3.5.3. Расчет щёк коленчатого вала
При расчёте щек вала определяются напряжения: касательные от кручения и нормальные от изгиба и растяжения-сжатия.
Моменты, скручивающие щеку:
|
|
(148) |
где
длина
коренной шейки,
,
h – толщина щеки,
;
,
максимальное
и минимальное значения реакции опоры.
.
Касательные напряжения в щеке:
|
|
(149) |
где
– момент сопротивления прямоугольного
сечения щеки кручению:
|
|
(150) |
где
– ширина щеки по сечению галтели шатунной
шейки,
.
Амплитуду и среднее напряжение
и
:
Эффективный коэффициент концентрации напряжений:
где
– галтеля при отношении её радиуса к
диаметру стержня 0,0625; для выбранного
материала вала принимаем
.
и
.
Определяем коэффициент концентрации напряжений
|
|
(151) |
Осуществляем выбор соответствующего предельного напряжения:
где
–
отношение предела выносливости при
кручении к пределу текучести:
– коэффициент приведения асимметричного
цикла к равноценному симметричному,
.
Выполняется условие
, расчёт ведем по пределу текучести.
Запас прочности:
Моменты, изгибающие щеку:
|
|
(152) |
Сила, сжимающая (растягивающая) щеку:
|
|
(153) |
Максимальные и минимальные нормальные напряжения в щеке:
|
|
(154) |
где
– момент сопротивления щеки изгибу:
|
|
(155) |
– площадь расчётного сечения щеки:
Амплитудное и среднее напряжение
и
:
Учитывая наличие галтели, находим
теоретический коэффициент концентрации
напряжений
.
Для выбранного материала вала определяем
.
Определяем коэффициент концентрации напряжений
Принимаем
и
Соответствующие предельные напряжения:
где
отношение
предела выносливости при кручении к
пределу текучести:
– коэффициент приведения ассиметричного
цикла к равноценному симметричному
циклу,
.
Условие
выполняется
– расчёт ведем по пределу текучести.
Запас прочности:
Суммарный запас прочности:
Суммарный запас прочности для
автомобильного двигателя должен быть
не меньше
4. Расчёт деталей механизма газораспределения
4.1 Профилирование безударного кулачка методом «Полидайн»
4.1.1 Определение основных параметров для впускного клапана
Угол действия кулачка:
|
|
(156) |
где
– угол начала открытия до ВМТ, град ПКВ;
– угол полного закрытия после НМТ, град
ПКВ.
Угол от момента начала подъёма клапана до вершины кулачка для симметричного профиля:
|
|
(157) |
Угловая скорость вращения кулачка:
|
|
(158) |
где
– номинальная частота вращения
коленчатого вала.
Площадь проходного сечения в седле клапана:
|
|
(159) |
где
– средняя скорость поршня;
– площадь поршня;
– количество клапанов на цилиндр;
– скорость газа в проходном сечении
клапана.
Площадь проходного сечения горловины:
|
|
(160) |
Диаметр горловины:
|
|
(161) |
Диаметр горловины не должен превышать
,
где
– диаметр поршня.
Максимальная высота подъёма клапана
при угле фаски клапана
:
|
|
(162) |
4.1.2. Профилирование впускного кулачка.
Максимальная высота подъёма толкателя:
|
|
(163) |
где
– отношение плеч коромысла.
Радиус начальной окружности кулачка:
|
|
(164) |
Радиус затылка кулачка:
|
|
(165) |
где
– тепловой зазор.
Перемещение толкателя:
|
|
(166) |
скорость толкателя:
|
|
(167) |
ускорение толкателя:
|
|
(168) |
где угол
отсчитывается от вершины кулачка.
|
|
(169) |
|
|
(170) |
|
|
(171) |
|
|
(172) |
|
|
(173) |
где
Таблица 4.1.2 – Значения перемещений, скорости и ускорений толкателя
|
|
|
|
|
|
0 |
7,600 |
0,000 |
-267,714 |
|
-5 |
7,530 |
0,194 |
-267,714 |
|
-10 |
7,319 |
0,388 |
-267,714 |
|
-15 |
6,968 |
0,582 |
-267,708 |
|
-20 |
6,477 |
0,776 |
-267,597 |
|
-25 |
5,845 |
0,969 |
-266,618 |
|
-30 |
5,073 |
1,161 |
-260,938 |
|
-35 |
4,166 |
1,343 |
-236,248 |
|
-40 |
3,137 |
1,489 |
-150,674 |
|
-45 |
2,035 |
1,524 |
87,665 |
|
-50 |
0,991 |
1,299 |
576,338 |
|
-55 |
0,252 |
0,685 |
1043,339 |
|
-60 |
0,007 |
0,066 |
427,704 |
|
-63,245 |
0 |
0 |
0 |
Далее строим графики перемещения, скорости и ускорения толкателя.
Рисунок 4.1.2.1 – График перемещения толкателя
Рисунок 4.1.2.2 – График скорости толкателя
Рисунок 4.1.2.3 – График ускорения толкателя