Расчет механизма газораспределения

Оглавление

Расчет механизма газораспределения

.        Кинематика клапанного регулятора потоков газа и жидкости

.1 Основные размеры проходных сечений в горловинах и клапанах

.2 Основные размеры кулачков для впускных клапанов

.3 Профилирование безударного кулачка, приводящего в движение один впускной клапан

.3.1 Подъем (перемещение) толкателя по углу поворота кулачка φ_к (распределительного вала φ_p0)

.3.2 Скорость толкателя по углу поворота кулачка φ_k

.3.3 Ускорение толкателя

.4 Время-сечение клапанов

.        Расчет пружины клапана

.        Расчёт распределительного вала

.        Расчет ременной передачи

. Список использованной литературы

. Чертежная часть

1.       Кинематика клапанного регулятора потоков газа и жидкости

.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 α = :

. (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 - =  = 0,4712389 рад,

первый участок отрицательных ускорений - =  = 0,1047197 рад,

второй участок отрицательных ускорений - =  = 0,6632251 рад.

Проверка принятых величин:

 +  +  - /180 =0,4712389 + 0,1047197 + 0,6632251 - 71/180 = 0; (1.5)

 =  = 0,1578947 - в допустимых пределах =0,1 - 0,25; (1.6)

 =  = 1,6296294 - находится в пределах = 1,5 - 3,0. (1.7)

Определение вспомогательных величин и коэффициентов закона движения толкателя:

;  = 8 z = 8  = 0.0055555; (1.8)

 =  =  = 0,4123758; (1.9)

 =  =  0,6632251 = 1,1606439; (1.10)

 =  +  +  = 0,0055555 + 04123758 + 1,1606439  0,1047197 = =0,5394736; (1.11)

 = +  = 1,1606439 +  = 1,2439771; (1.12)

 =  =  = 4,069211,

где  =  = 0,02  180 / 3,1415926 = 1,1459156;        (1.13)

 =  = (4,0692111 - 1,1459156)  0,4712389/3,1415926 = =0,4384843; (1.14)

 =  = (2  4,0692111 - 1,1459156) / 1,2439771 =

=5,6210894; (1.15)

 =  = 5,6210894  0,4132758 = 6,5240831; (1.16)

 =  = 5,6210894  0,0055555 = 0,0312279; (1.17)

 =  = 56210894  = 0,7986906; (1.18)

 =  = 5,6210894  0,4123758 = 2,3180012. (1.19)

Проверка вычисленных значений коэффициентов:

 = 4,0692111  0,4712389 + 6,5240831  0,1047197 + 0,0312279 + 2,3180012 - 4,95 = - 0,0000003; (1.20)

 = 0,7986906  - 5,6210894  + 2,3180012 = 0,0000001; (1.21)

 = 4,0692111 - 0,4384843  3,1415926/0,4712389 - 1,1459156 = 0,0000668; (1.22)

 = 6,5240831 + 4  0,7986906  - 2  5,6210894  0,6632251 = - 0,0000002; (1.23)

=4,0692111 + 0,4384843  3,1415926 / 0,4712389 - 6,5240831 - 0,0312279  3,1415926 / 2  0,1047197 = -0,0000621; (1.24)

 = 0,0312279  + 12  0,7986906  - 2  5,6210894 = -0,0000773. (1.25)

.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 .

.3.3 Ускорение толкателя

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

в начале участка при == = 0 рад

 419,47834 = 420 ; (1.36)

в конце участка при == 1938’ = 0,3426081 рад

 = 0 .

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

в начале участка = = 0 рад

 887,3639623  0 = 0 ; (1.37)

в конце участка  = 27= 0,4712389 рад

 = 887,3639623  27 = 0 .

Ускорение толкателя на первых участках отрицательных ускорений

(= 0- 6)

в начале участка при =  = = 0 рад

 - 561,1384852  0 = 0 ; (1.38)

в конце участка при =  = 6= 0,1047197 рад

= - 561,1384852  6 = - 561,1384852 = 561 .

Ускорение на вторых участках отрицательных ускорений (-38)

в начале участка при = = 0 рад

 -561 ; (1.39)

в конце участка при = 38= 0,6632251 рад

 - 898 .

Максимальное и минимальное ускорение толкателя: ()

 1556,380663  (допустимо до 3500 ); (1.36)

 - 897,8314274 = - 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  5,6210894 = 9,7078212 мм, где  = 4,95 + 0,25 = 5,2 мм;  = 16 - 0,25 = 15,75 мм. (1.40)

= 15,75 + 0,25 +  = 36,00778528 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].

Список использованной литературы

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.

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