Расчет распределительного вала

Рис.5. Расчет распределительного вала.

Распределительный вал изготавливают из углеродистых (40, 45) или легированных (15Х, 12ХН3А) сталей и легированных чугунов.

Наибольшие нагрузки распределительный вал испытывает в момент открытия выпускного клапана на режиме максимальной мощности. При этом на него действуют сила предварительной затяжки пружины Р_пр, сила инерции деталей клапанного механизма P_j1 и сила давления газов Р_г, приведенные к толкателю:

.

.

Здесь

,

где р_ц и р_r – соответственно давление в цилиндре в момент открытия выпускного клапана и давление газов в выпускном коллекторе, МПа;

- площадь горловины выпускного клапана, м².

– максимальная сила инерции клапанного

.

– максимальная сила инерции клапанного механизма в начале подъема клапана.

Значение ускорения толкателя в начале подъема клапана зависит от выбранного профиля кулачка:

, м/с² – тангенциальный кулачок.

. , м/с².

Основным расчетом распределительного вала является расчет на жесткость, который заключается в определении стрелы прогиба под действием силы Р_т:

, м,

м,

где а и b – расстояния от опор до точки приложения силы Р_т, м;

l – расстояние между опорами вала, м;

d_р и d_ip – наружный и внутренний диаметры распределительного вала, м;

Е = 2,2×10⁵ – модуль упругости первого рода для сталей, МПа.

Величина прогиба не должна превышать 0,02…0,05 мм.

Расчет системы смазки.

Расчет подшипников

Расчет подшипников скольжения на основе гидродинамической теории смазки заключается в определении минимально допустимого зазора между валом и подшипником, при котором сохраняется надежное жидкостное трение.

Расчет производится для режима максимальной мощности.

Среднее давление на шатунную шейку:

,

.

где =4,3- среднее относительное усилие на шатунную шейку, взятое из динамического расчета, МПа;

=0,0108- площадь поршня, м²;

=0,02- ширина шатунного вкладыша, м;

=0,0448- диаметр шатунной шейки, мм.

Минимальная толщина слоя смазки при работе подшипника определяется следующим образом:

,

,

где - кинематическая вязкость масла при рабочей температуре (100 ⁰С), сСт;

=900, кг/м³ – плотность масла при рабочей температуре;

- частота вращения коленчатого вала на режиме максимальной мощности, об/мин;

=0,6×10^-3 – относительный зазор в подшипнике.

Величина критического слоя масла в подшипнике, при котором возможен переход жидкостного трения в сухое:

,

,

где и - высоты неровностей поверхностей шейки и вкладыша соответственно.

Значение высоты неровностей поверхностей шейки при различных видах механической обработки находятся в пределах:

чистовое полирование: =(0,4)×10^-3 мм.

Высота неровностей рабочей поверхности вкладышей после алмазного точения равна =(1,6)×10^-3 мм.

Коэффициент запаса надежности подшипника:

.

Расчет масляного насоса

Расчет масляного насоса заключается в определении размеров его шестерен. Этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла в системе, который, в свою очередь, зависит от количества отводимой теплоты в систему смазки.

В соответствии с данными теплового баланса современных автомобильных двигателей в систему смазки отводится (1,5%…3%) общего количества теплоты, введенной в двигатель с топливом.

,

кДж/с,

где - максимальная мощность двигателя, кВт;

=0,356 - значение эффективного КПД двигателя, полученное в тепловом расчете.

Теоретический циркуляционный расход масла:

= , м³/с,

где r - плотность масла при рабочей температуре, кг/м³;

С = 2,1 кДж/кг×К – теплоемкость масла;

DТ_м = 10К – повышение температуры масла при прохождении его через двигатель.

Для стабилизации давления масла в системе циркуляционный расход увеличивается:

.=

Окружная скорость вращения шестерни насоса на внешнем диаметре не должно превышать 8 – 10 м/с из-за возможности возникновения кавитации и резкого снижения объемного коэффициента подачи насоса.

, м/с,

,

где w_н – угловая скорость шестерни насоса (w_н = 0,5×w_N или w_н = w_N в зависимости от конструкции привода насоса);

m = 3×10^-3 м – модуль зацепления;

z = 12 – число зубьев шестерни насоса.

Длина зуба шестерни, м,

,

где h_н = 0,8 – объемный коэффициент подачи насоса.

Мощность, затрачиваемая на привод насоса, кВт,

,

где p – давление масла на номинальном режиме (в карбюраторных двигателях p = 0,3…0,5 МПа,);

= 0,9 – механический КПД насоса.