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; М_h − масштаб перемещения клапана, мм/мм; − диаметр горловины, мм; ∝ − угол фаски посадочного конуса клапана (М_Р= при ∝=30°, М_Р= 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