Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

Fabcd - 3820 мм* - площадь под кривой подъема толкателя (см рис. 113) за такт впуска; для безударного кулачка

pKndt = 5,952 . 10-5 .11,3 - 3600 = 2,421 мм*-с.

гДе Pabcd ~ 3600 мм* - площадь под кривой подъема толкателя (см. рис. 116) за такт впуска без учета площади, соответствующей выбору зазора As.

Средняя площадь проходного сечения клапана

Ркл.ср =

PKJt/it,-td=MjF,,,,/l,„

где 1аа = 90 мм - продолжительность такта впуска по диграммам (см. рис. 113 и 116):

для выпуклого кулачка

fкл.ср = 11,3 • 3820/90 = 480 мм* = 4,80 см*; для безударного кулачка

/кл.ср = 11,3 • 3600/90 = 452 мм* = 4,52 см*. Средняя скорость потока смеси в седле клапана:

©вп = fn.cp f n/fкл.ср ;

для выпуклого кулачка

ш; = 14,56 • 47,76/4,80 = 145 м/с; для безударного кулачка

й,; = 14,56 • 47,76/4,52 = 154 м/с. Полное время-сечение клапана

j FdfMtMfF,,

где /др - момент начала открытия впускного клапана; 4 и f- текущие значения времени и площади под кривой подъема толкателя (см. рис. 113 и 116).

Зависимости полного времени-сечения клапана от углов поворота кулачка (распределительного и коленчатого валов) представлены на рис. 113 для выпуклого и на рис. 116 для безударного кулачков, а численные значения подсчитаны и занесены соответственно в табл. 65 и 66. -

Сравнивая основные показатели газораспределения с выпуклым и. безударным кулачками, можно сделать следующие выводы:

,304

1. При одинаковых начальных условиях (ш

к. к.

maxf "т шах»

<Рро, ©вп) максимальные положительные ускорения, а следовательно, и максимальные инерционные нагрузки при безударном кулачке уменьшились на 33,3% (2417 против 3623 м/с*), отрицательные ускорения несколько возросли (с 1046 до 1307 м/с*).

2. Время-сечение клапана при безударном кулачке уменьшилось на 5,8% (с 2,569 до 2,421 мм*-с), что повлекло за собой увеличение средней скорости потока смеси в седле клапана от 145 до 154 м/с.

3. При переходе с выпуклых кулачков на безударные необходимо для сохранения и тем более улучшения основных расчетных показа-

телей газораспределения (j" Fxadt, f кл.ср, ©вп) увеличивать проход-

ное сечение клапана за счет расширения фаз газораспределения и увеличения максимальной высоты подъема клапана.

§ 66. РАСЧЕТ ПРУЖИНЫ КЛАПАНА

Пружина клапана должна обеспечивать при всех скоростных режимах двигателя: 1) плотную посадку клапана в седле и удержание его в закрытом положении в течение всего периода движения толкателя по начальной окружности Го; 2) постоянную кинематическую связь между клапаном, толкателем и кулачком во время движения толкателя с отрицательным ускорением.

Плотная посадка клапанов обеспечивается:

для выпускного клапана при

Рпр min >-Prop (р;-р„), (376)

где Рпр min -минимальное усилие пружины при закрытом клапане, Н; Frov - площадь горловины, м*; р/ и рд - давление газов соответственно в выпускном трубопроводе и в цилиндре при впуске, МПа. В карбюраторных двигателях разность давлений {р/-ра) достигает .0,05-0,07 МПа, а в дизелях - 0,02-0,03 МПа;

для впускного клапана в двигателях без наддува практически при любом минимальном усилии пружины, а в двигателях с наддувом при

Рпр min > гор (Рк - Рг)>

(377)

где Рк и Рг - давление газов соответственно во впускном трубопроводе (давление наддува) и в цилиндре при выпуске, МПа.

Кинематическая связь между деталями клапанного механизма обеспечивается при

Pa> = KPi2, (378)

где К - коэффициент запаса (для дизелей при наличии механических центробежных регуляторов = 1,28- 1,52, для карбюраторных двигателей /С =1,33-+ 1,66); Р/кл2 - приведенная к клапану сила инерции механизма при движении толкателя с отрицательным ускорением, Н.



Расчет пружины клапана сводится к 1) определению силы упругости пружины Р/кла; 2) подбору по силе Р/клг с учетом коэффициента запаса К характеристики пружины: 3) проверке ее минимального усилия при закрытом клапане; 4) выбору размеров пружины и 5) определению запаса прочности и числа собственных колебаний пружины.

Сила инерции, приведенная к оси клапана, при движении толкателя с отрицательным ускорением

Р/ кл 2 = - Л1кл/кл2 == - Л1кл/,а/кл/т. (379)

где Мкл - суммарная масса клапанного механизма, приведенная к клапану, кг.

При нижнем расположении клапанов

Мкл = гпк„ + /Ипр/З + т,, (380)

где /Пкл - масса комплекта клапана (клапан, тарелка пружины, замок); /Идр - масса пружины (пружин); - масса толкателя; При верхнем расположении клапанов

Мкл = т„л + Шпр /3 + {т + тш,)(/, „л)2 + т, (381 >

где Отшт - масса штанги; mi = IlL » «к (/кл+ 1гТП2(1„ - масса коромысла, приведенная к оси клапана, при двуплечем рычаге с опорной стойкой в виде шпильки; = /iL ж т /L/(3/L) -- масса коромысла, приведенная к оси клапана, при одноплечем рычаге с опорной стойкой в виде болта (см. рис. 112); Ук и /п„ - соответственно момент инерции коромысла относительно оси качанИя и его масса.

При расчетах вновь проектируемых двигателей массы /Пкл, /Пцр,. /Ит, т,, и /п„ принимаются по конструктивным размерам и статистическим данным аналогичных клапанных механизмов. Конструктивные массы Мкл == Мкл/Ргор для впускных клапанов при различном их расположении и приводе имеют следующие значения (кг/м):

При нижнем расположении клапанов ......... 220-250

При верхнем расположении клапанов с нижним расположением распределительного вала ......... 230-300

При верхнем расположении клапанов с верхним расположением распределительного вала ........ 180-230

На рис. 117 представлена кривая силы инерции Р/кл2 поступательно движущихся масс, приведенных к оси клапана. По этой кривой при выбранном значении К строят кривую аЬс необходимых сил упругости пружины Рцр = /СР/кл2 "ри движснии толкателя с отрицательным ускорением. С помощью диаграммы подъема Акл клапана кривую Рпр = /(фр) перестраивают в координаты /„р -Р (деформация пружины - сила упругости пружины), как показано на рис. 117. Полученная кривая аЬс" представляет собой зависимость необходимой силы упругости пружины от высоты подъема клапана, т. е. необходимую характеристику пружины (для выпуклого кулачка с плоским


Рис. 117. Графическое построение характеристики пружины

толкателем кривая aVc" - прямая линия. Заменяя кривую ас прямой ас" и продолжая ее до пересечения с вертикальной осью (точка О"), получают возможную характеристику реальной пружины.

Отрезок, отсекаемый прямой а"0" на горизонтальной оси (Акл= 0), соответствует минимальной силе упругости пружины при закрытом клапане, т. е. силе Рр тш предварительной затяжки пружины. Если полученное значение Рдр mm не обеспечивает выполнения неравенств (376) или (377), необходимо увеличить силу Рдр тш за счет увеличения

К или /max-

По характеристике пружины, построенной графическим способом, определяют: предварительную деформацию./тш, полную деформацию

/max = /min+ кл max И ЖССТКОСТЬ ПруЖИНЫ С = Рцр maxZ/max-

Для выпуклого кулачка с плоским толкателем характеристику пружины можно подобрать непосредственно по параметрам кулачка: максимальная сила упругости пружины

пр max

Мкл/Саклов/;,;

минимальная сила упругости пружины

Рпр ш1п = Мкл/С(Го-Га)/клй т;



жесткость пружины

с = Мк„Ка1, предварительная деформация пружины

/ш1п = Рпр min / С = (Гц - Г2) /кл/т !

полная деформация пружины

/шах = /min-- Аклшах = Cllvjillf

Основными конструктивными размерами пружины являются: средний диаметр пружины Dnp, диаметр проволоки 8др, число витков /, шаг витка t и полная длина Z-cb свободной пружины.

Средний диаметр пружины обычно принимают по конструктивным соображениям в зависимости от диаметра горловины клапана D = (0,7-4- 0,9) drop, а диаметр проволоки 8пр= (3,5-4- 6,0) мм. При наличии двух пружин на одном клапане диаметр проволоки внутренней пружины 8пр = 2,2 ч- 4,5 мм.

По принятым значениям Dp и подобранной характеристике пружины определяются:

число рабочих витков пружины

(р - GnpfmaJ ( 8Рпр шах Dip),

(382)

гдеО = 8,0 ч- 8,3- модуль упругости второго рода,,МН/см*; Рцртах-, сила упругости пружины, МН; Ощ, и /шах - соответственно средний диаметр и полная деформация пружины, см; Bjjp - диаметр проволоки, см;

полное число витков пружины -\- 2;

шаг витка свободной пружины

t - пр -Ь /max/р -f- Amin ,

где А mm = 0,3 - наименьший зазор между витками пружины при полностью открытом клапане, мм;

длина пружины при полностью открытом клапане

min = in-o + пп

п"пр Т" pi-imin,

длина пружины при закрытом клапане

Lq ~ Lmin ~\- Акл max \

длина свободной пружины

св ~ min 4" /шах-

(383) (384) (385)

Максимальное касательное напряжение, возникающее в пружине:

шах = *8Рпртах/)пр/(8пр), (386)

где k - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение напряжений по поперечному сечению витка пружины и зависящий от отношенийДпр/8др. Значения коэффициента k приведены ниже:

Опр/Ьпр к . . .

1.38

1.23

1.17

1,15

1.13

1.11

12 1.1

Максимальное напряжение в быстроходных двигателях ттах= = 450 ч- 650 МПа.

Минимальное напряжение в пружине при закрытом клапане

tmln = SPnpmln Onp/(lt8np) .

(387)

Запас прочности п, пружины определяется по формулам, приведенным в § 43. Для пружин автотракторных двигателей iu > 1,2 ч--f-1,4, а предел усталости при кручении для пружинных сталей в расчетах x i = (340 4-400) МПа.

При больших силах инерции на каждый «лапан устанавливают по две пружины (наружная и внутренняя). В этом случае рассчитывается каждая пружина аналогичным способом, но с соблюдением

условий: Рпр шах = Рпрл max 4" Рпр.в max И Рцр min = Рпр.я ш1п4" Рпр.в min.

Усилия между пружинами распределяются по конструктивным соображениям в пределах Рпр.в = (0,35 ч- 0,45)Рдр.

Для обеспечения нормальных радиальных зазоров между направляющей втулкой и внутренней пружиной, а также между пружинами размеры пружин (мм) должны удовлетворять требованиям:

Опр.в > вт + Зпр.в + 2; Dnp.„ > Dnp.B 4- 8пр.в 4- 8пр.н 4- 2,

гдевт - диаметр втулки клапана; Dnp.B иОпр.н - средние диаметры соответственно внутренней и наружной пружин; 8пр.в и 8пр.н - диаметры проволоки соответственно внутренней и наружной пружин.

Во избежание появления резонанса - совпадения частоты собственных колебаний пружины с вынужденными - определяется число свободных колебаний клапанной пружины

п,=2,17. 108„p/(ipDp). (388)

Отношение числа собственных свободных колебаний пружины к частоте вращения Пр распределительного вала не должно равняться целому числу (особенно опасно Пс/"р = 1), а при наличии двух пружин, кроме того, должно соблюдаться неравенство Пс.н/Пр Ф nc.Jn.

Расчет клапанной пружины карбюраторного двигателя. Из расчета газораспределения (см. § 65) имеем: частоту = 0,5 пы = 2800 об/мин и угловую скорость вращения сок = 293 рад/с распределительного вала; максимальную высоту подъема впускного клапана Акл шах = = 8,92 мм; диаметр горловины впускного клапана dp = 32,5 мм; размеры кулачка с выпуклым профилем: = 15 мм, г, = 57,2 мм. Га = 8,5 мм; А шах = 5,68 мм, й = 4- А max- Г2 - 12,18 мм; размеры коромысла: /кл = 52,6 мм, /т = 33,5 мм; диаграммы подъема, скорости и ускорения толкателя (см. рис. 113 и табл. 65). Расположение клапанов верхнее с приводом от распределительного вала, размещенного в головке блока. Усилие от кулачка передается непосредственно на коромысло, имеющее плоскую поверхность соприкоснове-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64