7. Розрахунок маховика.

При розрахунку маховика приймаємо, що маса зосереджена в ободі, а поперечне січення обода має прямокутну форму.

Необхідний момент інерції двигуна з маховиком розраховуємо по формулі:

де _n – кутова швидкість колін вала двигуна на номінальному режимі, с^-1;

m_Т – масштаб тиску сили, МН/м² в мм;

m_ - масштаб кутового переміщення:

m_ = - із діаграми сумарного крутного момента;

F_надл – площа, виражаюча найбільшу надлишкову додатню роботу дотичної сили, діючої на кривошип, мм²;

R – радіус кривошипа, м.

Момент інерції маховика:

І_м = (0,8 ... 0,9)  І_ = 0,202  0,9 = 0,1818 Нм  с².

Маса маховика:

m_M =

де D_ср = (3 ... 4)  S = 3,5  0,005 = 0,2275 м – середній діаметр обода маховика;

S – хід поршня, м.

Товщину обода приймаємо h = 0,11 м, а ширину визначаємо з формули:

В =

де = 7800 кг/м³ – густина матеріалу маховика (сталь).

Колова швидкість на зовнішньому діаметрі обода маховика:

V_M =

V_M = 53 м/с

8. Розрахунок механізму газорозподілу.

8.1. Діаметри горловин впускного та випускного клапанів:

де середня швидкість поршня м/с;

F_n – площа поршня, м²;

і – кількість впускних або випускних клапанів в циліндрі;

- середня швидкість газу в горловині впускного або випускного клапана:

впускного = 40 ... 80 = 80 м/с

випускного = 70 ... 100 = 100 м/с.

8.2. Максимальна висота підйому клапана:

h_кл max =

- впускного h_кл max =

- випускного h_кл max =

де d_r – діаметр горловини, м;

 - кут фаски клапана:  =45⁰.

8.3. Кути дії кулачків:

де _{в. вп.}, _{зап. вп.}, _{в. вип.}, _{зап. вип.} – кути випередження відкриття і запізнення закриття впускного та випускного клапанів в градусах повороту колін вала.

8.4. Параметри профілю кулачка.

Радіуси початкового кола кулачка:

r_{0 вп} = (1,5 ... 2,0) h_{шт max} = 1,75  0,01 = 0,0175 м;

r_{0 вип} = (1,5 ... 2,0) h_{шт max} = 1,75  0,0088 = 0,0154 м.

де h_{шт max} – максимальний підйом штовхача; h_{шт max} = h_{кл max}.

Радіуси двох дуг профілю кулачка:

з технологічних міркувань r_Г = 4 мм:

де а_вп = (r₀ + h_{шт max} – r₂) = 13,86 + 10 – 4 = 19,86 мм;

а_вип = (r₀ + h_{шт max} – r₂) = 12,43 + 8,8 – 4 = 17,23 мм.

Для забезпечення зазору в клапанному механізмі тилову частину кулачка виконують радіусом r_к:

r_к = r₀ - S

r_{к вн} = 13,86 – 0,3 = 13,56 мм; r_{к вип.} = 12,43 – 0,4 = 12,03 мм.

де S – температурний зазор. Для впускного клапана S = 0,3 мм, а для випускного клапана S = 0,4 мм.

Рис.4. Розрахункова схема кулачка

8.5. Визначення розмірів та запасу міцності клапанної пружини.

Для розрахунку беремо пружину впускного клапана, як більш навантажену, оскільки діаметр впускного клапана більший, і внаслідок цього його маса більша.

Максимальна та мінімальна сили, що діють на пружину на ділянці з негативним прискоренням.

де m_клmax = приведена маса клапанного механізму

m_клmеx = m'_клмех  F_{r вн} = 200  0,000615 = 0,123 кг

F_{r вн} – площа прохідного перерізу впускної горловини:

F_{r вн} =

m'_клмех = (180 ... 230) кг/м² = 200 кг/м²

_к – кутова швидкість кулачка:

_к = 0,5 = 0,5  576,6 = 288,3 с^-1

К – коефіцієнт запасу

К = 1,45 ... 1,7 = 1,6.

Для перевірки надійності закриття клапана визначаємо силу Р'_{пр мін}, яка діє на закритий випускний клапан при найбільшому розрідженні:

Р'_{пр мін} =

де р = (р_тр – р_а) – різниця тисків у випускному трубопроводі і в циліндрі відповідно: р = (0,05 ... 0,07) = 0,06 МН/м²

d_{r вип.} – діаметр горловини випускного клапана, м.

Середній діаметр пружини:

D = (0,8 ... 0,9)d_{r вн} = 0,9  0,028 = 0,0252 м.

Діаметр дроту пружини:

d = 0,0036 м,

де К' = 1,17 ... 1,24 = 1,2;

Р_{пр max} – максимальна сила, що діє на пружину, МН;

[ ] – межа втомлення на скручування; [ ] = 350 ... 600 МН/м² = 500 МН\м².

Одержане значення d округлюємо до стандартного d = 0,0036 м.

Визначення запасу міцності пружини.

Максимальне та мінімальне напруження в пружині:

Середнє напруження та амплітуда напружень:

Запас міцності пружини:

n_ =

де ₁ = 340 ... 400 МН/м² = 380 МН/м²;

K_ /_ = 1,0; d_ = 0,1

Жорсткість пружини:

С =

Число робочих витків пружини:

і_р = витків,

де G = (8,0 ... 8,3)  10⁴ МН/м² = 8  10⁴ МН/м² – модуль пружності другого роду для пружинних сталей.

Повне число витків:

і_н= і_р + 2 = 6 + 2 = 8 витків.

Деформація пружини:

- при закритому клапані:

h_про =

де С – жорсткість пружини, МН/м².

- при повністю відкритому клапані:

h_{пр max} = h_{пр 0} + h_{кл max} = 9,8 + 7,9 = 17,7 мм.

Довжина пружини у вільному стані:

L_пр = h_{пр max} + d i_n + min i_p = 17,7 + 3,6  8 + 0,6  6 = 50,1 мм,

де min – мінімальний зазор між витками пружини при повністю відкритому клапані:

min = 0,5 ... 0,9 мм = 0,6 мм.

Схема ОНС з верхнім розміщенням вала ГРМ в головці циліндрів. Виходячи з аналізу світових тенденцій двигунобудування приймаємо, що привід вала ГРМ здійснюватиметься зубчастим пасом. Це дає наступні переваги перед ланцюговою передачею: зниження шумності; збільшення потужності двигуна, за рахунок зменшення тертя у приводі розподільчого вала.