Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Кинематика клапанного механизма

Продолжительность действия клапанов определяется фазами газораспределения, которые подбирают с учетом быстроходности двигателя, режимов его работы, наддува, наличия гидравлического толкателя и других факторов. Продолжительность открытия клапанов в градусах поворота распределительного вала четырехтактного двигателя для выбранных фаз

угол запаздывания закрытия впускного или выпускного клапана.

При профилировании кулачков их конструктивные параметры выбирают с учетом следующих условий:

1) безударного замыкания механизма привода при уменьшении зазора на участке набегания кулачка;

2) отсутствия повторных отскакиваний толкателя от кулачка непосредственно после посадки клапана на седло;

3) получения по возможности низких значений как положительных, так, в особенности, и отрицательных ускорений, от которых зависят силы, нагружающие детали механизма привода, их упругие деформации и износ.

Кулачки профилируют в соответствии с выбрапным законом образования профиля или с заданным законом движения толкателя.

Кулачки первого типа получили распространение вследствие относительной простоты и технологичности. Накопленные статистические данные по характерным размерам кулачков позволяют сравнительно легко осуществить их профилирование. Кулачки этого типа образуют сопряженными дугами окружностей (выпуклые или вогнутые профили) или путем сопряжения прямых и дуг окружностей (тангенциальные профили).

На рис. 295 изображены основные типы кулачков:

1) выпуклый (рис. 295, а), образованный на участке действия клапана двумя дугами радиусами рг и рв (гармонический кулачок);

Для гармонических кулачков применяют плоские, выпускной. или роликовые толкатели, для тангенциальных кулачков главным образом роликовые. В конструкциях, у которых толкатель выполнен в виде качающегося рычага (см. рис. 287, з), закон перемещения клапана не соответствует диаграмме подъемов толкателя. Однако эти искажения невелики, и пути, скорости и ускорения подсчитывают по уравнениям, выведенным для толкателей, движущихся поступательно.

равна температурному зазору и величине деформаций деталей механизма привода, распределительного вала и клапана.

Температурный зазор зависит от теплового режима двигателя, деталей механизма привода и клапана, материала головки цилиндров. Практика показала, что в двигателях с жидкостным охлаждением зазор у выпускных клапанов пропорционален длине стержня клапана и на холодном двигателе равен 1,52,5% максимального подъема клапана.

(для впускного клапана). Механизм привода выпускного клапана нагружается на участке набегания двумя силами:

, Суммарные деформации механизма привода в момент начала движения впускного клапана достигают 0,050,1 мм и выпускного 0,10,2 мм.

с учетом тепловых зазоров (0,200,25 мм у впускных и 0,250,30 мм у выпускных клапанов) и деформаций механизма привода с жесткими толкателями достигает у впускных кулачков 0,25-0,35 мм и у выпускных 0,350,50 мм.

Верхние пределы относятся к двигателям с верхними клапанами.

Высота сбегания кулачка должна быть больше амплитуд упругих колебаний механизма привода, сопровождающихся преждевременной посадкой клапана на седло. Кроме того, следует учитывать возможность перекоса клапана в направляющей втулке в момент посадки. Высота сбегания, как показали расчетные и экспериментальные исследования, может быть значительно больше высоты набегания и достигать 0,60,7 мм.

На участке набегания и сбегания в случае применения безударных кулачков скорость толкателя принимают или постоянной, или возрастающей. Скорость подъема толкателей, отнесенная к 1° поворота распределительного вала, в конце этих участков составляет (в мм/°):

При постоянной скорости набегания 0,0080,012

При возрастающей 0,0120,018

Углы, соответствующие участкам набегания и сбегания кулачка, при жестких толкателях равны 30 и 40°. Большие скорости посадки клапана сопровождаются повышенным износом седла.

угловая скорость распределительного вала), для различных профилей кулачков, имеющих одинаковые максимальные подъемы и углы набегания. Кривые подъемов и скоростей для разных профилей мало отличаются между собой; только кривые положительных ускорений различаются несколько больше.

Резкий скачкообразный переход от положительного ускорения к отрицательному (см. рис. 296), вызывает динамические нагрузки в механизме привода и может сопровождаться отскоком толкателя от кулачка, особенно при работе с высокой частотой вращения. Вследствие упругости элементов клапанного механизма могут возникнуть деформации значительно больше расчетных, подсчитанных по величинам сил инерции.

радиус начальной

" мм.

Соотношения между параметрами кулачков двух типов: гармонического (см. рис. 295, а) и тангенциального (см. рис. 295, б) при

приведены ниже.

Гармонический кулачок. Радиус боковой дуги (см. рис. 295, й)

Радиус дуги вершины кулачка

. (290)

определенный по

Тангенциальный кулачок. Радиус вершины кулачка (см. рис. 295, б)

При определении подъема, скоростей и ускорений прежде всего находят углы поворота кулачка, соответствующие граничным точкам сопряжения дуг или дуг и прямых.

по теореме синусов)

(291)

до вершины кулачка,

Рис. 297. Различные периоды подъема плоского толкателя

высота подъема

ускорение

Минимальный радиус грибка толкателя (см. рис. 297, а), при котором кромка его опорной плоскости упирается при набегании в поверхность кулачка, определяют из треугольника ОЕО-у.

из выражения (291) получим

в мм.

Кинематика роликового толкателя. Граничный угол поворота тангенциального кулачка при переходе ролика с участка качения АБ (см. рис. 295, б) по прямой на участок качения БВ по дуге радиусом рв может быть найден по формуле

до точки максимального подъема толкателя,

Радиус роликового толкателя р целесообразно по возможности увеличивать, так как будет уменьшаться скручивающий момент, нагружающий распределительный вал. Одновременно с увеличением радиуса роликового или выпуклого толкателя снижаются контактные напряжения на сопрягаемых поверхностях, достигающие минимального значения при плоском толкателе.

- радиус ролика.

При качении ролика толкателя по дуге радиусом рв высота подъема

Для механизмов с верхним и нижним расположением распределительных валов предельные положительные и отрицательные ускорения толкателя, отнесенные к ©к, приведены в табл. 43.

В двигателях с верхним расположением распределительного вала допускаются большие ускорения, так как приведенная масса, а следовательно, и сила инерции клапанного механизма (при одинаковой частоте вращения) получаются значительно меньшими, чем при нижнем расположении вала.

Большое распространение в быстроходных двигателях получили безударные кулачки, состоящие из четырех участков.

Для безударного кулачка кривая скорости протекает более плавно. Кривая ускорений также протекает плавно, без резких изменений знака ускорения.

Чем податливее детали механизма привода, больше их массы и меньше крутильная и изгибная жесткости распределительного вала, тем больше будут отклоняться действительные фазы газораспределения от заданных геометрических.

Расчет движения клапана с учетом деформаций позволяет определить профиль кулачка, обеспечивающий уменьшение динамических нагрузок в механизме привода. Подобные кулачки профилируют по заданному закону движения клапана. Получил распространение также метод профилирования полидайн, основанный на связи движений толкателя и клапана.

Реклама