Расчет клапанной пружины

 

Клапан приводится в движение через толкатель, штангу и коромысло. Коромысло имеет плечи l_кл = 55 мм, l_т = 33 мм.

Материал пружин:

сталь 50ХФА, τ_-1 = 350 МПа, σ_в = 1500 МПа.

Расчет выполняем для впускного клапана.

Пружина должна развивать усилие, превышающее силу инерции деталей Г.Р.М. на предельном скоростном режиме работы движения.

Определяем массу ГРМ, приведенную к оси клапана:

    Масса Г.Р.М. приведенная к оси толкателя:

где m_кл = 200 г – масса клапана;

  m_тар = 46 г – масса тарелки клапана;

   m_зам = 10 г – масса сухарей тарелки;

   m_пр = 48 г – масса пружины;

   J_кор = 2,64·10^-2 – момент инерции коромысла относительно оси качения.

   m_шт = 160 г – масса штанги;

   m_т = 113 г – масса толкателя.

Условие обеспечения кинематической связи между деталями Г.Р.М.

где k – коэффициент запаса (для дизелей k = 1,28...1,52), принимаем

k = 1,5;

    Р_Jкл – приведенная к клапану сила инерции механизма при движении толкателя с отрицательным ускорением.

Плошная посадка впускного клапана на седло в джунглях без наддува обеспечивается практически при любом минимальном усилии пружины.

Пусть

Суммарные усилия между внутренней и наружной пружинами разделятся следующим образом:

Для наружной пружины:

Определяем деформацию пружин:

- предварительная деформация:

- полная деформация:

Определяем жесткость пружин:

Общая жесткость пружин:

Строим характеристику клапанных пружин.

 

Рис. 17. Характеристика совместно работающих двух пружин.

 

Размеры пружин принимаем по конструктивным соображениям.

Диаметр проволоки:

- внутренней пружины,

- наружной пружины,

Средний диаметр пружин:

- внутренней пружины,

- наружной пружины,

Определяем число рабочих витков пружины.

- наружной пружины:

,

где G – модуль упругости второго рода (G = 8,3 мН/см²).

- внутренней пружины

Определяем полное число витков:

Определяем длину пружины при полностью открытом клапане:

- наружной пружины:

где ∆_min = 0,3 мм – наименьший зазор между витками пружины при полностью открытом клапане.

 

- внутренней пружины:

Определяем длину пружин при закрытии клапана:

Определяем длину свободных пружин:

- наружной

- внутренней пружины

Максимальное и минимальное напряжения в пружинах:

- внутренняя пружина

,

где К_в – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерное распределение напряжений по поперечному сечению пружины. Выбирается в зависимости от D_пр/δ_пр.

Для D_пр.в/δ_пр.в = 22/2 = 11, К_в = 1,11

Для D_пр.н/δ_пр.н = 30/3 = 10, К = 1,13

- наружная пружина

 

Средние напряжения и амплитуды напряжений:

- внутренняя пружина

- наружная пружина

Определяем запас прочности пружин:

- внутренняя пружина

- наружная пружина

Расчет на резонанс:

- внутренняя пружина

- наружная пружина

Возникновению резонансных колебаний нет причин.