5.4. Расчёт штанги привода клапана

Штанга рассчитывается на продольную устойчивость от действия максимальной суммарной нагрузки, приведённой к оси штанги, в момент открытия выпускного клапана.

Расчётное суммарное усилие P_ШТ, МН

где — сила избыточного давления газов на выпускной клапан в момент его открытия, приведённая к оси толкателя (штанги), МН; — сила предварительного сжатия пружины, приведённая к оси толкателя, МН; — максимальная сила инерции подвижных масс клапанного механизма в начале движения клапана, приведённая к оси толкателя, МН.

Указанные силы определяются по формулам:

где p'_b — давление в цилиндре в момент открытия выпускного клапана, МПа (определяется по индикаторной диаграмме с учётом φ_ОП= 60º); p'_r≈p₀=0,1 МПа.

Критическая сила , МН

где I_ШТ — момент инерции сечения штанги, м⁴; Е — модуль упругости материала штанги, МПа (для стали Е=2,2·10⁵ МПа, для алюминиевого сплава Е=0,7·10⁵ МПа); l_ШТ= 0,025м — длина штанги, м.

Момент инерции сечения штанги I_ШТ, м⁴

,

где D_ШТ и d_ШТ — наружный и внутренний диаметры штанги, м,

Значениями величин l_{ШТ =} 0,25м, D_ШТ= 0,01м и d_ШТ= 0,006м необходимо задаться, исходя из конструктивных соображений.

Запас устойчивости штанги n_ШТ

где — минимально допустимый запас устойчивости штанги ( =2…5).

5.5. Расчёт распределительного вала

При расчёте распредвала определяют стрелу его прогиба под действием максимальной суммарной силы на кулачок со стороны привода в момент открытия выпускного клапана. Вал считают двухопорной разрезной балкой, нагруженной сосредоточенной силой в месте действия толкателя.

Стрела прогиба распределительного вала f_Р, м

где a, b, l_Р — линейные размеры пролёта распредвала, м; d_Р, d_iР — наружный и внутренний диаметры распредвала, м (значения a, b, l_Р, d_Р и d_iР принимаются конструктивно); — максимально допустимая стрела прогиба, м ( =(0,02…0,05)·10^-3 м).

6. Расчёт элементов системы смазки

Расчёт элементов системы смазки заключается в определении размеров шестерён масляного насоса. Этому расчёту предшествует определение циркуляционного расхода масла в системе, который зависит от количества отводимого маслом от двигателя тепла.

Теоретический циркуляционный расход масла V_M0, м³/с

где Q_M — количество тепла, отводимое маслом от двигателя за одну секунду, кДж/с; ρ_М — плотность масла, кг/м³ (ρ_М=900 кг/м³); с_М — средняя массовая теплоёмкость масла, кДж/(кг·К) (с_М=2,094 кДж/(кг·К)); ΔТ_М — температура нагрева масла в двигателе, К (ΔТ_М=10…15 К).

Количество тепла, отводимое маслом от двигателя за одну секунду, Q_M, кДж/с

где Q_Т —количество теплоты, выделяемое топливом за одну секунду, кДж/с; N_max — максимальная мощность двигателя, кВт; η_е — эффективный КПД (из теплового расчёта).

Действительный циркуляционный расход топлива V_МД, м³/с

Расчётная производительность насоса V_МР, м³/с

где η_Н — объёмный коэффициент подачи насоса, (η_Н=0,6…0,8).

Длина зуба шестерни масляного насоса b, м

где m — модуль зуба шестерни масляного насоса, м (m=(3…6)·10^-3 м); z — число зубьев шестерни масляного насоса (z=6…12); ω_Н — угловая скорость вала масляного насоса, с^-1.

Угловая скорость вала насоса ω_Н определяется по формуле

где u_Н — окружная скорость точек наружного диаметра шестерни, м/с (u_Н=8…10 м/с); D_Н — наружный диаметр шестерни, м ( ).

Мощность, затрачиваемая на привод масляного насоса N_Н, кВт

где p_М — давление масла в системе смазки, МПа (для карбюраторных двигателей p_М=0,3…0,5 МПа, для дизелей p_М=0,3…0,7 МПа); η_МЕХ — механический КПД масляного насоса (η_МЕХ=0,85…0,90).