Профилирование выпускного кулачка

Максимальная высота подъёма толкателя:

где – отношение плеч коромысла.

Радиус начальной окружности кулачка:

Радиус затылка кулачка:

где – тепловой зазор.

Значения перемещения, скорости и ускорения толкателя получаем по формулам 254-256 и записываем в таблицу 6.7.

Таблица 6.7 – Значения перемещений, скорости и ускорений толкателя

0	4,387	0,000	-154,534
-5	4,347	0,112	-154,534
-10	4,225	0,224	-154,534
-15	4,022	0,336	-154,531
-20	3,739	0,448	-154,467
-25	3,374	0,559	-153,902
-30	2,929	0,670	-150,623
-35	2,405	0,775	-136,371
-40	1,811	0,859	-86,975
-45	1,175	0,880	50,604
-50	0,572	0,750	332,683
-55	0,145	0,395	602,253
-60	0,004	0,038	246,886
-63,246	0	0	0

Далее строим графики перемещения, скорости и ускорения толкателя.

Рисунок 6.15 – График перемещения толкателя

Рисунок 6.16 – График скорости толкателя

Рисунок 6.17 – График ускорения толкателя

6.6.2 Расчётная схема и силы, действующие в клапанном механизме

Расчёт ведём по источнику [7, с. 149].

Основными силами, действующими в механизме газораспределения, являются:

• сила давления газов на клапан ;

• сила инерции движущихся деталей ГРМ ;

• усилие от клапанных пружин;

• сила давления кулачка на толкатель ;

• сила трения;

• сила веса деталей ГРМ.

Последние две силы из-за их незначительности обычно не учитывают.

Рисунок 6.18 – Схема привода клапанов

В начале движения клапана до момента отрыва его от седла детали ГРМ подвергаются действию всех перечисленных сил. Детали ГРМ рассчитывают после приведения действующих сил к осям клапана или толкателя. При расчёте на прочность пружины масса движущихся частей приводят к оси клапана. При расчёте штанги, толкателя и других деталей – к оси клапана.

Наибольшие силы давления газов действуют в ГРМ со стороны головки выпускного клапана в момент начала его открытия в точке индикаторной диаграммы:

где – диаметр тарелки выпускного клапана;

- давление в точкеиндикаторной диаграммы;

– остаточное давление газов в цилиндре.

В дальнейшем по мере открытия клапана он нагружается только силами инерции и упругости пружины.

При закрытых впускных клапанах газовые силы, возникающие в результате разности давлений во впускном трубопроводе и цилиндре, стремятся их открыть.

Минимальная сила упругости пружины должна быть достаточной для удержания впускных клапанов в закрытом состоянии.

где – давление надувочного воздуха;

– площадь горловины впускного клапана.

6.6.3 Расчёт пружины клапана

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:

где – минимальное ускорение клапана:

– приведённая к клапану масса ГРМ:

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:

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.

Рисунок 6.19 – Характеристика пружины

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

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

Распределение усилий между внутренней и наружной пружинами:

Жёсткости внутренней и наружной пружин: