КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Общие сведения

Кинематика деталей ГРМ зависит от профиля кулачка и схемы механизма ГРМ.

На рис. 6.1 показана схема толкателя с выпуклым кулачком, образованным тремя дугами окружностей двух радиусов. Законы изменения перемещения, скорости и ускорения толкателя будут состоять из двух участков.

Перемещения, скорости и ускорения толкателя при выпуклом кулачке на участке I

;

на участке II

,

где .

Зависимости перемещения, скорости и ускорения толкателя представлены на рис 6.2.

Рис. 6.2.

Безударные кулачки, построенные по методу "полидайн", обеспечивают движение толкателя по закону

,

где a_р – угол поворота, отсчитываемый от вершины кулачка;

С – постоянные коэффициенты;

g – угол профиля кулачка от h = 0 до h = h_max;

p, q, r, s – постоянные числа, подчиняющиеся закону арифметической прогрессии (p = 6-14, q = 10-26, r = 14-38, s = 18-50).

Коэффициенты С определяются по уравнениям

C₂=(-pqrs)/[(p-2)(q-2)(r-2)(s-2)],

C_p=2qrs/[(p-2)(q-p)(r-p)(s-p)],

C_q=(-2prs)/[(q-2)(q-p)(r-q)(s-q)],

C_r=2pqs/[(r-2)(r-p)(r-q)(s-r)],

C_s=(-2pqr)/[(s-2)(s-p)(s-q)(s-r)].

Ускорение толкателя

При совпадении частоты вынуждающих сил m_в с собственной частотой колебаний клапанных пружин возникают резонансные колебания.

Собственная частота колебаний пружины

,

где g – плотность материала; G – модуль упругости второго рода.

При проектировании пружин стараются выполнить условие
m_с >10m_в.

При расчете динамики клапанного механизма учитывают силы давления газов, силы инерции движущихся деталей, усилия от клапанных пружин. Все силы приводятся к оси клапана или оси толкателя.

Газовая сила, действующая на выпускной клапан

,

где p_ц – давление газа в цилиндре двигателя;

p_вып – давление газа в выпускном трубопроводе за клапаном;

d – диаметр клапана;

d_ст – диаметр стержня клапана.

Газовая сила, действующая на впускной клапан

,

где p_вп – давление газа во выпускном трубопроводе перед клапаном.

Силы инерции

,

где m_S – приведенная масса всех движущихся деталей;

j – ускорение клапана или толкателя.

Усилие от цилиндрической клапанной пружины

,

где d – диаметр проволоки;

n_рв = (n₀ – 2) – число рабочих витков;

n₀ – общее количество витков;

f – прогиб пружины;

D – средний диаметр пружины.

Вертикальная составляющая силы давления кулачка на толкатель

.

Боковое давление на втулку толкателя (горизонтальная составляющая)

P₁ = mP₂,

где m – коэффициент трения.

В случае роликового толкателя

,

где a – угол между вектором силы, действующей на ролик и вектором вертикальной составляющей силы.

Приведенные к оси толкателя газовая сила и сила сжатия пружины для схемы ГРМ, представленной на рис. 6.3

.

Приведенные к оси толкателя массы клапана и пружины при угле между осью толкателя и радиусом коромысла »90°

.

Приведенная масса коромысла

,

где J_кор – момент инерции коромысла.

Масса всех движущихся деталей, приведенная к оси толкателя

,

где m_тш – суммарная масса толкателя и штанги.

Задачи

Задача 6.1. Определить собственную частоту колебаний пружины механизма ГРМ. Диаметр пружины 30 мм, диаметр проволоки
3 мм, количество рабочих витков 8.

Задача 6.2. Определить максимальную нагрузку на толкатель ГРМ (рис. 6.3) с выпуклым кулачком, схема которого представлена на рис. 6.1 при частоте вращения распределительного вала 300 1/с. Размеры кулачка: R = 0,065 м; r_н= 0,02 м; r = 0,003 м; а = 0,03 м; g= 140°. Размеры пружины: диаметр пружины 40 мм, диаметр проволоки 4 мм, количество рабочих витков 8, высота пружины в свободном состоянии 70 мм, предварительное сжатие пружины 30 мм. Масса клапана 80 г, масса штанги 100 г, масса толкателя 50 г, момент инерции коромысла 0,0003 кг×м².

Рис. 6.3.

Задача 6.3. Определить, не произойдет ли разрыв кинематической связи в ГРМ по условиям задачи 6.2.

Задача 6.4. Определить максимальную нагрузку на толкатель ГРМ (рис. 6.4) с выпуклым кулачком, схема которого представлена на рис. 6.1, при частоте вращения распределительного вала 300 1/с. Размеры кулачка: R= 0,065 м; r_н= 0,02 м; r = 0,003 м; а = 0,03 м; g= 140°. Размеры пружины: диаметр пружины 40 мм, диаметр проволоки 4 мм, количество рабочих витков 8, высота пружины в свободном состоянии 70 мм, предварительное сжатие пружины 30 мм. Масса клапана 80 г, масса толкателя 50 г.

Задача 6.5. Определить максимальное ускорение толкателя при двух профилях кулачка: выпуклом и безударном ("полидайн") при частоте вращения распределительного вала 400 1/с. Размеры выпуклого кулачка: R= 0,07 м; r_н= 0,025 м; r = 0,006 м; а = 0,033 м; g= 140°. Параметры кулачка "полидайн": угол профиля g= 140°, максимальный подъем толкателя h_max= 14 мм, постоянные для расчета кулачка p=6, q=10, r=14, s=18.

Задача 6.6. Сравнить время-сечение клапанов, открываемых выпуклым кулачком и безударным кулачком по условиям задачи 6.5.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Луканин, В. Н. Двигатели внутреннего сгорания: учебник для вузов в 3 т. Т.2: Динамика и конструирование / В. Н. Луканин [и др.]; под ред. В. Н. Луканина, М. Г. Шатрова. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2009 – 400 с.

2. Яманин, А.И. Динамика поршневых двигателей: Учебное пособие /Яманин А.И., Жаров А.В. – М.: Машиностроение, 2003. – 464 с.

3. Чистяков, В. К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие для машиностроительных вузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания". – М.: Машиностроение, 1989. – 256 с.

4. Дьяченко, Н.Х. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания: Учебник для вузов / Н.Х. Дьяченко, Б.А. Харитонов, В.М. Петров и др.; Под ред. Дьяченко Н.Х. – Л.: Машиностроение, 1979. – 392 с.

5. Сборник задач по курсу "Динамика ДВС" / Составитель: Ю.Р. Вахитов; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа, 2002. – 31 с.

6. Контрольные вопросы по курсу "Динамика ДВС" для студентов направления 552700 – "Энергомашиностроение" и специальности 101200 – "Двигатели внутреннего сгорания" / Составитель:
Ю.Р. Вахитов; Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 1998. – 9 с.

Поиск по сайту: