Розрахунок розподільного вала

Для виготовлення розподільних валів застосовують вуглецеві (40, 45, 40Г, 50Г) чи леговані (15Х, 12ХНЗА) сталі і леговані чавуни. На рис. 7.1,а зображено конструктивні параметри, які використовують у разі розрахунку розподільного вала, а також сили, що його навантажують.

На кулачки розподільного вала діють сили від приводу випускного та впускного клапанів. Епюра моментів від дії цих сил показана на рис. 7.1, б. Максимальна сила передається на кулачок від випускного клапана в початковий період його відкриття внаслідок необхідності подолання додаткового опору відпрацьованих газів. В цей час зусилля від приводу впускного клапана є значно меншим. Тому для розрахунку розподільного вала беруть до уваги лише силу , що дорівнює максимальній силі дії приводу випускного клапана (рис. 7.1, в).

Максимальну силу F_{шт max}, що діє на кулачок зі сторони клапанного привода, розраховують за формулою

,

(7.1)

де F_{пр min} – мінімальна сила пружності пружини; d_в – зовнішній діаметр тарілки клапана; p_г – тиск в циліндрі в момент початку відкриття випускного клапана можна прийняти; p_r^/ – тиск у випускному трубопроводі(у разі випуску в атмосферу p_r^/= p₀ = 0,1 МПа); – передатне відношення коромисла; M_Sшт– сумарна маса деталей, що приведена до штовхача; w_к = 0,5w_е – кутова швидкість обертання розподільного вала; r₀ – радіус початкового кола кулачка; r₁ – радіус першої ділянки профілю кулачка.

Основним розрахунком розподільного валу є розрахунок на жорсткість, що полягає у визначенні стріли прогину під дією сумарної сили F_{шт max}. Розрахункова схема вала являє собою двоопорну розрізну балку, яка вільно лежить на опорах і навантажена в місці дії штовхача (рис. 7.1).

Стріла прогину розподільного валу під дією сумарної сили

.

(7.2)

де l – відстань між опорами вала; a і b – відстані від опор до точки прикладання сили F_{шт max}; d_р і d_р – зовнішній і внутрішній діаметр розподільного вала; E – модуль пружності.

Рис. 7.1. Конструктивна (а), схематична (реальна (б) та розрахункова (в))
схеми розподільного вала з епюрами згину, що виникають

Величина прогину y не повинна перевищувати 0,02...0,05 мм.

Напруження зминання, що виникають в місцях контакту робочих поверхонь кулачка і штовхача, визначають за формулами:

для плоского штовхача

,

(7.3)

для роликового штовхача

,

(7.4)

де b_к– ширина кулачка; r – радіус ролика штовхача.

Допустимі напруження зминання [s_зм] = 400...1200 МПа.