Сила попереднього затягування для силових шпильок Рпоп, н, дорівнює мінімальній силі, що діє на шпильки рРmin:

Р_{Р min} = Р_поп = m·(1 - )· Р_zд, (4.41)

де m – коефіцієнт затягування шпильки, m = 3…5;

 – коефіцієнт основного навантаження нарізного з’єднання,  = 0,15…0,25;

Р_zд – сила тиску газів при згорянні, що приходиться на одну шпильку, Н:

(4.42)

де i_шп — число шпильок, що приходяться на один циліндр.

Максимальну силу Р_Рmax, Н, що розтягує шпильку, обчислюють за формулою:

Р_{Р max} = Р_поп + Р_zд. (4.43)

Відповідно максимальне _{P mах}, МПа, і мінімальне _{P min}, МПа, напруження в шпильці:

(4.44)

(4.45)

де f_min – перетин шпильки по внутрішньому діаметру різьби, мм² (див. Додаток Д).

Амплітуду _а, МПа, і середнє значення напружень _m, МПа, визначають за формулами:

(4.46)

(4.47)

Запас міцності шпильки n_ за межею утомлення розраховують за формулою:

(4.48)

де  _-1 – межа утомленої міцності матеріалу шпильки, МПа (Додаток В);

k_ – ефективний коефіцієнт концентрації напружень у різьбі, k_ =3,5…4 для вуглецевих сталей; k_=4…5,5 для легованих сталей;

_ – коефіцієнт приведення даного асиметричного циклу до симетричного (Додаток Г).

Запас міцності для шпильок має бути в межах 2,5…4.

5 Розрахунок газорозподільного механізму (грм)

5.1 Вихідні дані до розрахунку

Розрахунок газорозподільного механізму потрібно проводити з урахуванням особливостей ГРМ двигуна-прототипа. Але при цьому бажано (у деяких випадках – необхідно) удосконалювати механізм по відношенню до прототипа відповідно до тенденцій розвитку ГРМ.

Вихідними даними до розрахунку є:

• діаметр циліндра D, мм;

• значення тисків наприкінці впуску р_а і залишкових газів р_r;

• середня швидкість поршня V_П.СЕР., м/с;

• частота обертання розподільного вала n_РВ, хв^-1, n_РВ = n_N/2;

• кутова швидкість кулачка (розподільного вала) _К, рад/с:

(5.1)

Для початку розрахунку необхідно визначитися з конструктивною схемою механізму, матеріалами деталей тощо. Для цього потрібно представити у пояснювальній записці наступне:

• компонувальну схему ГРМ з вказанням його типу і кількості впускних і випускних клапанів відповідно до зразків, що зображені на рисунку 5.1, або подібних до них;

• схему приводу ГРМ відповідно до зразків, що зображені на рисунку 5.2, або подібних до них;

• схему розташування клапанів у камері згоряння відповідно до зразків, що зображені на рисунку 5.3, або подібних до них. Схеми викреслюються у масштабі 1:1 з метою визначення діаметрів горловин d_Г впускних і випускних клапанів. При цьому діаметри горловин обираються максимальними виходячи з можливості їх розташування на поверхні камери. Діаметри горловин впускних клапанів рекомендується приймати на 10…20% більше за діаметр випускних (при їх рівній кількості). Прийняті розміри перед виконанням наступного пункту перевіряються і уточнюються за формулою (5.2). Також на схемі має бути позначено розташування свічі (-ей) та/або форсунки;

• таблицю з конструктивними параметрами та матеріалом, з якого вони виготовлені, деталей ГРМ відповідно до таблиці 5.1 (графічне пояснення зображене на рисунку 5.4). Параметри, формули розрахунку яких не наведені у таблиці 5.1, визначаються під час подальшого розрахунку і тоді заносяться до таблиці;

• діаграму фаз газорозподілу. Кути випередження відкриття і запізнювання закриття впускного і випускного клапанів, як правило, приймаються у тепловому розрахунку під час побудови індикаторної діаграми;

• принцип регулювання теплового зазору.

а) б)

в) г)

Рисунок 5.1 – Конструктивні схеми ГРМ:

а – OHV (OverHead Valves); б, в – OHC (OverHead Camshaft);

г – DOHC (Duаl OverHead Camshafts)

Рисунок 5.2 – Схеми приводу ГРМ:

а, б – ланцюгом; в – ременем; г – шестернею

Рисунок 5.3 – Варіанти компонування клапанів у камері згоряння

Таблиця 5.1 – Величини конструктивних параметрів ГРМ

Деталь, елемент ГРМ	Матеріал	Конструктивний параметр	Величина
Головка циліндра	-	Горловина впускного клапана	dГ. ВП =
	-	Горловина випускного клапана	dГ. ВИП =
Клапан впускний		Висота клапана	l = (2,5…3,5)·dГ.ВП
		Діаметр стрижня	dс = (0,18…0,23)·dГ.ВП
		Діаметр голівки	dТ = (1,06…1,16)·dГ.ВП
		Висота голівки	а = (0,08…0,12)·dГ.ВП
		Довжина конічного паска	b = (0,05…0,12)·dГ.ВП
		Висота циліндричного паска	δ = 1,5…2,0 мм
		Радіус переходу стрижня у голівку	r0 = (0,25…0,35)·dГ.ВП
		Кут нахилу паска	ф = 30; 45
Клапан випускний		Висота клапана	l = (2,5…3,5)·dГ.ВИП
		Діаметр стрижня	dс = (0,22…0,30)·dГ.ВИП
		Діаметр голівки	dТ = (1,06…1,16)·dГ.ВИП
		Висота голівки	а = (0,08…0,12)·dГ.ВИП
		Довжина конічного паска	b = (0,05…0,12)·dГ.ВИП
		Висота циліндричного паска	δ = 1,5…2,0 мм
		Радіус переходу стрижня у голівку	r0 = (0,25…0,35)·dГ.ВИП
		Кут нахилу паска	ф = 45
Сухарики		Висота	е≈ dс
Напрямна втулка впускного клапана		Довжина	lвт= (1,75…2,5)·dГ.ВП
		Зовнішній діаметр	dвт = dс +(5…8) мм
Напрямна втулка випускного клапана		Довжина	lвт= (1,75…2,5)·dГ.ВИП
		Зовнішній діаметр	dвт = dс +(5…8) мм
Сідло впускного клапана		Висота	с = (0,16…0,25)·dГ.ВП
		Ширина	hc = (0,08…0,15)·dГ.ВП
Сідло випускного клапана		Висота	с = (0,16…0,25)·dГ.ВИП
		Ширина	hc = (0,08…0,15)·dГ.ВИП

Продовження таблиці 5.1

Деталь, елемент ГРМ	Матеріал	Конструктивний параметр	Величина
Пружина клапана (при наявності двох пружин – окремо для зовнішньої і внутрішньої)		Середній діаметр	DПР =
		Діаметр проволоки	d =
		Число робочих витків	іР =
		Довжина у вільному стані	LПР =
Коромисло впускного клапана (при наявності)		Тип	(одноплече/двоплече)
		Плече штовхача	lТ =
		Плече клапана	lКЛ =
		Відношення плечей	lТ/lКЛ =
Коромисло випускного клапана (при наявності)		Тип	(одноплече/двоплече)
		Плече штовхача	lТ =
		Плече клапана	lКЛ =
		Відношення плечей	lТ/lКЛ =
Кулачок впускного клапана	(матеріал розподільного вала)	Тип
		Кут дії	φ =
		Радіус початкової окружності r0	r0 =
		Радіус r1	r1 =
		Радіус r2	r2 =
		Величина a	a =
Кулачок випускного клапана	(матеріал розподільного вала)	Тип
		Кут дії	φ =
		Радіуси початкової окружності r0	r0 =
		Радіус r1	r1 =
		Радіус r2	r2 =
		Величина a	a =
Тепловий зазор впускного клапана	-		Δкл = 0,25…0,35 мм або Δкл = 0 при наявності гідрокомпенсаторів
Тепловий зазор випускного клапана	-		Δкл = 0,35…0,5 мм або Δкл = 0 при наявності гідрокомпенсаторів

Рисунок 5.4 – Основні конструктивні параметри клапанного вузла