 1.

 (см²)

Учитывая, что через горловину проходит стержень клапана, ее площадь обычно принимают

= (см²)                                      (3.2)

Диаметр горловины, мм:

 (мм).

Диаметр  впускного клапана должно лежать в пределах

 (мм).

Диаметры горловин выпускных клапанов принимают на 10-20% меньше  впускных клапанов.

 (мм).

У современных двигателей угол наклона фаски тарелки выпускного клапана обычно принимается равным 45⁰, а впускного клапана - 45⁰ или 30⁰.

Если известны  и , то максимальная высота подъема клапана может быть определена: при :

=                             (3.3)

Построение профиля кулачка

 

Построение профиля кулачка ведется от начальной окружности радиуса . Значение величины  находится в пределах

 (см).

Угол , задающий положение этих точек, определяется из условия обеспечения принятых фаз газораспределения для проектируемого клапана:

                                               (3.4)

где -угол опережения открытия впускного клапана до ВМТ, ___⁰;

 - запаздывания закрытия впускного после НМТ, __⁰.

Условие максимального хода толкателя

                                                (3.5)

где  и  - длина плеча коромысла, прилегающая соответственно к толкателю и к клапану.

0,7;  (мм)

Для выпуклого кулачка значение величины  принимается по технологическим соображениям из условия .  мм.

Если задаемся значением , то значение  может быть рассчитано по формуле, мм,

                                       (3.6)

где

                                               (3.7)

 (мм)

 (мм)

Для обеспечения зазора в клапанном механизме тыльную часть кулачка выполняют радиусом , меньшим, чем  на зазор . Зазор  учитывает температурную и упругую деформацию элементов механизма газораспределения и принимается равным: для впускных клапанов  =0,25...0,35 мм, (принимаем 0,3 мм).

Угол  определяют из условия, что в точке С угол  и , а

                                           (3.8)

В зависимости от выбранного профиля кулачка и типа толкателя определяются подъем, скорость и ускорение толкателя и клапана. Для выпуклого кулачка с плоским толкателем

                     (3.9)

где  - соответственно подъем, м, скорость м/с и ускорение, толкателя, м/с² при движении его по дуге радиуса  от точки А к точке С;  - соответственно подъем, скорость и ускорение толкателя при движении его по дуге радиуса  от точки С к точке В.

 - угловая скорость кулачка (распредвала), рад/с;

 (сек^-1)                              (3.10)

 и   - текущие значения углов при движении толкателя по дугам окружности   и .

 

Таблица 3.1 - Графики пути, скорости и ускорения толкателя

 

Задаваясь последовательно различными значениями углов  и , определяем значения  и результаты расчета заносим в табл. 3.1.

По данным табл.3.1 строят графики пути, скорости и ускорения толкателя.

 

Время-сечения клапана

 

Диаграмма подъема толкателя построенная в принятом масштабе, может характеризовать также подъем клапана, если изменить масштаб по оси ординат в соответствии с соотношением плеч коромысла:

 (мм/мм)                    (3.11)

Тогда кривая подъема толкателя может быть эквивалентна диаграмме время-сечения клапана, мм²·с,

                                     (3.12)

где  - масштаб времени, с/мм;

 - масштаб площади сечения клапана, м²/мм;

     (мм²/мм)     (3.13)

 =        (мм²) - площадь под кривой подъема толкателя, мм².

Средняя площадь проходного сечения клапана, мм²,

= мм²= м²

где  - продолжительность такта впуска по диаграмме подъема толкателя, мм.

Средняя скорость потока заряда в седле клапана, м/с,

 =  (м/c)                           (3.14)

Расчет пружины клапана

 

Пружина клапана должна обеспечивать при всех скоростных режимах работы двигателя плотную посадку клапана в закрытом состоянии при движении толкателя по начальной окружности кулачка и постоянную кинематическую связь между клапаном, толкателем и кулачком во время движения толкателя с отрицательным ускорением.

Кинематическая связь между деталями клапанного механизма обеспечивается при условии

                                                   (3.15)

где   - коэффициент запаса пружины: для карбюраторных двигателей  =1,23...1,66, принимаем   =     ;  - приведенная к клапану сила инерции деталей механизма газораспределения на участке с отрицательным ускорением.

Сила инерции  может быть определена по формуле, H,

 

где  -суммарная масса деталей клапанного механизма, приведенного к оси клапана.

Значение массы, приведенной к оси клапана, кг,

                                           (3.16)

При верхнем расположении клапанов и нижнем расположении распредвала  = 230...280 кг/м², принимаем       .

 (м²)

 (кг)

 

Таблица 3.2 - Расчет сил инерции

Угол поворота распредвала, град.	, м/с2	, Н	, Н

 

С помощью диаграммы  получаем зависимость  и строят характеристику пружины.

Максимальная сила упругости пружины (таблица 3.2),

(Н)

Минимальная сила упругости пружины:

                               (3.17)

(Н)

Жесткость пружины

                                            (3.18)

 (Н/м)

Предварительная деформация пружины, м:

= (м)

Полная деформация пружины, м:

 (мм)

Определим основные конструктивные размеры пружины - ее средний диаметр ; диаметр проволоки ; число витков , шаг витка  и длина  свободном состоянии .

Средний диаметр  обычно принимается по конструктивным соображениям в зависимости от диаметра горловины клапана

= (мм)

Принимаем =     мм. Диаметр проволоки d =       мм. Принимаем  d =     мм.

По принятым значениям D_ПР, d_ПР и характеристике пружины определяют число ее рабочих витков:

                                            (3.19)

 

где  - модуль упругости второго рода; =8,0...8,3 МН/см²; - усилие пружины, Н;  выражены в сантиметрах.

Полное число витков пружины

= _____________________=        

Значение величины  обычно лежит в пределах  = 8...12. Шаг витка свободной пружины, мм,

                                         (3.20)

- наименьший зазор между витками пружины при полном открытии клапана;  мм.

 (мм)

Длина пружины при полном открытии клапана, мм,

= _____________________=    (мм)       (3.21)

при закрытом клапане, мм,

 =_____________________=    (мм)       (3.22)

длина свободной пружины, мм,

= _____________________=     (мм)        (3.23)

Максимальное касательное напряжение, возникающее в пружине,

_____________________=     (МН/м²)          (3.24)

где К' - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение напряжении по сечению витка пружины и зависящей от отношения .

 При =5...12 значения  будут соответственно в пределах  = 1,3...1,1.

Значение величины  обычно может находиться в пределах 450...600 МН/м².

Минимальное напряжение, возникающее в пружине при закрытом клапане, МН/м²,

 

 _____________________=    (МН/м²)

 

Запас прочности пружины

                                               (3.25)

 

где - коэффициент приведения асимметричного цикла к равноопасному симметричному. Для пружинной проволоки = 0,18...0,20;   = 300...400 МН/м²;

 

 _____________________=    (МН/м²)                (3.26)

_____________________=     (МН/м²)            (3.27)

 

Во избежание резонанса собственных колебаний пружины с вынужденными определяется частота свободных колебаний пружины:

 

 = _____________________=    (1/мин)      (3.28)

Отношение частоты свободных колебаний пружины  к частоте вращения распредвала  не должно равняться целому числу:

 

                                           (3.29)

 

БИБЛИОГРАФИЯ

 

1. Колчин А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов/ А. И. Колчин, В. П. Демидов. - М.: Высш. шк., 2002. - 496 с.

2. Методические указания. «Расчет и конструирование автомобильного двигателя внутреннего сгорания». К выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобильные двигатели» Для студентов специальности 7.090228 –«Автомобили и автомобильное хозяйство» всех форм обучения  - Севастополь, СевНТУ, 2005

.