Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Расчет пружин клапана и деталей привода

Пружины плотно прижимают клапан к седлу и кинематически замыкают механизм привода на участках подъема и опускания клапана.

Размыкание клапанного механизма на участках движения с отрицательным ускорением сопровождается наклепом поверхностей толкателя и кулачка, износом этих поверхностей и повышением уровня шума. Поэтому усилие пружин на участках движения толкателя с отрицательными ускорениями должно быть значительно больше сил инерции при всех скоростных режимах. Однако, несмотря на достаточную расчетную величину усилий пружин, толкатель в некоторых случаях может отскакивать от кулачка.

Указанное выше явление вызывается следующими причинами:

1) неточностью шлифования кулачка по копиру;

2) несовпадением центра начальной окружности кулачка с геометрической осью подшипников распределительного вала;

3) износом поверхности кулачка в процессе эксплуатации;

4) закручиванием и изгибом распределительного вала, который одновременно нагружается силами и моментами от механизмов привода нескольких клапанов;

5) колебаниями, возникающими в упругой системе привода.

Амплитуда и собственная частота колебаний зависят от параметров системы: общей жесткости механизма привода и его приведенной массы. Наибольшей жесткостью, как показали исследования, обладает механизм газораспределения при нижнем расположении клапанов. При верхнем расположении клапанов и нижнем расположении распределительного вала жесткость механизма привода

наименьшая. Ниже даны значения приведенной жесткости механизмов привода (в МН/м).

Нижнее расположение вала и клапанов 50 Нижнее расположение вала и верхнее клапанов 3,55

Верхнее расположение вала и клапанов 2540

При конструировании механизма привода следует исходить из условия достижения предельно возможной жесткости при минимальной массе движущихся деталей. Конструктивные массы движущихся

деталей, отнесенные к площади проходного сечения горловины впускного клапана и приведенные к его оси, для систем с различным расположением клапанов и механизмов привода имеют следующие значения (в кг/м2):

Нижнее расположение клапанов 220250

Верхнее расположение клапанов и нижнее распредели- 230300 тельного вала

Верхнее расположение клапанов и распределительного вала 180230 с передачей через коромысла или через промежуточный стакан

клапану, значения масс следует умножить на отношение

На рис. 298, а и б показаны схемы двух наиболее распространенных механизмов привода верхних клапанов с действующими силами и реакциями на опорах коромысел.

Суммарная масса, приведенная к оси клапана,

момент инерции коромысла относительно оси качания.

Масса, приведенная к оси толкателя,

откуда ускорение клапана

а приведенные к оси толкателя

а приведенная к оси толкателя,

(292)

следует уменьшать.

а для механизма, показанного на рис. 290, б

:

Запас усилий пружин К вследствие неодинаковых величин движущихся масс, жесткостей пружин, уменьшения упругости пружин в эксплуатации и других конструктивных и технологических факто-

ров следует принимать больше отношения Кш на 1015%, т. е.

Запас усилия пружины обычно подсчитывают в точке максимального подъема клапана.

Частота вращения, соответствующая моменту размыкания клапанного механизма (отрыву толкателя от кулачка),

Максимальная сила пружины при полностью открытом клапане

сила инерции механизма привода при номинальной частоте вращения двигателя (см. рис. 299).

Максимальное усилие при плоском толкателе моя^ет быть подсчитано по формуле

соответствует ее предвари-

проверяют по выпускному клапану, который не должен отрываться от седла во время такта впуска, когда в цилиндре разрежение, т. е. должно соблюдаться неравенство

давление в цилиндре при выпуске.

МПа.

давление наддува при компрессоре с механическим приводом и номинальной частоте вращения).

В этом случае минимальную силу пружины проверяют для условия

В существующих двигателях отношение сил пружины

II и выше.

относятся к быстроходным двигателям. Жесткость пружины достигает 5560 кН/м.

:.

возрастают размеры пружины. В случае уменьшения жесткости пружины крутизна ее характеристики возрастает, при этом запас прочности пружины снижается.

и монтажная высота (при закрытом клапане), а также число пружин, приходящихся на один клапан, определяются конструктивными особенностями двигателя размером горловины клапанов, числом клапанов, расположением распределительного вала, компоновкой механизма привода и конструкцией его отдельных элементов.

При больших силах инерции, приходящихся на один клапан, устанавливают две-три цилиндрические пружины. Две пружины (внутреннюю и наружную) для лучшего использования размеров головки располагают со стороны клапана, а третью со стороны толкателя.

В случае установки двух пружин их суммарное усилие

Внутреннюю пружину устанавливают в наружную с зазором 12 мм. Направление витков у пружин должно быть противоположным. В этом случае при поломке одной из пружин концы ее не попадут в пространство между витками цельной пружины.

Максимальное касательное напряжение, возникающее в пружине,

:

в быстроходных двигателях достигает 450650 МН/м2. При напряжении более 500 МН/м2 для повышения усталостной прочности применяют дробеструйную обработку пружин. В двигателях с воздушным охлаждением напряжение в пружинах выпускных клапанов не должно быть больше ниж-

него предела из-за возможного ухудшения механических свойств материала при перегреве.

Минимальное напряжение пружин

) переменного цикла подсчитывают запас прочности пружин по Лотагеле C2G8V

МН/м2. Запас прочности должен быть не менее 1,4.

Число рабочих витков пружины подсчитывают по выражению

где " модуль упругости второго рода;

мм. Минимальная длина пружины при жатии

длина в свободном состоянии

После выбора конструктивных параметров пружины, определения максимального напряжения и запаса прочности ее проверяют на резонанс. Угловая частота собственных колебаний пружины

Колебания пружины рассматривают при этом как продольные одноузловые колебания прямого стержня с таким же числом собственных колебаний. Угловая частота собственных колебаний пружины должна быть больше угловой скорости распределительного вала не меньше чем в 12 раз. В этом случае удается избежать возникновения резонансных колебаний в рабочем диапазоне частоты вращения.

Детали механизма привода нагружаются силами инерции, усилиями пружин, силами давления газов со стороны выпускного клапана в момент его открытия и ударными силами, возникающими при замыкании механизма с конечной скоростью.

Напряжение от сжатия и деформацию проверяют у штанги толкателя. Деформации изгиба распределительного вала, подсчитанные по уравнениям для однопролетной балки, не должны превышать 0,05 мм.

[уравнение (292)), возникают в зоне положительных ускорений (рис. 299, а).

В механизме привода выпускного клапана наибольшая нагрузка определяется одновременным действием силы инерции, усилий пружин и силы давления газов в момент открытия клапана:

сила давления газов на головку клапана, приведенная

(см. рис. 298).

Сила давления газов, приведенная к оси толкателя,

Контактные напряжения на поверхностях толкателя и кулачка подсчитывают по уравнению Герца, которое в общем впде для случая контакта двух цилиндрических поверхностей имеет вид

контактные напряжения достигают 5001200 МН/м2.

Реклама