Автомобильные двигатели внутреннего сгорания

курсовая работа

2.4 Расчёт клапанных пружин

Мгновенные открытие и закрытие клапана позволяют получить максимальное время-сечение, но даже при незначительных массах деталей механизма газораспределения приводят к возникновению больших сил инерции. В связи с этим при проектировании органов газораспределения подбирают такой профиль кулачка, который, обеспечивая достаточное наполнение цилиндра, вызывает допустимые по величине силы инерции.

Профиль кулачка обычно строят в соответствии с выбранным законом образования профиля, что обеспечивает получение относительно простых в изготовлении кулачков.

В современных автомобильных двигателях применяют следующие виды кулачков: выпуклый, тангенциальный, вогнутый и безударный.

На рис. 2.3 представлены наиболее распространенные кулачки:

а) выпуклый (рис. 2.3, а) - профиль образован дугами двух радиусов r1 и r2;

б) тангенциальный (рис. 2.3, б) - профиль образован с помощью двух прямых, касательных к начальной окружности r0 в точках А и А и дуги радиусом r2.

Рис. 2.3 - Построение профиля кулачка

Выпуклый профиль кулачка можно применять для подъема плоского, выпуклого и роликового толкателей, а тангенциальный-главным образом для роликовых толкателей.

Профиль кулачка строят от начальной окружности. Ее радиус г0 выбирают из условия обеспечения достаточной жесткости механизма газораспределения в пределах r0 = (1.5-2.5)hкл max, а для двигателя с наддувом-до r0 = (3-4)hкл max.

Величину угла цp0 определяют в соответствии с выбранными фазами газораспределения. Для четырехтактных двигателей

(2.8)

где цпр-угол предварения открытия клапана; цзп-угол запаздывания закрытия клапана.

Точки А и А являются точками начала открытия и конца закрытия клапана. Точку В находят по величине максимального подъема толкателя hт max. Без учета зазоров, для схем прямого воздействия на клапан hт max = hкл max, а при наличии рычага или коромысла

hт max = hкл max(lт/lкл),

где lт и lкл - длина плеч коромысла, прилегающих соответственно к толкателю и клапану. Отношение lт/lкл выбирается по конструктивным соображениям и изменяется в пределах 0.50 - 0.96.

Для построения профиля кулачка (см. рис. 4.3) по выбранным или заданным значением hт max и r0 задаются величиной r1 (или r2) и для обеспечения сопряжения дуг определяют значение r2 (или r1).

Для тангенциального профиля кулачка r1 = ?, а радиус (мм) при вершине кулачка

(2.9)

Для выпуклого профиля кулачка

(2.10)

(2.11)

где а= r0 + hт max - r2, мм; b=rl-r0-hт max, мм.

При определении r1 значение r2 принимают по технологическим соображениям r2?1.5 мм, а при расчете r2 принимают r1 = (8-20)hт max. Выбор слишком малого значения r1 может привести к получению по формуле (4.11) отрицательного значения r2. В этом случае необходимо повторить расчет, выбрав большее значение r1.

Для обеспечения зазора в клапанном механизме тыльную часть кулачка выполняют радиусом rк, меньшим радиуса r0 на величину зазора ДS: rк = r0-Дs. Величина Дs включает в себя температурный зазор и упругие деформации механизма газораспределения. Для впускных клапанов Дs =(0.25-0.35) мм, а для выпускных-Дs =(0.35-0.50) мм. Сопряжение окружности радиусом rк с дугами радиусом r1 или прямыми (r1=?) производится по параболе или по дугам определенных радиусов.

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

(2.12)

где hт1 , щт1, jт1-соответственно подъем (м), скорость (м/с), ускорение (м/с2) толкателя при его движении по дуге радиуса r1 от точки А до точки С; hт2 , щт2, jт2 -соответственно подъем (м), скорость (м/с) и ускорение (м/с2) толкателя при его движении по дуге радиуса r2 от точки С до точки В; а= r0 + hт max - r2, м; щк-угловая частота вращения распределительного вала, рад/с; цp1 и цp2-текущие значения углов при движении толкателя соответственно по дугам r1 и r2.

Значение угла цp1 отсчитывают от радиуса ОА, а угла цp2-от радиуса ОВ. Их максимальные значения определяют из условия, что в точке С подъем hт1 = hт2.

(2.13)

(2.14)

Для тангенциального кулачка с роликовым толкателем:

(2.15)

где r Я радиус ролика, м; a1=a/(r2+r).

Максимальное значение угла цp2таx определяют по уравнению (4.14), цp2таx-из соотношения

(2.16)

Для кулачков с симметричным профилем закон изменения hт, щт, jт при подъеме и опускании остается неизменным.

Рис. 2.4 Схемы приводов клапанов: а-одноплечий рычаг; б-двуплечий рычаг

Подъем, скорость а ускорение клапана для механизма газораспределения прямого действия на клапаны определяют по уравнениям (2.12) - (2.15), так как hт=hкл, щткл, jт=jкл.Для механизма с подвесными клапанами и наличием коромысел или рычагов-по соотношениям (рис. 2.4, а и б) hкл=hт (lкл/lт), щклт (lкл/lт), jкл=jт (lкл/lт);

По результатам расчёта строятся диаграммы высоты подъёма клапанов и изменения площади проходного сечения клапанов в зависимости от цр. На рис. 2.5 приведены примеры подобных диаграмм.

(2.17)

(2.18)

где Mt = Mцр (6np)-масштаб времени по оси абсцисс на диаграмме подъема клапана, с/мм;

Mцр (6np)-масштаб угла поворота распределительного вала, град/мм;

np-частота вращения распределительного вала, мин-1;

MF = Mhрdropcosб-масштаб площади проходного сечения клапана по оси ординат, мм2/мм;

Mh-масштаб подъема клапана, мм/мм;

drop-диаметр горловины, мм;

б-угол фаски посадочного конуса клапана

(MF = Mh2.72drop при б=30°,

MF = Mh2.22drop при б=45°);

Fabcd-площадь под кривой подъема клапана за такт впуска, мм2;

lad-продолжительность такта впуска по диаграмме, мм.

Среднюю площадь проходного сечения клапанов используют для определения средней скорости потока в седле клапана

Рис 2.5 - Диаграммы подъема клапана (мм) и изменения площади проходного сечения (мм2) впускного и выпускного клапанов в зависимости от угла поворота распределительного вала (градусы)

(2.19)

Значение данной величины для впускных клапанов не должно быть меньше, чем было принято в разделе «Расчёт рабочего цикла и определение основных геометрических параметров двигателя» (см. п. III). В противном случае необходимо повторить расчёт ГРМ с изменёнными данными или внести изменения в расчёты, сделанные в разделе «Расчёт рабочего цикла и определение основных геометрических параметров двигателя».

Делись добром ;)