Профилирование безударных кулачков
Профилирование так называемых безударных кулачков и в отличие от рассмотренных производят в соответствии с заранее выбранным и рассчитанным законом движения клапана. Закон движения клапана выбирают с таким расчетом, чтобы при минимальных возможных ускорениях получить максимально возможное время — сечение клапана. Обязательным условием получения безударного профиля кулачка является плавное и непрерывное изменение кривой ускорения толкателя.
В отличие от кулачков, спрофилированных по дугам окружностей, профилирование безударного кулачка начинают с построения диаграммы ускорения толкателя. По выбранному закону изменения ускорения определяют законы изменения скорости и перемещения толкателя. При этом желательно, чтобы величина положительных ускорений не превышала 1500—3500 м/c2, а отрицательных 500 – 1500 м/c2.
Время-сечение клапана
По диаграмме подъема клапана (см. рис. 5) графически определяют время-сечение клапана , (мм2·c) и среднюю площадь (мм2), его проходного сечения за такт впуска:
= ; ,
где − масштаб времени по оси абсцисс на диаграмме перемещения клапана, с/мм; − масштаб угла поворота распределительного вала, град/мм; − частота вращения распределительного вала, мин-1; − масштаб площади проходного сечения клапана по оси ординат, мм2/мм; Мh − масштаб перемещения клапана, мм/мм; − диаметр горловины, мм; ∝ − угол фаски посадочного конуса клапана (МР= при ∝=30°, МР= при ∝=45°); − площадь под кривой перемещения клапана за такт впуска, мм2; − продолжительность такта впуска по диаграмме, мм.
П
7 грм
8 грм
олное время-сечение клапана с момента открытия до его закрытия= ,
где и — время соответственно открытия и закрытия впускного клапана, с; , — площадь под всей кривой подъема клапана, мм2.
Время-сечение и среднюю площадь проходного сечения выпускного клапана за такт выпуска определяют аналогично по кривой подъема выпускного клапана.
Средняя скорость потока в седле клапана
.
Для карбюраторных двигателей 90 — 150 м/с, для дизелей 80 — 120 м/с, для двигателей с впрыском топлива и воспламенением от искры = 100 — 170 м/с.
Приведение масс элементов механизма газораспределения
Для определения сил инерции механизма газораспределения массы всех его подвижных элементов заменяют приведенной массой , сосредоточенной на оси клапана и движущейся вместе с ним. Тогда сила инерции механизма газораспределения
,
где и – ускорение клапана при движении на втором участке.
В механизме без рычагов и коромысел масса слагается из суммы масс отдельных деталей механизма − клапана , тарелки пружины , замка , толкателя , движущихся вместе с клапаном, и приведенной массы пружины клапана, один конец которой движется вместе с клапаном, а другой остается неподвижным. Приведенная масса пружины определяется из условия равенства кинетической энергии действительной массы пружины и ее приведенной массы , движущейся со скоростью клапана :
,
где − масса элемента пружины, расположенного на расстоянии от ее неподвижного конца; − скорость движения
элемента пружины; длина пружины (рис. 6).
Предположим, что масса пружины равномерно распределена по ее длине, а скорость движения элемента пружины пропорциональна расстоянию х.
Тогда
, x.
Подставляя значения и в исходное уравнение получим
,
откуда
.
Следовательно, приведенная масса механизма, не имеющего рычага или коромысла,
+ .
В
Рис. 6
механизме с рычагом (или коромыслом) массы толкателя и рычага (или коромысла) заменяются приведенными массами, движущимися вместе с клапаном. Приведенные массы определяют также из условия равенства кинетической энергии действительной и приведенной масс.Принятые упрощающие предположения справедливы для цилиндрических пружин с равномерной навивкой и при условии пренебрежения собственными колебаниями (вибрацией) пружин.
Для штанги и толкателя
9 грм
,
откуда
;
аналогично
.
Для коромысла
=
где − момент инерции коромысла относительно оси его поворота; − угловая скорость поворота коромысла. Учитывая, что , получим
Приведенная масса механизма с рычагом или коромыслом
+ .
При проектировании нового двигателя, когда массы элементов механизма газораспределения еще неизвестны, приведенную массу механизма в целом определяют по конструктивной массе механизма газораспределения, отнесенной к единице площади проходного сечения в горловине клапана.
Тогда
.
Конструктивные массы для впускных имеют следующие значения (кг/м2):
при нижнем расположении клапанов 220 – 250
при верхнем расположении клапанов с нижним
расположением распределительного вала 230 –300
при верхнем расположении клапанов с верхним
расположением распределительного вала 180 –230
10 грм