Расчет механизма газораспределения

Оглавление Расчет механизма газораспределения

1. Кинематика клапанного регулятора потоков газа и жидкости

1.1 Основные размеры проходных сечений в горловинах и клапанах

1.2 Основные размеры кулачков для впускных клапанов

1.3 Профилирование безударного кулачка, приводящего в движение один впускной клапан

1.3.1 Подъем (перемещение) толкателя по углу поворота кулачка ц_к (распределительного вала ц_p0)

1.3.2 Скорость толкателя по углу поворота кулачка ц_k

1.3.3 Ускорение толкателя

1.4 Время-сечение клапанов

2. Расчет пружины клапана

3. Расчёт распределительного вала

4. Расчет ременной передачи

5. Список использованной литературы

6. Чертежная часть

1. Кинематика клапанного регулятора потоков газа и жидкости

1.1 Основные размеры проходных сечений в горловинах и клапанах

Площади проходных сечений и диаметры горловин:

для одного клапана

; (1.1)

. (1.2)

Максимальная высота подъемов клапанов при угле фаски б = :

. (1,3)

1.2 Основные размеры кулачков для впускных клапанов

Радиус начальной окружности кулачка:

(1.3)

принимаем ;

Максимальный подъем толкателя, приводящего в движение один впускной клапан:

(1.4)

— расстояния от опоры одноплечного рычага соответственно до кулачка и до клапана.

1.3 Профилирование безударного кулачка, приводящего в движение один впускной клапан

Продолжительность участка сбега кулачка, соответствующего выбору зазора (?S) на участках набегания и сбега кулачка:

где ?S = 0,25 мм — величина зазора, включающего в себя температурный зазор и упругие деформации механизма газораспределения; = (0,08 — 0,022) мм/град — скорость толкателя при набегании, принята = 0,02 мм/град.

Фазы газораспределения:

предварение открытия впускного клапана — = ,

запаздывание закрытия впускного клапана — = ,

продолжительность открытия впускного клапана по углу поворота распределительного вала —, тогда =.

В соответствии с заданными фазами газораспределения устанавливается угловая продолжительность каждого участка ускорений при соблюдении требований закона ускорений безударного кулачка Курцы:

участок положительных ускорений — = = 0,4 712 389 рад, первый участок отрицательных ускорений — = = 0,1 047 197 рад, второй участок отрицательных ускорений — = = 0,6 632 251 рад.

Проверка принятых величин:

+ + - /180 =0,4 712 389 + 0,1 047 197 + 0,6 632 251 — 71/180 = 0; (1.5)

= = 0,1 578 947 — в допустимых пределах =0,1 — 0,25; (1.6)

= = 1,6 296 294 — находится в пределах = 1,5 — 3,0. (1.7)

Определение вспомогательных величин и коэффициентов закона движения толкателя:

; = 8 z = 8 = 0.55 555; (1.8)

= = = 0,4 123 758; (1.9)

= = 0,6 632 251 = 1,1 606 439; (1.10)

= + + = 0,55 555 + 4 123 758 + 1,1 606 439 0,1 047 197 = =0,5 394 736; (1.11)

= + = 1,1 606 439 + = 1,2 439 771; (1.12)

= = = 4,69 211,

где = = 0,02 180 / 3,1 415 926 = 1,1 459 156; (1.13)

= = (4,692 111 — 1,1 459 156) 0,4 712 389/3,1 415 926 = =0,4 384 843; (1.14)

= = (2 4,692 111 — 1,1 459 156) / 1,2 439 771 =

=5,6 210 894; (1.15)

= = 5,6 210 894 0,4 132 758 = 6,5 240 831; (1.16)

= = 5,6 210 894 0,55 555 = 0,312 279; (1.17)

= = 56 210 894 = 0,7 986 906; (1.18)

= = 5,6 210 894 0,4 123 758 = 2,3 180 012. (1.19)

Проверка вычисленных значений коэффициентов:

= 4,692 111 0,4 712 389 + 6,5 240 831 0,1 047 197 + 0,312 279 + 2,3 180 012 — 4,95 = - 0,3; (1.20)

= 0,7 986 906 — 5,6 210 894 + 2,3 180 012 = 0,1; (1.21)

= 4,692 111 — 0,4 384 843 3,1 415 926/0,4 712 389 — 1,1 459 156 = 0,668; (1.22)

= 6,5 240 831 + 4 0,7 986 906 — 2 5,6 210 894 0,6 632 251 = - 0,2; (1.23)

=4,692 111 + 0,4 384 843 3,1 415 926 / 0,4 712 389 — 6,5 240 831 — 0,312 279 3,1 415 926 / 2 0,1 047 197 = -0,621; (1.24)

= 0,312 279 + 12 0,7 986 906 — 2 5,6 210 894 = -0,773. (1.25)

1.3.1 Подъем (перемещение) толкателя по углу поворота кулачка (распределительного вала)

Подъем толкателя на участке сбега ()

(1.26)

;

в начале участка при

в конце участка при

Подъем толкателя на участке сбега (выбор зазора) = 0

Подъем толкателя на участках положительных ускорений ()

;

в начале участка при

;

в конце участка при ,

а .

Подъем толкателя на первых отрицательных участках ускорений

()

в начале участка при ,

а ;

в конце участка при ,

а .

Подъем толкателя на вторых участках отрицательных ускорений

()

в начале участка при

.

в конце участка при

(1.30)

.

1.3.2 Скорость толкателя по углу поворота кулачка

Скорость толкателя на участках сбега ()

где — скорость вращения кулачкового вала;

(1.32)

в начале участка при, ;

в конце участка при, .

Скорость толкателя на участках положительных ускорений ()

в начале участка при, ,

в конце участка при, ;

;

Скорость толкателя на первых участках отрицательных ускорений

()

в начале участка при, ;

в конце участка при, м/с.

Скорость толкателя на вторых участках отрицательных ускорений

()

в начале участка при ,

в конце участка при .

1.3.3 Ускорение толкателя Ускорение толкателя на участках сбега (= - 1938' = 19,63)

в начале участка при == = 0 рад

419,47 834 = 420; (1.36)

в конце участка при == 1938' = 0,3 426 081 рад

= 0 .

Ускорение толкателя на участках положительных ускорений (= 0- 27)

в начале участка = = 0 рад

887,3 639 623 0 = 0; (1.37)

в конце участка = 27= 0,4 712 389 рад

= 887,3 639 623 27 = 0 .

Ускорение толкателя на первых участках отрицательных ускорений

(= 0- 6)

в начале участка при = = = 0 рад

— 561,1 384 852 0 = 0; (1.38)

в конце участка при = = 6= 0,1 047 197 рад

= - 561,1 384 852 6 = - 561,1 384 852 = 561 .

Ускорение на вторых участках отрицательных ускорений (-38)

в начале участка при = = 0 рад

— 561; (1.39)

в конце участка при = 38= 0,6 632 251 рад

— 898 .

Максимальное и минимальное ускорение толкателя: ()

1556,380 663 (допустимо до 3500); (1.36)

— 897,8 314 274 = - 898 (допустимо до 1500). (1.37)

Значения, заносятся в таблицу 1.

Минимальный и максимальный радиусы кривизны профиля безударного кулачка при плоском толкателе:

= 15,75 + 5,2 — 2 5,6 210 894 = 9,7 078 212 мм, где = 4,95 + 0,25 = 5,2 мм; = 16 — 0,25 = 15,75 мм. (1.40)

= 15,75 + 0,25 + = 36,778 528 мм. (1.41)

Проведенные расчеты показывают, что рассчитанный безударный кулачок удовлетворяет всем предъявленным требованиям. Чертеж толкателя приведен в конце.

Таблица 1

1.4 Время-сечение клапанов

Диаграммы подъема толкателей, построенные в масштабе по оси абсцисси по оси ординат, являются диаграммами подъема клапана, если изменить масштаб по оси ординат на. Тогда для газораспределительного механизма с одним впускным клапаном Время-сечение клапанов за такт впуска

(1.42)

Где , — площади под кривыми ab и cd без учета площади, соответствующей выбору зазора .

Время-сечение одноклапанного механизма за такт впуска:

(1.43)

где .

Средняя площадь проходного сечения клапана:

(1.44)

где — продолжительность такта впуска, для одноклапанного механизма .

Средняя скорость потока смеси в седле клапана для одноклапанного механизма:

. (1.45)

Рис. 1 а) Диаграммы подъема, полное время сечения Рис. 1 б) Диаграмма скорости Рис. 1 в) Диаграмма ускорения

клапан кулачок толкатель пружина

2. Расчет пружины клапана

Максимальная сила упругости пружин:

где, К=1,4 коэффициент запаса; - суммарная масса клапанного механизма; массы клапана и пружин, приняты по конструктивным соображениям; = 40 г. — масса приведенная к оси клапана, Минимальная сила упругости пружин:

Жесткость пружины:

Деформация пружин:

Предварительная Полная Распределение усилий м/у наружной и внутренней пружиной:

внутренняя пружина

; (2.6)

; (2.7)

наружная пружина

; (2.8)

Н;

; (2.9)

Жесткость пружин:

; (2.10)

;

; (2.11)

.

Размеры пружин принятые по конструктивным соображениям:

Диаметр проволоки

Средний диаметр пружин D_пр.н = 28 мм; D_{пр. в} = 19 мм;

Число рабочих витков пружин:

(2.12)

; (2.13)

Полное число витков пружины:

; (2.14)

; (2.15)

Длина пружин при открытом клапане:

; (2.16)

; (2.17)

;

Длина пружин при закрытом клапане:

; (2.18)

Длина свободных пружин:

; (2.19)

. (2.20)

Максимальное и минимальное напряжение в пружинах:

внутренняя пружина

; (2.21)

(2.22)

где определен при ;

наружная пружина

; (2.23)

(2.24)

где определен при .

Средние напряжение и амплитуды напряжений:

внутренняя пружина

; (2.25)

. (2.26)

Так как концентрация напряжений в витках пружины учитывается коэффициентом, а, то

наружная пружина

; (2.27)

; (2.28)

; (2.29)

.

Запасы прочности пружин:

внутренняя пружина

где (2.30)

наружная пружина

. (2.31)

Расчет пружин на резонанс:

; (2.32)

;

; (2.33)

;

.

Так как резонанс отсутствует.

На графике 1 показана характеристика совместно работающих двух пружин.

3. Расчёт распределительного вала

Максимальная сила от выпускного клапана, действующая на кулачок:

(3.1)

где , — диаметр тарелки выпускного клапана; - диаметр тарелки впускного клапана; ;

тогда

;

.

Стрела прогиба распределительного вала:

(3.2)

где — длина пролёта распределительного вала;

— наружный и внутренний диаметр вала соответственно. Последний принят с учётом использования его для подвода смазки к кулачкам и сохранения достаточной жёсткости.

Напряжение смятия:

(3.3)

где — ширина кулачка.

4. Расчет ременной передачи

Из графика для определения сечения ремня [1, т.2, с. 740, Рис.11], берем сечение ремня — А Передаточное отношение i = 2;

Передаваемая мощность N = 1,9 кВт

так как обозначение сечения ремня — А;

Ширина шкива:

М = (n — 1)*e + 2*f = (1−1)*15+2*10 = 20 мм; (4.1)

L принимают по конструктивным соображениям Наружный диаметр шкива:

мм, (4.2)

принимаю 100 мм;

(4.3)

Линейная скорость ремня:

(4.4)

Угол обхвата ремнем меньшего шкива:

(4.5)

Межцентровое расстояние определяется конструктивными особенностями привода.

Рекомендуемое межцентровое расстояние вычисляют по:

(4.6)

210 < a < 600 мм, принимаю a = 500 мм.

по ГОСТ 1284.2−89 принимаю

Шкив для приводного клиноременного ремня типа 1 с сечением А, с 3 канавками, расчетным диаметром, с цилиндрическим посадочным отверстием, из чугуна марки СЧ 20, окончательно принимается «Шкив 1 А 3.90.22 СЧ 20 ГОСТ 2088– — 88».

Наработка ремня определяется по формуле:

(4.7)

где [1, т.2, с. 727, табл. 23];

Ресурс ремня определяется по:

(4.8)

где [1, т.2, с. 728, табл. 24], [1, т.2, с.728].

1) Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т.: Т. 2. — 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001. — 912с.: ил.

2) Колчин А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов./А.И. Колчин, В. П. Демидов — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Высш. Шк., 2002. — 496 с.: ил.

3) Орлин А. С., Круглов М. Г. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей: 4-е изд. — М.: Машиностроение, 1984. — 384с.: ил.