5 Розрахунок розподільного вала

Для виготовлення розподільних валів застосовують вуглецеві (40, 45, 40Г, 50Г) чи леговані (15Х, 12ХНЗА) сталі і леговані чавуни. На рис. 5, а зображено конструктивні параметри, які використовують при розрахунку розподільного вала, а також сили, що його навантажують.

На кулачки розподільного вала діють сили від приводу випускного та впускного клапанів. Епюра моментів від дії цих сил показана на рис. 5, б. Максимальна сила передається на кулачок від випускного клапана в початковий період його відкриття внаслідок необхідності подолання додаткового опору відпрацьованих газів. В цей час зусилля від приводу впускного клапана є значно меншим. Тому для розрахунку розподільного вала беруть до уваги лише силу , що дорівнює максимальній силі дії приводу випускного клапана (рис. 5, в).

Рисунок 5 – Конструктивна (а) та схематична (реальна (б) та розрахункова (в)) схеми розподільного вала з епюрами згину, що виникають.

Розподільний вал розраховують на жорсткість і зминання. Для розрахунку необхідні значення кутової швидкості колінчатого валу _e, діаметру циліндра D, ходу поршня S, площі поршня A_п (п.1) і відстані між осями циліндрів (п.4).

Значення середньої швидкості руху заряду приймають w_вп=50...130 м/с, більші значення відповідають більшим значенням частоти обертання колінного валу n_e.

Середня швидкість поршня

(5.1)

Площа прохідного перерізу клапана

(5.2)

Площа горловини А_г = (1,1…1,2)А_кл. Діаметр горловини клапана

Наближене значення максимальної висоти підйому клапана h_кл_max = (0,27…0,3)d_г, передатне відношення коромисла = 0,5…0,96, тоді максимальна висота підіймання штовхача . Геометричні параметри кулачка: радіус початкового кола кулачка r₀ = (1,5…2,5)h_кл_max; кут робочого профіля _р0 = 65…70 град.; радіус кола при вершині кулачка r₂ = 4…8 мм; параметри

; ;

(5.3)

радіус першої ділянки профілю кулачка

(5.4)

Зовнішній діаметр тарілки клапана d_вип = (1,06…1,34)d_г. Питома маса рухомих деталей механізму газорозподілу, приведена до клапана, M__кл^/ = 230…300 кг/м² для нижнього і M__кл^/ = 180…230 кг/м² для верхнього розташування розподільного вала. Сумарна маса цих деталей, приведена до клапана M__кл = M__кл^/А_г, до штовхача M__шт = M__кл(l_кл/l_шт)². Кутова швидкість обертання розподільного вала _к = 0,5_е. Коефіцієнт запасу сили пружності пружини для дизелів К = 1,28…1,5, для двигунів Отто К = 1,33…1,66. Мінімальна сила пружності пружини

(5.5)

У випадку відсутності теплового розрахунку тиск в циліндрі в момент початку відкриття випускного клапана можна прийняти p_г = 0,5 МПа; а тиск у випускному трубопроводі p_r^/ = p₀ = 0,1 МПа.

Для опуклого кулачка максимальна сила F_шт max,що діє на кулачок зі сторони клапанного привода, розраховують за формулою

(5.6)

Відстань між опорами вала для рядного двигуна можна прийняти l = 2L₀, а для У-подібного l = L₀. Відстані від опор до точки прикладання сили приймають з конструктивних міркувань, причому a+b=l. Зовнішній діаметр розподільного вала d_р = 2r₀+2; внутрішній діаметр _р приймають конструктивно.