Расчет распределительного вала

Наибольшая сила передается на кулачек от выпускного клапана в начальный период его открытия. Она складывается из приведенных к толкателю силы , силы инерции деталей механизма газораспределения и силы давления газов , действующей на тарелку клапана со стороны цилиндра.

Для кулачка, описанного дугами двух постоянных радиусов, сила инерции ,а вместе с ней и сила имеют максимальную величину в момент открытия клапана.

Для кулачка с профилем, обеспечивающим непрерывное из­менение ускорения, в момент открытия клапана сила инерции равна нулю, и максимальное значение силы получается при положении кулачка, соответствующем максимальному положи­тельному ускорению клапана.

Максимальная сила инерции, действующая на кулачек, определяется по формуле

.

Силу газов подсчитывают по разности давлений, действующих на головку клапана:

,

где − наружный диаметр тарелки выпускного клапана, м; − давление в цилиндре в момент начала открытия выпускного клапана; − давление в выпускном трубопроводе. Давление в цилиндре в момент начала открытия выпускного клапана определяется по индикаторной диаграмме.

Суммарная сила, действующая на кулачок,

.

Напряжение смятия, возникающее на поверхности кулачка и толкателя, подсчитывают, по формулам:

для плоского толкателя

;

для роликового толкателя

,

где Е − модуль упругости первого рода, МПа; − ширина кулачка, м; − радиус кривизны профиля кулачка в точке касания его с толкателем (для кулачка, описанного дугами двух постоянных радиусов ), м; − радиус ролика толкателя, м.

Напряжение смятия на вершине кулачка определяют по приведенной к толкателю разности между силой пружины и силой инерции :

Допустимое напряжение смятия = 400 − 1200 МПа.

П р о г и б распределительного вала приводит к перекосам вала в подшипниках и кулачков относительно толкателей. Конструкция распределительного вала должна быть достаточно жесткой, чтобы прогиб вала не оказывал сколько-нибудь заметного влияния на работу механизма газораспределения.

Стрелу прогиба вала определяют, предполагая, что участок вала между подшипниками является балкой, свободно лежащей на двух опорах и нагруженной одной или двумя сосредоточенными силами. Если на рассматриваемый участок вала одновременно действует сила от одного толкателя (рис. 8), стрела прогиба под кулачком, мм,

,

где − длина участка вала между опорами, мм; a и b − расстояния от опор до точки приложения силы , мм; и − наружный и внутренний диаметры распределительного вала, мм; E – модуль упругости первого рода, МПа.

При двух одноименных клапанах в цилиндре они могут открываться двумя кулачками, которые обычно расположены симметрично относительно опор вала. Стрела прогиба под каждым из кулачков

.

Допустимым считается прогиб 0,05 – 0,1 мм.

Одновременно с изгибом распределительный вал подвергается скручиванию. Скручивающий момент от каждого кулачка в большинстве случаев достигает максимального значения в конце первого периода подъема клапана, когда точка касания наиболее удалена от оси толкателя. Для определения максимального скручивающего момента строят кривую набегающих моментов.

Напряжение кручения

.

Допустимое напряжение 120 −130 МПа.