1. Кинематический расчет КШМ

2. Динамический расчет КШМ

3. Расчет крутящего момента двигателя

4. Уравновешивание

5. Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя

6. Описание конструктивного узла (ГРМ), требования, предъявляемые к нему и тенденции его развития, расчет ГРМ двигателя

6.1 Общие сведения о ГРМ

6.2 Клапанные механизмы газораспределения

6.3 Пружина

6.4 Распределительный вал

7. Расчет конструктивного узла

7.1 Расчет клапана газораспределения двигателя

7.2 Расчет пружины клапана

7.3 Расчет распределительного вала

Список использованных источников

1. Кинематический расчет КШМ

кН

3. Расчет крутящего момента двигателя

6.2 Клапанные механизмы газораспределения

В клапанных ГРМ клапаны, перекрывающие впускные и выпускные отверстия цилиндров, называют соответственно впускными и выпускными.

Широкое распространение получили конструкции двигателей с двухклапанными ГРМ, включающие в себя один впускной и один выпускной клапаны (рисунки 6, 7). В двигателях с и клиновидными камерами сгорания клапаны располагаются в один ряд вдоль оси блока (см. рисунок 6). Впускные и выпускные клапаны чередуются (рисунок 6, а) или располагаются попарно (рисунок 6, б). В последнем случае впускные клапаны соседних цилиндров могут иметь один общий иди раздельные патрубки для каждого клапана (рисунок 6, а, в).

Рисунок 6. - Однорядное расположение двух клапанов на один цилиндр

а, в - впускные и выпускные клапаны чередуются;

б - те же, расположены попарно

Двухрядное расположение клапанов (рисунок 7) применяют в двигателях с искровым зажиганием (ДсИЗ), имеющих шатровые или полусферические камеры сгорания. Оси клапанов могут быть наклонены к оси цилиндра, что позволяет увеличить диаметры горловин клапанов и упростить форму каналов в головке. В дизелях двухрядное расположение клапанов обычно не применяется в связи с трудностью размещения форсунок в местах, удобных для обслуживания. В ДсИЗ с однорядным расположением клапанов впускной и выпускной трубопроводы могут быть размещены как с одной стороны головки цилиндров (рисунок 6, а. б), так и с обеих сторон (рисунок 6, в). В двигателях с двухрядным расположением V-образных двигателях трубопроводы располагаются по обе стороны головки цилиндров (рисунок 7).

Рисунок 7. - Двухрядное расположение двух клапанов на один цилиндр

Все большее распространение получают конструкции механизма газораспределения с тремя (рисунок 8) и четырьмя клапанами на один цилиндр (рисунок 9).

Рисунок 8. - Варианты расположения трех цилиндров на один клапан

С одной стороны, переход от двух- к трех- и четырех клапанным вариантам и усложняет механизм газораспределения и конструкцию головки цилиндров, с другой стороны это позволяет:

- увеличить площади проходных сечений клапанов при уменьшении их размеров;

- с уменьшением диаметра головки клапана увеличить ее жесткость и улучшить охлаждение.

- снизить инерционные нагрузки на детали механизма газораспределения;

- снизить расход топлива примерно на 9 г/(кВтч). Трех клапанные механизмы с одним выпускным клапаном большого диаметра и двумя впускными (рисунок 8, а) или с одним впускным большого диаметра и двумя выпускными (рисунок 8, б). При установке четырех клапанов на один цилиндр (рисунок 9) одноименные клапаны могут располагаться вдоль продольной оси блока (рисунок 9, а) или в двух рядах (рисунок 9, б).

Рисунок 9. - Варианты расположения четырех цилиндров на один клапан

При двухрядном расположении стержень выпускного клапана, расположенного со стороны выпускного патрубка, подвергается интенсивному нагреву. С этим связано более широкое распространение конструкций с расположением одноименных клапанов в различных рядах.

При выборе схемы привода клапанов стремятся максимально снизить массы движущихся элементов механизма газораспределения и увеличить его общую жесткость.

В зависимости от расположения распределительного вала ГРМ подразделяют на механизмы с нижним или средним и верхним расположением распределительных валов. В зависимости от расположения клапанов относительно цилиндра различают нижнеклапанные, верхнеклапанные и смешанные механизмы газораспределения. Индивидуальные особенности клапанных механизмов тесно связаны с выбором формы для камеры сгорания (КС) двигателя.

Нижнеклапанное газораспределение самое простое и характеризуется тем, что впускные и выпускные клапаны расположены сбоку цилиндра, поэтому эти механизмы называют также механизмами с боковым расположением клапанов. Основными элементами его являются: клапан, клапанная пружина, толкатель, регулировочный болт и распределительный вал с кулачками (по числу клапанов), называемый поэтому также кулачковым. Нижнеклапанному газораспределению присущи простота и жесткость конструкции, но возможности повышения степени сжатия двигателя ограничены вследствие наступающего при этом дросселировании потока на входе в цилиндр. Камеры сгорания нижнеклапанных двигателей, размещаемые в головке цилиндров, известны как Г-образные, имеют относительно большие поверхности охлаждения, через которые непроизводительно теряется часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, что ухудшает экономичность двигателя. К тому же в Г-образных камерах сравнительно легко возникают условия для разрушительного детонационнoгo сгорания смеси, поэтому в современных двигателях нижнеклапанные механизмы практически не применяют (ранее, применялись в ЗМЗ-52).

Верхнеклапанное газораспределение размещают одновременно в блоке и в головке цилиндров. Клапаны расположены (подвешены) при этом над цилиндром, вследствие чего такие механизмы называют иногда механизмами с подвесными клапанами. Принцип их работы не отличается от рассмотренных выше нижнеклапанных, но они более сложны, так как имеют ряд дополнительных деталей: коромысло шарнирно посаженное на ось, закрепленную в стойках (кронштейнах), и толкающую штангу, передающую усилия от толкателя.

Применение верхнеклапанных механизмов связано с увеличением высоты двигателя и заметно снижает общую жесткость системы. Тем не менее ГРМ с нижним расположением распределительного вала и верхним расположением клапанов широко применяется в мало- и среднеоборотных двигателях V-образной компоновки грузовых автомобилей (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, КамАЗ-740 и др.). Верхнеклапанное газораспределение снимает ограничения по степени сжатия, уменьшает гидравлическое сопротивление на впуске и позволяет более рационально компоновать камеры сгорания с размещением в головке цилиндров или в днище поршня, повышая этим общее использование теплоты в цилиндрах. Снижение жесткости механизма проявляется при работе двигателя с большой частотой вращения коленчатого вала вследствие деформации штанг и других деталей. Как результат этого закон подъема клапанов, т.е. зависимость высоты их подъема от угла поворота кулачков, нарушается и на некоторых участках не соответствует профилю кулачков распределительного вала, который подбирают из условий наивыгоднейшего наполнения. Опыты показывают, что деформация деталей механизма приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя. Для устранения этого недостатка в современных быстроходных двигателях распределительный вал устанавливают на головке блока, что значительно упрощает кинематическую связь между его кулачками и клапанами. Двигатели в этом случае называют двигателями с верхним расположением распределительного вала (например, ВАЗ-2107, УМЗ-412 и т. д.).

6.3 Пружина

Пружина клапана должна обеспечить при всех скоростных режимах двигателя:

1) Плотную посадку клапана в седле и удержание его в закрытом положении в течение всего периода движения толкателя по начальной окружности R0;

2) Постоянную кинематическую связь между клапаном, толкателем и кулачком во время движения толкателя с отрицательным ускорением.

6.4 Распределительный вал

Распределительный вал (иногда называемый просто распредвалом), более чем какая-либо из других деталей двигателя влияет на выбор и работу практически каждой системы двигателя. Заметим, что распределительный вал непосредственно влияет на системы карбюрации, впуска и выпуска газов; однако, он также сильно влияет па конструкцию механизма привода клапанов, на оптимальную степень сжатия и, в меньшей степени, даже на конструкцию шасси и трансмиссии. Проще говоря, конструкция распредвала определяет выходную мощность двигателя при частично или полностью открытой дроссельной заслонке, и выбор этой детали является одним из наиболее важных решений, которые может принять двигателестроитель.

Выбор распредвала может на первый взгляд показаться довольно простым. Справедливо то, что поиск функционирующего распредвала в реальности не является проблемой, но поиск и установка оптимального распредвала для конкретных применений является намного более сложной. К счастью, многие производители распределительных валов затрачивают большие суммы денег на исследования распредвалов и их развитие, и они предлагают результаты своих трудов потребителям. Таким образом, хотя для меня будет и непрактичным показать вам, как сконструировать оптимальный профиль кулачков распредвала для своего двигателя, я могу показать вам, как подобрать распредвал, который будет хорошо работать в конкретных условиях.

7. Расчет конструктивного узла

Из теплового расчёта имеем: диаметр цилиндра D =115 мм, площадь поршня ; частоту вращения при номинальной мощности =2800 ; угловую частоту вращения коленчатого вала ; среднюю скорость поршня = 10,82 м/с ;скорость смеси в проходном сечении седла при максимальном подъеме впускного клапана =70 м/с

Определение проходных сечении в седле клапана Fкл.

Fкл = Vп.срFп / (iклвп),

где Vп.ср- средняя скорость поршня,

Fп-площадь поршня, iкл-число одноименных клапанов, вп- скорость газа в проходном сечении клапана.

Fкл=10,82 * 103,81/(4*70) = 4

Определение проходных сечении в горловине Fгор.

Fгор = 1,1 * Fкл = 4.4

Диаметр горловины впускного клапана dгор

dгор=10 =10=20,37мм

dгор впускного клапана, не должно быть больше;

dгор=(0,35 / 0,52)D

(для верхнего расположения клапанов. D - диаметр цилиндра).

dгор = 0,35 * 93 = 32,55 (соответствует)

Диаметр горловины выпускных клапанов принимают на 10-20% меньше dгор впускных клапанов. Принимаем 10% от dгор впускных клапанов = 2,037.

Максимальная высота подъема клапана Hкл.max.

Hкл.max. = (0,18-0,30) * dгор

Hкл.max. =0,18 * 20,37 = 3,666 мм

7.2 Расчет пружины клапана

шатунный двигатель клапан газораспределительный

1. Суммарная масса клапанного механизма

гр

2. Коэффициент запаса

3. Максимальная сила упругости пружин

Н

4. Минимальная сила упругости пружин

Н

5. Жесткость пружин

 кН/м

5.1 Максимальная и минимальная сила упругости внутренней пружины

Н

Н

5.2 Максимальная и минимальная сила упругости наружной пружины

Н

Н

6. Предварительная деформация пружин

мм

мм

7. Полная деформация пружин

мм

мм

8. Средний диаметр пружин

 мм

мм

9. Диаметр проволоки

мм

мм

10. Модуль упругости второго рода

11. Число рабочих витков пружин

12. Полное число витков пружин

13. Наименьший зазор между витками пружин

мм

14. Шаг витка свободной пружины

15. Длина пружин при полностью открытом клапане

мм

мм

16. Длина пружин при закрытом клапане

мм

мм

17. Длина свободной пружины

мм

мм

18. Отношение среднего диаметра к диаметру проволоки

19. Коэффициент учитывающий неравномерное распределение напряжений

20. Максимальное касательное напряжение

МПа МПа

21. Минимальное напряжение в пружинах

Мпа

Мпа

22. Среднее напряжение пружин

Мпа

Мпа

23. Амплитуды напряжений пружин

Мпа

Мпа

24. Концентрация напряжений

Мпа

МПа

25. Запас прочности пружин

26. Расчет пружин на резонанс

7.3 Расчет распределительного вала

Из расчета клапанной пружины и клапана имеем массы подвижных деталей механизма газораспределения: =234 г, =80 г, =135; принимаем размеры кулачка =13 мм, =59,2; размеры коромысла =54,7 мм, =35,6 мм, угловая скорость вращения распределительного вала =162,23 рад/с; =32,55 принимаем 33 мм

Максимальная сила от выпускного клапана действующая на кулачок;

= [ +(- )] + (- )

= [121+ (-0,1)] + (-13) = 3394 Н

Где = () = =33 мм - диаметр тарелки выпускного клапана;

= (1,061,12) = 1,0633 = 35 мм - диаметр тарелки впускного клапана

.1 =(+ /3) ( + + + =(234+ 80/3) ( + 106 = 721

= () = 135 (3) = 106 г

Стрела прогиба распределительного вала;

= = = 0,00037 мм,

где Е =2,2 Мпа - модуль упругости стали; L= a+b=30+70=100 мм- длинна пролёта распределительного вала, принята по конструктивным соображениям;

= 213+2=28 мм

- наружный диаметр вала; = 10 мм - внутренний диаметр вала, принятый с учётом использования его для смазки к кулачкам и сохранения достаточной жидкости.

Напряжение сжатия

=) = 0,41859,2) =371 МПа,

Где =16 мм - ширина кулачка.

Список использованных источников

1. Пустошный П.А. Автомобильные двигатели: методические указания к выполнению контрольной работы и курсового проекта для студентов-заочников специальности 1505 / П.А. Пустошный. - Архангельск: РИО АЛТИ, 1989. - 33 с.

2. Артамонов М.Д. Основы теории и конструкции автомобиля: учебник для техникумов / М.Д. Артамонов, В.А. Илларионов. - М.: Машиностроение, 1974. - 288 с.

3. Дуров А.В. Двигатели лесотранспортных машин. Тепловой расчет: метод. указания к курс. и дипл. проектир. / А.В. Дуров, - Архангельск: РИО АЛТИ, 1989. - 33 с.

4. Богатырев А.В. Автомобили: учебник для вузов. / А.В. Богатырев, Ю.К. Ксеновский-Лашков, М.Л. Насоновский и др. - М.: КолосС, 2005. - 496 с.

5. Железко Б.Е. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей (дипломное проектирование): учеб. пособие для вузов / Б.Е. Железко, В.М. Адамов, И.К. Русецкий, Г.Л. Якубенко - М.: Высшая школа, 1987. - 247 с.

6. Краткий автомобильный справочник. / 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1984. - 220 с.

Размещено на Allbest.ru