3.5.2. Определение параметров профиля кулачка.

Рассмотрим механизм имеющий выпуклый профиль кулачка и плоский толкатель.

При заданных значениях _к и h_тmax между радиусом r₀, r₁ и r₂ должно быть выдержано определённое соотношение, т.е. произвольно могут быть выбраны только два из них. На основании статистических данных задаемся величинами r₁ и r₀:

r₀ = (1,5…2,0) * h_кmax = 0,017 м;

r₁ = (10…18) * h_тmax = 0,0815 м;

r₂ определяется аналитически:

r₂ = 8,6 мм.

; -угол действия кулачка, определяемый по принятой диаграмме фаз газораспределения.

При определении r₂ следует иметь ввиду, что максимальное его значение, при котором r₁ = , т.е. выпуклый профиль превратится в тангенциальный, равно:

Профиль кулачка вычерчивается на отдельной форматке миллиметровой бумаги в масштабе 2:1.

3.5.3. Расчет пружины клапана.

Пружина должна обеспечивать кинематическую связь между клапаном и кулачком в течение второго и третьего периодов движения.

Сила инерции приведённая к клапану:

P_j2 = [0,363272,25²(0,017 – 0,0086)1.75 + 0,363272,25²0,0095];

P_j2 = 737,25 Н.

Здесь:

(m_клм)_к – приведённая к клапану масса деталей клапанного механизма:

(m_клм)_к = (m_кл.м)_к * f_Г = 400 * 0.00091 = 0.363 кг;

(m_кл.м)_к – конструктивная масса клапанного механизма;

(m_кл.м)_к = 200…300 кг/м² – с непосредственным приводом;

(m_кл.м)_к = 400…500 кг/м² – с приводом через толкатель штангу и коромысло.

=272,25 с^-1 – угловая скорость вращения кулачка на режиме максимальных оборотов КВ.

=0,00091 м² – площадь горловины клапана.

Очевидно, что сила пружины должна быть больше силы инерции на любом скоростном режиме:

Р_пр = К * P_j2 = 2,0 * 737,25 = 1474,5 Н,

где К = 1,5…2,25 – коэффициент запаса.

Сила предварительно затянутой пружины:

Р_ПР = Р₀ + c * h = 880 + 62,4 * 0,0095 * 10³ = 1474,5 Н.

Минимальная сила упругости пружин:

Р₀ = К * (m_клм) * ² * (r₀ – r₂) * l_к/l_т;

Р₀ = 2,0 * 0,363 * 272,25² * (0,017 – 0,0085) * 1,75 = 880 Н.

Жесткость пружин:

с = К * (m_клм) * ²;

с = Р₀ = 2,0 * 0,363 * 272,25² = 62,4 кН/м.

Предварительная деформация:

f₀ = (r₀ – r₂) * l_к/l_т = (0,017 – 0,0085) * 1,75 = 0,0141 м.

Максимальная деформация:

f_max = (r₀ – r₂) * l_к/l_т + h_кл.max = (0,017 – 0,0085) * 1,75 + 0,0095 = 0,0236 м.

Распределение усилий между наружной и внутренней пружинами:

P_{пр.вн.max} = 0.4 * P_пр.max = 0.4 * 1474,5 = 589,8 Н;

P_{пр.нар.max} = 0.6 * P_пр.max = 0.6 * 1474,5 = 884,7 Н.

Жесткость наружной и внутренней пружины:

с_пр.нар = Р_пр.нар/f_max = 589,8/0.0236 = 25,0 Н/м;

с_пр.вн = Р_пр.вн/f_max = 884,7/0.0236 = 37,5 Н/м.

3.5.4 Определение размеров пружины.

Конструктивными параметрами пружины являются: средний диаметр D_пр, диаметр проволоки d, число витков i и шаг витка t.

Обычно D_пр = (0,8…0,9) * d_Г.

Принимаем D_пр.нар = 32 мм, D_пр.вн = 22 мм.

Диаметр проволоки d:

где  = 350…600 МПа;  = 1,2.

Найденное значение d_пр. округляем до ближайшего значения по ГОСТу.

Таким образом d_пр.нар. = 5,0 мм, d_пр.вн. = 3,5 мм.

Число рабочих витков пружины определяется по максимальной деформации:

Полное число витков:

i_п.вн. = i_р.вн. + 2 = 6 + 2 = 8;

i_п.нар. = i_р.нар. + 2 = 5 + 2 = 7.

Шаг витка свободной пружины:

Высота пружины при полностью открытом клапане

L_min.вн. = i_п.вн. * d_пр.вн. + i_р.вн.*_min = 6 * 3,5 + 6 * 0,5 = 24 мм;

L_min.нар. = i_п.нар. * d_пр.нар. + i_р.нар.*_min = 5 * 5,0 + 5 * 0,5 = 27,5 мм.

Высота пружины при полностью закрытом клапане:

L_0вн. = L_min.вн. + h_кл.max = 24 + 9.5 = 33,5 мм;

L_0нар. = L_min.нар. + h_кл.max = 27,5 + 9.5 = 37 мм.