4.3 Расчёт пружины клапана

4.3.1 Определение предварительных параметров пружины

При расчёте пружины клапана используем данные, полученные при профилировании впускного кулачка, так как масса впускного клапана больше массы выпускного клапана. В целях унификации пружина, рассчитанная для впускного клапана, будет использоваться и для выпускного клапана.

Пружина клапана должна удерживать клапан в закрытом положении с силой , а также обеспечивать кинематическую связь между клапаном и толкателем силой, когда отрицательная сила инерцииотрывает клапан от кулачка.

Определяем максимальную силу инерции , приведённую к оси клапана:

(186)

где – минимальное ускорение клапана:

(187)

– приведённая к клапану масса ГРМ:

(188)

где – масса впускного клапана;

– масса тарелки;

– масса замка клапана;

– масса наружной пружины;

– масса внутренней пружины;

– момент инерции коромысла,;

– масса штанги;

– масса толкателя.

Определяем максимальную силу пружины:

(189)

где – коэффициент запаса пружины, учитывающий возможное превышение номинальной частоты вращения двигателя до максимальной, а также вибрацию витков пружины.

Аналогично строим все промежуточные значения .

Далее строим характеристику пружины.

Из полученной характеристики пружины определяем , жёсткость пружины, максимальную и минимальную деформацию пружины.

(190)

(191)

(192)

Рисунок 4.3.1 – Характеристика пружины

Так как силы инерции достаточно высокие и руководствуясь конструкцией двигателя-прототипа, применяем 2 пружины.

Распределение усилий между внутренней и наружной пружинами:

	(193)
	(194)
	(195)
	(196)

Жёсткости внутренней и наружной пружин:

(197)

(198)

4.3.2 Определение геометрических параметров пружины

Определяем коэффициент формы пружины, учитывающий разность радиусов кривизны наружной и внутренней поверхности витка:

(199)

(200)

Принимаем диаметр пружин:

наружной – . Окончательно принимаем.

внутренней – из учёта совместности работы двух пружин .

Определяем диаметры проволоки внутренней и наружной пружин:

	(201)
	(202)

где – допустимое напряжение для пружинных сталей.

Принимаем диаметр внутренней пружины , диаметр наружной(по конструктивным соображениям).

Количество рабочих витков пружин:

	(203)
	(204)

где – модуль упругости второго рода при сдвиге.

Окончательно принимаем ,.

Геометрические параметры максимально сжатых пружин:

– шаг рабочих витков пружины:

	(205)
	(206)

– минимальная длина пружины:

	(207)
	(208)

где – число опорных витков.

Геометрические параметры пружины при закрытом клапане:

– длина пружины:

	(209)
	(210)

– шаг витков пружины:

	(211)
	(212)

Геометрические параметры пружины в недеформированном состоянии:

– длина пружины:

	(213)
	(214)

– шаг витков пружины:

	(215)
	(216)