Повышение прочностной надежности механизма газораспределения среднеоборотных двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Варшавский Андрей Алексеевич

• Варшавский Андрей Алексеевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Варшавский Андрей Алексеевич

Введение

Глава 1. Особенности конструкции и методы повышения прочностной надежности элементов газораспределительного механизма форсированных

среднеоборотных дизелей

1. 1 Прочностная надежность при проектировании поршневых двигателей

1.2 Обзор конструкций газораспределительных механизмов

среднеоборотных форсированных двигателей

1.3 Методы повышения прочностной надежности элементов

газораспределительного механизма

1.3.1 Клапаны, седла и направляющая втулка

1.3.2 Тарелки и сухарики клапанных пружин

1.3.3 Клапанные пружины

1.3.4 Коромысло, толкатель со штангой

1.3.5 Распределительный вал

1.4 Цель работы и задачи настоящего исследования

Глава 2. Анализ прочностной надежности элементов газораспределительного механизма среднеоборотных двигателей

2.1 Определение нагрузок, действующих на элементы

газораспределительного механизма

2.2 Моделирование напряженно-деформированного состояния элементов газораспределительного механизма

2.2.1 Модель клапанной группы

2.2.2 Модель клапанных групп с траверсой

2.2.3 Модель всей цепочки звеньев газораспределительного механизма

2.3 Методика оценки напряженно-деформированного состояния элементов газораспределительного механизма

2.4 Определение напряженно-деформированного состояния элементов

клапанной группы

стр.

2.5 Определение напряженно-деформированного состояния всей цепочки

газораспределительного механизма

2.5.1 Оценка замкнутости контактов взаимодействующих элементов газораспределительного механизма

2.6 Оценка прочности элементов газораспределительного механизма

в зависимости от расположения концов опорных витков пружин

2.7 Анализ работы клапанных пружин

2.8 Оценка выносливости пружин

Глава 3. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния клапанных пружин

3.1 Цель и объект эксперимента

3.2 Общие требования к условиям, обеспечению и проведению эксперимента

3.2.1 Место проведения эксперимента

3.2.2 Средства проведения эксперимента

3.3 Подготовка к проведению эксперимента

3.3.1 Методика определения деформаций и напряжений

3.4 Проведение эксперимента

Глава 4. Анализ расчета и эксперимента, рекомендации по повышению прочностной надежности газораспределительного механизма

4.1 Анализ результатов численного моделирования напряженно-деформированного состояния элементов клапанной группы

4.2 Анализ результатов тензометрирования клапанной пружины

4.3 Рекомендации по повышению прочностной надежности

газораспределительного механизма

Основные результаты и выводы

Список литературы

Приложение 1 Расчет динамики газораспределительного механизма

двигателя типа ЧН 26,5/31

Приложение 2 Акты внедрения результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение прочностной надежности механизма газораспределения среднеоборотных двигателей»

Введение

Конструирование газораспределительного механизма (ГРМ) современных среднеоборотных поршневых комбинированных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) требует решения ряда комплексных задач. Основные параметры ГРМ должны обеспечить качественное протекание процессов газообмена, что необходимо для получения высоких экономических, экологических и мощностных показателей двигателя [1]. Надежность работы клапанов во всем диапазоне нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя в пределах заданного моторесурса должна быть обеспечена конструкцией звеньев механизма [1, 2]. Сложность создания ГРМ вновь проектируемых высокофорсированных современных двигателей непрерывно возрастает вследствие повышения напряженности элементов ГРМ.

Обеспечение прочностной надежности ГРМ предусматривает обеспечение безотказности работы всех звеньев от распределительного вала до клапанов. При этом должна быть обеспечена неразрывность кинематической цепочки механизма при работе двигателя, исключая ударное взаимодействие элементов ГРМ на всех режимах работы двигателя. Элементы ГРМ при работе двигателя находятся под суммарным воздействием усилий клапанных пружин, сил инерции клапанов и остальных деталей механизма газораспределения, усилий от перепада давлений газовоздушной среды на тарелках клапанов [1]. Указанные выше силы переменны во времени в течение рабочего цикла, а вызываемые этими силами напряжения в элементах ГРМ являются причиной усталостных разрушений.

Регистрируемые в эксплуатации среднеоборотных четырехтактных комбинированных ДВС такие выходы из строя, как обрыв стержня клапана и разрушение замка, поломки клапанных пружин, направляющей траверсы и др. являются следствием не только нарушений кинематики механизма при работе, но и выбора параметров самой конструкции, а также недостаточной прочности выбранных материалов. Приведенные факты свидетельствуют о необходимости более глубокого изучения и улучшения конструкции элементов ГРМ современных среднеоборотных комбинированных ДВС.

Все вышеприведенное в полной мере относится к объекту исследования - семейству четырёхтактных, среднеоборотных комбинированных ДВС с У-образным расположением цилиндров, рядом стоящими шатунами, с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха, в частности, ЧН 26,5/31 производства АО «Коломенский завод» [3-5]. Семейство дизельных двигателей типа ЧН 26,5/31 используются в качестве тепловозного, судового двигателя или резервной дизель-генераторной установки (Рисунок В.1) [6-8].

Рисунок В. 1 - Дизель-генераторная установка 20ЭДГ500 (20ЧН 26,5/31)

Научная новизна работы:

- разработана методика экспериментального исследования уровня и характера изменения напряжений от действующей нагрузки в клапанных пружинах методом тензо-метрирования;

- получены новые данные, связанные с неравномерностью распределения напряжений по рабочим виткам клапанной пружины, достигающая 20 % с максимумом напряжений на крайних рабочих витках при проведении прочностного анализа клапанных пружин с использованием разработанных моделей на базе объемных конечных элементов;

- разработаны рекомендации по повышению прочностной надежности основных элементов клапанной группы ГРМ среднеоборотных дизелей, заключающиеся в улучшении конструкции деталей в сопряжении «тарелка-сухарики-стержень клапана»,

в частности, для исследуемой конструкции клапанной группы среднеоборотного двигателя, благодаря чему значительно снизился уровень эквивалентных напряжений и давления обжатия в элементах ГРМ, а именно: изменен угол сопряжения тарелки клапанной пружины с разрезными сухариками с 8°45' на 10°, уменьшена высота внутреннего фиксирующего пояса сухарика с 3 до 1,5 мм, горизонтальные кромки на внутренней части разрезных сухариков по сопряжению с клапаном выполнены радиусом 5 мм.

Практическая значимость результатов исследования состоит:

1. В уточненной оценке прочности элементов конструкции «тарелка-суха-рики-стержень клапана» ГРМ с рекомендациями по повышению их прочностной надежности;

2. В экспериментальном подтверждении уровня напряженно-деформированного состояния (НДС) клапанных пружин ГРМ и неравномерном распределении максимальных касательных напряжений по виткам пружины, полученном при расчетном анализе;

3. В результатах расчетных исследований, по которым даны рекомендации по внесению изменений в конструкцию разрезных сухариков клапанной группы и расположению опорных витков клапанной пружины при сборке двигателей.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы обусловлены применением:

- методов теории упругости и конечно-элементного анализа НДС элементов ГРМ;

- известных методик расчета, результаты которых верифицируются с данными, полученными в эксперименте на безмоторном стенде;

- типового, метрологически аттестованного оборудования с учетом погрешностей измерений контрольных показателей при обработке результатов.

Методы научного исследования:

1. Математическое моделирование кинематики и динамики ГРМ;

2. Моделирование НДС с применением МКЭ;

3. Тензометрирование натурных элементов конструкции ГРМ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика оценки повышения прочности элементов ГРМ с траверсой среднеоборотного двигателя в сопряжениях «тарелка-сухарики-стержень клапана».

2. Уточненная оценка распределения напряжений в витках клапанной пружины, полученная на базе конечно-элементного (КЭ) анализа.

3. Результаты экспериментального исследований клапанной пружины среднеоборотного двигателя (СОД) в условиях безмоторного стенда.

Реализация результатов работы:

Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры «Комбинированные двигатели и альтернативные энергоустановки» МГТУ им. Н.Э. Баумана, в процесс проектирования газораспределительных механизмов в ООО «Инжиниринговый центр двигателестроения ТМХ».

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: 10-ых Луканин-ских чтениях. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса (Москва, 2023), 11-ых Луканинских чтениях. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса (Москва, 2025), Всероссийской научно-практической конференции «Наука - Общество - Технологии - 2023» (Москва, 2023 г), 160 лет Коломенскому заводу и 120 лет дизелестроению в Коломне: научно-практическая конференция, посвященная 160-летию образования АО «Коломенский завод» ТМХ (Коломна, 2023), заседании кафедры «Комбинированные двигатели и альтернативные энергоустановки» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2026).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликованы 4 научные работы, включая 3 статьи в журналах из перечня ВАК РФ, 1 статья в журнале из перечня Scopus. Общий объем опубликованных работ - 1,6 п.л.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, списка литературы и приложения. Общий объем работы 146 страниц, включая 110 страниц основного текста, содержащего 17 таблиц и 80 рисунков. Список литературы включает 123 наименования на 13 страницах. Приложение на 23 страницах содержит расчет динамики ГРМ двигателя ЧН 26,5/31 и информацию о внедрении результатов работы. Работа выполнена на кафедре «Комбинированные двигатели и альтернативные энергоустановки» (Э-2) МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Глава 1. Особенности конструкции и методы повышения прочностной надежности элементов газораспределительного механизма форсированных среднеоборотных дизелей

1. 1 Прочностная надежность при проектировании поршневых двигателей

Обеспечение высокой прочности базовых узлов и деталей двигателей в реальных условиях работы является одним из главных направлений повышения их общей надежности [9].

Надежность в двигателестроении в целом связана со всеми этапами жизненного цикла двигателя, начиная от проектирования и заканчивая его списанием, и означает свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования [10]. Критерии выполнения требуемых функций объекта могут быть установлены, например, заданием для каждой функции набора параметров, характеризующих способность ее выполнения, и допустимых пределов изменения значений этих параметров

Количественно надежность технического объекта характеризуется вероятностью Р(т) его безотказной работы [15]. При этом под «отказом» понимают потерю двигателем работоспособности. Вероятность разрушения (отказа), как показатель прочностной надежности, адекватно отображает влияние ключевых факторов: растет с уменьшением запаса прочности и увеличением разброса нагрузок и свойств материала. Вероятность отказа за время г определяется формулой:

где/ (т)- плотность вероятности отказов.

Значение расчетной вероятности разрушения имеет относительную оценку и применимо в качестве сравнения вероятностей разрушения для существующих и проектируемых конструкций, рассчитанных по единой методике. В дальнейшем

[11-14].

т

(1.1)

0

остановимся главным образом на рассмотрении прочностного аспекта проблемы, связанного с так называемой прочностной надежностью элементов конструкции.

Различают постепенные и внезапные отказы. Постепенные связаны с изнашиванием элементов подвижных соединений и требуют отдельного рассмотрения при оценке ресурса двигателя. Внезапные характеризуются интенсивностью отказов А=1/т , где т - средняя наработка на отказ [15]. Именно отсутствие внезапных отказов (поломок) принято называть прочностной надежностью.

При оценке прочностной надежности деталей определяют коэффициент запаса прочности [15-17]. Коэффициент запаса прочности определяется на основании обширного опыта испытаний и расчетов различных узлов и деталей [18]. Условие обеспечения прочностной надежности по запасам прочности имеет вид:

п = ^ >[п] (1.2)

где п - коэффициент запаса прочности по напряжениям, опред - предельное напряжение, о"тах - максимальное значение напряжения при работе, [п] - допустимое значение коэффициента запаса прочности. Допустимое значение коэффициента запаса прочности [п] рекомендуется принимать равным от 1,8 до 2,0 при постоянных во времени нагрузках, а при случайных переменных нагрузках - не менее 3 [16].

Расчет запаса прочности состоит из следующих этапов:

- анализа условий работы детали;

- выбор расчетной схемы, определение нагрузок;

- оценки конструкционной прочности и сопоставление результатов с нормативными требованиями.

При оценке коэффициента запаса прочности деталей двигателя, работающих при циклических нагрузках, необходимо учитывать реальные размеры деталей, концентрацию напряжений, многочастотность нагружения, состояние поверхностей и др. [14, 16].

В зависимости от степени достоверности и учета перечисленных выше факторов, включая наличие соответствующих экспериментальных данных, в машиностроении выделяют три уровня значений коэффициентов запаса прочности:

1) п = 1,3 - 1,5 (при высокой точности расчетов и наличии экспериментальных сведений);

2) п = 1,5 - 2,0; (промежуточное положение между 1 и 3 уровнями);

3) п = 2 - 3 (отсутствие экспериментальных данных о значениях нагрузок и прочности материала).

Более высокие коэффициенты запаса прочности принимают для критически важных деталей, отказ которых может привести к потере работоспособности всего двигателя, что повышает надёжность, но приводит к увеличению массы и габаритов деталей, негативно влияя на характеристики двигателя [16].

Анализ эксплуатации форсированных среднеоборотных дизелей показывает, что усталостные поломки составляют более 90 % всех разрушений [19, 20]. Переменные напряжения вызывают разрушение при меньших значениях, чем статические. Усталостные трещины, как правило, зарождаются в зонах концентрации напряжений, а их распространение происходит преимущественно вдоль направления наибольших нормальных напряжений [18, 19].

При характерных эксплуатационных режимах деталей ДВС длительная работа нередко сопровождается возникновением значительных пластических деформаций материалов, предваряющих разрушение. Процесс накопления таких деформаций, сопровождающийся ростом остаточных напряжений, существенно влияет на общую прочность деталей двигателя [19].

Прочностная надежность элементов ГРМ, подверженных переменным динамическим нагрузкам, зачастую, связана с усталостным разрушением, обусловленным недостаточным значением предела выносливости материала и вероятностью высоких амплитуд напряжений при пиковых нагрузках [16, 20].

Среди многих причин, которые приводят к снижению прочностной надежности, также следует отметить недостаточную прочность отдельных элементов конструкции в условиях постоянного форсирования СОД по среднему эффективному давлению, приводящего к росту температурных и механических напряжений практически во всех основ-

ных элементах двигателя [4]. Таким образом обеспечение прочностной надежности высокофорсированных СОД представляет собой актуальную и сложную научно-техническую задачу.

Разработка перспективных, конкурентоспособных и надежных дизельных установок невозможна без проведения комплекса взаимосвязанных научно-исследовательских работ, использования современных программных комплексов, а также методов и средств проектирования [21-27].

1.2 Обзор конструкций газораспределительных механизмов среднеоборотных форсированных двигателей

В современных форсированных четырехтактных двигателях применяют верхнее расположение клапанов в крышке (головке) цилиндров. В зависимости от расположения и привода распределительного вала, количества клапанов в одном цилиндре и их привода существует много компоновочных схем ГРМ [16].

В форсированных СОД используют механический привод клапанов от распределительного (кулачкового) вала, приводимого во вращение от коленчатого вала двигателя через зубчатую передачу [28]. При повышенной частоте вращения для уменьшения инерционной нагрузки и увеличения жесткости элементов привода распределительный вал располагают по возможности ближе к клапанам, в частности, непосредственно на головке цилиндра [16].

Примером является конструкция ГРМ среднеоборотного четырехтактного ДВС с У-образным расположением цилиндров 16ЧН 26/26 производства АО «Коломенский завод» [29]. В нем клапанный механизм управляется общим для правого и левого рядов цилиндров дизеля распределительным валом 8, установленным в лотке 3 (Рисунок 1.1), а сама клапанная группа располагается в крышке цилиндра [29, 30]. Также в расточки лотка устанавливаются, индивидуальные для каждого цилиндра, топливные насосы высокого давления (ТНВД).

1 - закрытие; 2 - болты; 3 - лоток; 4, 5 - рычаги привода клапанов; 6, 9 - подшипники скольжения; 7, 13 - стопоры; 5 - распределительный вал; 10 - штифты; 11 - прокладка стальная; 12, 22, 23 - уплотни-тельные кольца; 14 - ролик толкателя; 15 - валик толкателя; 16, 17 - штанги привода клапанов; 18, 19, 21 - гайки; 20 - болт повышенной точности; Д - фланец крепления к приводу распределительного вала;

Е, Ж, Л, М - маслоподводящие каналы; И - канал лотка; К - маслоподводящие канавки;

Н - полость установки рычагов.

Рисунок 1.1 - Лоток с приводом газораспределительного механизма (иллюстрация из руководства [31]) Лоток ГРМ состоит из двух частей, изготовленных из алюминиевого сплава, которые скрепляются между собой болтами и шпильками. Лоток устанавливается на верхнюю плоскость блока цилиндров, крепится к нему шпильками и фиксируется штифтами 10. В лотке установлен вал распределительный 8 [30, 32]. Между лотком и блоком методом подбора устанавливаются прокладки 11, обеспечивающие свободное перемещение шлицевой втулки привода распределительного вала и боковой зазор между приводной шестерней привода и коленчатого вала при сборке.

Распределительный вал (Рисунок 1.2) управляет движением выпускных и впускных клапанов, расположенных в крышках цилиндров через кулачки, рычаги и штанги, а также работой ТНВД соответственно порядку работы цилиндров двигателя.

8

1 - втулка дистанционная; 2 - впускной кулак; 3 - кольцо; 4 - выпускной кулак; 5 - кулак ТНВД; 6 - шпонка; 7 - шлицевая втулка; 8 - распределительный вал; 9 - винт; 10 - проволока;

11, 12, 13 - гайки крепления кулаков; 14, 15 - шайбы; 16 - болт; 17 - штифт установочный Рисунок 1.2 - Вал распределительный (иллюстрация из руководства [30])

Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала посредством шестерен привода распределительного вала через напрессованную шлицевую втулку 7 [30, 31]. Впускные и выпускные клапаны, ТНВД каждой пары цилиндров обоих рядов приводятся одним комплектом кулачков, установленных на распределительный вал. Усилие от шайб распределительного вала передается на впускные и выпускные клапаны через штанги. К преимуществам такой схемы следует отнести меньшее количество деталей и подшипников, меньшие потери на трение и силы инерции в приводе клапанов. Сама клапанная группа расположена в крышке цилиндра (Рисунок 1.3).

цилиндра

1 - рычаг, 2 - верхняя тарелка, 3 - разрезные сухарики, 4 - выпускной клапан, 5 - наружная пружина, 6 - внутренняя пружина, 7 - нижняя тарелка, 8 - крышка цилиндра, 9 - направляющая втулка, 10 - седло, 11 - впускной клапан Рисунок 1.3 - Крышка цилиндра двигателя с клапанной группой ЧН 26/26 На всех посадочных фасках клапанов выполнена наплавка из жаропрочного сплава. Сами клапаны удерживаются в закрытом состоянии двумя клапанными пружинами 5 и 6, имеющие разное направление навивки, тарелками 7 и разрезными сухариками 3, которые вместе образуют «замок». Головки впускных клапанов опираются на посадочную фаску крышки цилиндра, а головки выпускных клапанов - в седла 10. Седла удерживаются в корпусе крышки цилиндра пружинными кольцами из жаростойкой стали [31, 32]. Рычажно-клапанный механизм смазывается разбрызгиваемым маслом, поступающим из каналов в лотке.

В процессе развития типоразмерного ряда Д49 создано более 80 модификаций двигателей различного назначения: дизельных, газодизельных и газовых. По таким параметрам, как ресурс, расход масла и топлива, экологические показатели - дизели типа Д49 не уступают зарубежным аналогам [3]. Конструкторские решения, положенные в основу компоновки Д49 являются достаточно эффективными, так как обеспечивают модульность конструкции при весьма хороших массогабаритных показателях. Однако обеспечить параметры на уровне лучших зарубежных образцов при агрегатной мощности локомотивного двигателя от 3000 до 4500 кВт и судового до 7500 кВт в рамках размерности 26/26

очень сложно [3, 4]. Так, при форсировании двигателя типа ЧН 26/26 наблюдались выходы из строя клапанных пружин, замкового механизма, отрыв головки клапана и др. (Рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Излом клапанной пружины форсированного СОД ЧН 26/26 Обеспечение высоких показателей надежности при интенсивных рабочих процессах требует повышения прочностной надежности элементов конструкции и создания двигателей нового поколения [3, 14].

Необходимо отметить, что помимо дизелей типа Д49 АО «Коломенский завод» также выпускает 4-тактные с газотурбинным наддувом дизели типа Д42 (ЧН 30/38), Д220 (ЧН 26/28) [30]. Размерность 26/28 для ряда двигателей двойного назначения мощностного диапазона от 1000 до 3500 кВт в будущем должна заменить типоразмерный ряд 26/26.

С целью обеспечения потребителей в двигателях мощностью от 4000 до 7500 кВт создан новый типоразмерный ряд дизелей Д500 (ЧН 26,5/31), предназначенных как для тяжелых грузовых магистральных локомотивов, способных водить составы до 12000 т в Сибири и на Дальнем Востоке, так и для атомной и военной промышленности [3, 33]. Рабочий процесс типоразмерного ряда ЧН 26,5/31 характеризуется целым рядом особенностей, например: максимальное давление сгорания - 20 МПа, давление впрыска топлива - 180 МПа, фазы газораспределения с возможностью реализации цикла Миллера, система воздухоснабжения, а также комплексное адаптивное управление системами двигателя [4, 34-36]. В связи с новой модульной компоновкой и возросшими агрегатными мощностями, в двигателе ЧН 26,5/31 разработана и новая конструкция ГРМ. Клапанный механизм, как и в двигателях ЧН 26/26, расположен в индивидуальных крышках цилиндра (Рисунок 1.5).

16 11 19 19 20 Д И

X Л Л \ ,' I ! !

\.4 \а. \2 \1

1 - крышка цилиндра; 2 - седло; 3 - кольца уплотнительные; 4 - выпускной клапан; 6,11 - тарелки клапанных пружин; 7, 34 - направляющие втулки; 8 - внутренняя пружина; 9 - манжета; 10 - наружная пру-

жина; 12 - сухарики; 13 - кольцо; 14 - колпачок; 15 - гидротолкатель; 16 - траверса; 17 - шток; 18 -упор; 19 - опора; 20 - толкатель; 21 - рычаг; 22 - головка рычага; 31 - кольцо пружинное; 32 - клапан впускной; 33 - седло впускного клапана; А, Г - отверстия; В - выпускной канал;

Д, И - масляные каналы; Е - впускной канал.

Рисунок 1.5 - Крышка цилиндра двигателя ЧН 26,5/31 с клапанным механизмом Крышка цилиндра 1 выполнена из высокопрочного легированного чугна. В направляющих втулках 7 и 34 расположены два выпускных клапана 4 и два впускных клапана 32 из жаропрочных сталей. Направляющие втулки выполнены из антифрикционного чугуна. Каждая пара одноименных клапанов открывается своей штангой, рычагом 21 и траверсой 16 через гидротолкатели 15. Гидротолкатели автоматически поддерживают моменты открытия и закрытия клапанов и уменьшают шум в механизме привода клапанов во время работы двигателя [37]. Как и на двигателях типа Д49 посадочные фаски клапанов имеют наплавку. Впускные и выпускные клапаны удерживаются в закрытом состоянии клапанными пружинами 8 и 10. Для регулировки одновременности открытия одноименных клапанов на торцы стержней клапанов установлены колпачки 14.]. Пружины 8 и 10 опираются на тарелки 6 и 11. Верхний поясок клапанов, совместно с тарелками и разрезными сухариками, образуют «замок».

Шток 17 предотвращает перекос траверсы 16 при преодолении усилия пружины и обеспечивает кинематическую точность цепочки ГРМ. Траверса передает усилие от кулачков через штангу, рычаг сразу обоим одноименным клапанам: паре впускных или паре выпускных клапанов [1]. В блоке цилиндров дизеля в туннелях устанавливаются два распределительных вала для левого и правого рядов цилиндров (Рисунок 1.6) [37].

1 3 4 7 Зожкннк пуекомй 10 ц 12

24 23 22 1В. 21. 20 19 1.8. 17 Ш 15 14 13

2 3 4 15 16 17 5 5

1, 2 - распределительный вал; 3, 5 - фиксатор; 4, 6, 7 - подшипники скольжения; 8 - кольцо уплотни-тельное; 9,10 - втулка; 11, 20 - шпонки; 12,13, 22 - болты; 14 - шайба; 15,16,17 - кулачки; 18,19, 21,

23 - гайки; 24 - втулка шлицевая приводная Рисунок 1.6 - Распределительные валы двигателя ЧН 26,5/31 Распределительные валы 1 и 2 изготовлены из легированной стали и приводятся во вращение коленчатым валом через зубчатую передачу [4, 37].

Следует отметить, что применение траверсы требует тщательной тарировки клапанных пружин при идентичности их характеристик, а также одинаковых зазоров на верхнем торце стержней объединённой пары клапанов во избежание перекосов траверсы.

Последнее приводит к повышенному износу, а иногда и к поломке. Известны конструкции «качающихся» на шарнирах шайб и направляющей траверсы (дизель-генератор 14Д40), обеспечивающих более надежную работу механизма при различии усилий пружин и неодинаковых зазорах. Даже при полном выполнении требований по идентичности характеристик пружин и зазоров во время работы ГРМ на траверсу при повороте рычага 1 вокруг центра О (Рисунок 1.7), действует боковая сила N которая вызывает изгиб направляющего штока 9, по которому перемещается траверса 4 [1].

1 -толкатель, 2 - штанга, 3 - коромысло, 4 - траверса, 5 - тарелка, 6 - разрезные сухарики, 7 - наружная пружина, 8 - внутренняя пружина, 9 - шток, 10 - клапан Рисунок 1.7 - Схема ГРМ двигателя ЧН 26,5/31

В положении, когда клапаны закрыты, линия О-О1, соединяющая центр качания рычага О и точку О1 головки толкателя, перпендикулярна оси перемещения траверсы и боковая сила N=0. По мере поворота рычага на угол р и перемещения траверсы при открытии клапанов сила N увеличивается, составляя:

Я=Р*ф) (1.3)

где Р—сила, действующая на траверсу через сферическую головку толкателя.

Сила Р равна сумме усилий пружин, сил инерции обоих клапанов, перемещающихся с траверсой, и усилий от перепада давлений газовоздушной среды на головках клапанов. Последнее незначительно влияет на величину Р. Величина силы Р определяется характеристиками пружин, профилем кулачка и массой подвижных элементов узла [1]. Возникающая боковая сила N создаёт изгибающий момент Мизг, действующий через траверсу на шток:

Мизг =Ы-1 (1.4)

где I— расстояние от точки О1 (центра головки толкателя до основания штока — места запрессовки штока в крышку цилиндра). Применительно к механизму газораспределения двигателей типоразмерного ряда ЧН 26,5/31, масса тсумм цепочки элементов от траверсы, включая массу комплектов обоих клапанов, составляет:

= ( 1( Л

тсумм ткл+ тколп.кл+тсух + ттарел+ ^ (тпр.нар+тпр.внут) I + ттрав+

+тколп.трав = 6,5 [кг]

Сила Р при полностью открытых впускных клапанах, максимальном усилии пружин и заданном положительном ускорении]кл = 406 м/с2 составляет:

Р тсумм Укд +Рпр.сумм =7296 [Н]

При заданном ходе клапана в момент его максимального открытия угол поворота рычага составляет порядка р=8°45'. Пересчетом со сборочного чертежа крышки цилиндра двигателя ЧН 26,5/31 при полностью открытых впускных клапанах величина I в формуле (1.4) равна 124,5 мм.

По формуле (1.4) величина изгибающего момента, действующего на шток, составляет:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Варшавский Андрей Алексеевич, 2026 год

Список литературы

1. Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н., Варшавский А.А. Оценка прочности элементов механизма газораспределения среднеоборотного двигателя // Двигателестроение. 2023. №2. С. 3-13.

2. Корчемный Л.В. Механизм газораспределения автомобильного двигателя. Кинематика и динамика. М.: Машиностроение, 1981. 189 с.

3. Рыжов В.А., Исянов В.Р. Разработка и создание двигателя нового типоразмер-ного ряда 12ЛДГ500 (12ЧН26,5/31) для магистрального тепловоза // Вестник института проблем естественных монополий: техника железных дорог. 2016. .№1. С. 50-55.

4. Рыжов, В. А. Совершенствование характеристик форсированных среднеоборотных двигателей двойного назначения средствами топливоподачи и воздухоснабжения: специальность 05.04.02 "Тепловые двигатели": диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Рыжов Валерий Александрович, 2018. 328 с.

5. Рыжов В.А., Ионин В.Е. Перспективные направления по совершенствованию рабочего процесса среднеоборотных дизелей // Двигателестроение. 2025. № 1. С. 3-13.

6. Рыжов В.А. Результаты экспериментальных исследований пусковых свойств судового дизель-генератора // Двигателестроение. 2019. № 4. С. 10-14.

7. Д500 [Электронный ресурс] // АО «Коломенский завод». URL: https://kolomnadiesel.com/catalog/diesels/section_detail.php?SECTION_ID=18 (дата обращения: 26.02.2023).

8. Шестаков О. А. Энергетические решения для развития отечественного двигате-лестроения // Турбины и дизели. 2024. № 2. С. 58-59. [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. URL: https://ingc.ru/upload/iblock/8c 1/e0phh2p8aam773gwndflf7e1bdo37vn.pdf

9. Матисен А. Б., Хохлов Е.И., Варшавский А.А. Повышение надежности привода регулятора тепловозного двигателя // Вестник машиностроения. 2025. № 7. С. 531-534.

10. ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стан-дартинформ, 2016. 30 с.

11. Бордюг А.С., Сметюх Н.П. Обзор по решению повышения надежности судовых дизелей // Актуальные аспекты и приоритетные направления развития транспортной отрасли: материалы молодежного научного форума студентов и аспирантов транспортных вузов с международным участием, Санкт-Петербург, 14-15 ноября 2019 года. М.: Издательство "Перо", 2019. С. 148-151.

12. Дорохов А.Ф., Проватар А.Г., Воробьев А.В. Качество и надёжность судовых дизелей // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2015. №2 2. С. 48-55.

13. Пахомов Ю.А. Основы научных исследований и испытаний тепловых двигателей: учебник. М.: Общество с ограниченной ответственностью «ТРАНСЛИТ», 2009. 432 с.

14. Раенко М.И., Рыжов В.А. Применение иерархической системы моделей для оценки прочности деталей двигателей // Двигателестроение. 2009. №2 2. С. 21-26.

15. Белоусов А.И. Прочностная надёжность деталей турбомашин: учебное пособие. М.: Машиностроение, 1983. 73 с.

16. Чайнов Н.Д.. Краснокутский А.Н., Мягков Л.Л. Конструирование и расчет поршневых двигателей: учебник / под ред. проф. Н. Д. Чайнова. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 536 с.

17. Чайнов Н.Д., Матисен А.Б. Расчетно-экспериментальное обоснование прочности и надежности шатунов при создании и модернизации высокофорсированных двигателей // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. №2 12. 8 с.

18. Раенко М.И., Рыжов В.А. Оценка прочностной надежности крышек цилиндров транспортных дизелей по критерию долговечности // Двигателестроение. 2012. № 1. С. 7-17.

19. Мясников Ю.Н., Никитин В.С., Равин А.А. Эксплуатационные дефекты судовых дизельных и газотурбинных двигателей // Труды Крыловского государственного научного центра. 2018. №23. С. 85-96.

20. Чайнов Н.Д., Раенко М.И., Рыжов В.А. Прочность теплонапряженных базовых деталей среднеоборотных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 2015. 360 с.

21. Когаев В.П., Гальперин Н.Я., Крамаренко О.Ю. Накопление усталостных повреждений при нерегулярном нагружении в связи с влиянием конструктивных факторов // Вестник машиностроения. 1983. №2 2. С. 17-19.

22. Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н., Капшуков А.В. Методика расчета герметичности газового стыка форсированного среднеоборотного дизеля // Двигателестроение. 2018. №> 4. С. 3-7.

23. Орлин, А.С. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей: учебник / Д. Н. Вырубов, С. И. Ефимов, Н. А. Иващенко и др./ под ред. проф. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. 4-е издание, М.: Машиностроение, 1984. 384 с.

24. Kuznetsov A., Kharitonov S., Ryzhov V. Expérimental and Calculation Study of Diesel-Generator Performance in Transient Conditions // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2018. Vol. 140. DOI: 10.1115/1.4040690

25. Расчетное и экспериментальное определение локальных величин контактного давления в сопряжении деталей поршня среднеоборотного дизеля типа ЧН 26/26 / Н. Д. Чайнов, Л. Л. Мягков, И. В. Оболонный, Е. Е. Стрижов // Двигатель - 2017 : Материалы международной научно-технической конференции, посвященная 110-летию специальности "Поршневые двигатели" МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 31 января 2017 года. М.: ООО "Лучший сервис", 2017. С. 32-33.

26. Чайнов Н.Д., Краснокутсткий А.Н., Капшуков А.В., Моделирование работы резьбовых соединений при расчете сопряжений базовых деталей поршневых двигателей // Двигателестроение. 2016. .№1. С. 8-10.

27. Мягков Л.Л., Чирский С.П. Реализация топологической оптимизации методом BESO в среде ANSYS APDL и ее применение для оптимизации формы шатуна тепловозного дизеля // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. №11. 2018. С. 38-48.

28. Деветьяров Р.Р., Гребнев А.В. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы автотракторных двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. Киров: Вятская ГСХА, 2017. 53 с.

29. Дорофеев В.М. Тепловозные дизели семейства Д49. Конструкция, техническое обслуживание, ремонт: учебное пособие. М.: ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2016. 378 с.

30. Для постройки новых тепловозов [Электронный ресурс] // АО «Коломенский завод». URL: https://kolomnadiesel.com/diesels/zheleznodorozhnyj-transport/dlya-postroyki-novykh-teplovozov/ (дата обращения: 02.01.2023).

31. Дизель-генератор 18-9ДГ. Руководство по эксплуатации 18-9ДГ.91РЭ [Электронный ресурс] // Региональный центр инновационных технологий. URL: https://rcit.su/techinfoT2.html (дата обращения: 02.01.2023).

32. Особенности устройства тепловоза 2ТЭ25КМ: учебное пособие [Электронный ресурс] // Педагогический ресурс. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. URL: https://педагогический-ресурс.рф/upload/iblock/aaa/aaa278a7388í:1072a4bd0f738f6593e4.pdf (дата обращения: 03.01.2023).

33. Двигатели и энергетические установки [Электронный ресурс] // АО "Коломенский завод". URL: https://kolomnadiesel.com/diesels/ (дата обращения: 02.01.2023).

34. Кнельц В.Ф., Матисен А.Б. Принципы и особенности построения систем возду-хоснабжения на двигателях производства АО "Коломенский завод // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2022. Т. 9, № 4. С. 3-9. DOI 10.24892/RIJIE/20220401

35. Кнельц В.Ф., Матисен А.Б. Оценка влияния конструктивных и регулировочных параметров на уровень вредных эмиссий в выпускных газах среднеоборотного дизеля // Вестник машиностроения. 2023. Т. 102, № 12. С. 980-982. DOI 10.36652/0042-4633-2023102-12-980-982

36. Knelts V.F. Matisen A.B. Decreasing the Toxic Emissions of Medium-Speed Diesel Engines by Design Changes and Adjustments // Russian Engineering Research. 2024. Vol. 44, No. 2. P. 174-176. DOI 10.3103/S1068798X24020114.

37. Коцарь Е.А. Судовой двигатель 16ЧН 26,5/31 мощностью Ре=5900 кВт при n=1000 мин-1 с модернизированным приводом предельного выключателя: направление

13.03.03 «Энергетическое машиностроение»: Выпускная квалификационная работа на соискание степени бакалавра // ^ломенский институт (филиал) Московского политехнического университета. ^ломна, 2024. 114 с.

38. Драгунов Ю.Г., Зубченко A.C, Kаширский Ю.В. Марочник сталей и сплавов. 7-е изд. М.: Инновационное машиностроение, 2021. 1216 с.

39. Kапшуков, A. В. Оценка работоспособности и повышение герметичности газового стыка форсированных среднеоборотных дизелей: специальность 05.04.02 "Тепловые двигатели" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / A. В. Kапшуков. Москва, 2018. 142 с.

40. Балахонов Д.И., Макаров KA., Яранцев М.В. Восстановление поверхности выпускного клапана методом плазменного напыления в сравнении с электродуговым и газопламенным методами // Вестник Шучно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2021. Т. 80, № 5. С. 260-268.

41. Бабанин А.Я., Чухаркин А.Я. Упрочняющая и восстановительная наплавка клапанов газораспределительного механизма двигателей внутреннего сгорания // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического института. 2021. № 25. С. 26-31.

42. Завитков AB., Локтев A.C, Люхтер АБ. Повышение износостойкости клапанов ДВС методом лазерной наплавки // Известия МГТУ МЛМИ. 2023. Т. 17, № 3. С. 217-224.

43. Ширяев, В. М. Повышение долговечности выпускных клапанов форсированных дизелей: специальность 05.04.02 "Тепловые двигатели", 01.02.06 "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры": диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Ширяев Вадим Михайлович. ^ломна, 1983. 196 с.

44. Cavalieri F., Zenklusen F., Cardona A. Determination of wear in internal combustion engine valves using the finite element method and experimental tests. Mech Mach Theory, 2016. Vol 104. P. 81-99.

45. Мельник О. A., Плотников В. В., Шалунов Е. П. Лнализ направляющих втулок клапанов высокофорсированных двигателей внутреннего сгорания и материалов, приме-

няемых для их изготовления // Научный БУМ : сборник по итогам Форума СНО образовательных организаций Чувашской Республики, Чебоксары, 13-25 ноября 2023 года. Чебоксары: Общество с ограниченной ответственностью «Издательский дом «Среда», 2023. С. 290-296.

46. Кондратьев Н.Н. Отказы и дефекты судовых дизелей. М.: Транспорт, 1985. 210 с.

47. Владимирова Ю.О., Плотников В.В., Шалунов Е.П. Анализ экстремальных условий эксплуатации направляющих втулок клапанов двигателей внутреннего сгорания и расчет приходящихся на них нагрузок // Актуальные проблемы в машиностроении. 2023. Т. 10, № 3-4. С. 33-41.

48. Мельник О.А., Плотников В.В., Шалунов Е.П. Анализ направляющих втулок клапанов высокофорсированных двигателей внутреннего сгорания и материалов, применяемых для их изготовления // Научный БУМ: сборник по итогам Форума СНО образовательных организаций Чувашской Республики, Чебоксары, 13-25 ноября 2023 года. Чебоксары: Общество с ограниченной ответственностью «Издательский дом «Среда», 2023. С. 290-296.

49. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. 5-е изд. М.: Машиностроение, 1981. 550 с.

50. Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н., Варшавский А.А. Прочностная надежность пружин механизма газораспределения форсированных среднеоборотных дизелей // Дви-гателестроение. 2024. №2 4. С. 20-28.

51. Балабин, В. Н. Механизмы и органы газораспределения транспортных двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие. М.: Издательство "Знание-М", 2022. 86 с.

52. Биргер И.А. Шорр Б.Ф. Г.Б. Иосилевич. Расчет на прочность деталей машин: справочник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

53. Темлянцев М.В., Слажнева А.А., Уманкский А.А. Исследование окисления и обезуглероживания рессорно-пружинной стали марки 60С2ХА при нагреве под прокатку // Инновации в материаловедении и металлургии: материалы IV Международной интерактивной научно-практической конференции, Екатеринбург, 15-18 декабря 2014 года / Фе-

деральное государственное автономное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Институт материаловедения и металлургии; Ответственные за выпуск: Н. Н. Озерец, А. С. Жилин. Екатеринбург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2015. С. 243-246.

54. Темлянцев М.В., Михайленко Ю.Е. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением. М.: Теплотехник, 2006. 200 с.

55. Tupitsin M.A., Trishkina I.A., Storozheva E.I. On the Reasons for the Premature Failure of Safety Valve Springs in the Equipment of Primary Oil Refining // Inorg Mater, 2024. Vol. 60, P. 162-171. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-7-51-60

56. Васильев А.В., Федоров Н.Н. Исследование вибраций клапанных пружин поршневых двигателей // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2010. №2 2. С. 61-65.

57. Курендаш Р.С. Конструирование пружин // Науч.-техн. о-во машиностроит. пром-сти. Киевская обл. организация. Киев, М.: Машгиз. [Укр. отд-ние], 1958. 108 с.

58. Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. Т.1: Элементарная теория и задачи / перев. Федорова В. Н. 2-е изд. М.: Наука. 1965. 363 с.

59. Ваншейдт В. А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. 2-е изд., перер. и доп. Л.: Судостроение, 1977. 390 с.

60. ГОСТ 13765-86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Обозначение параметров, методика определения. М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. 15 с.

61. Решетов Д.Н. Детали машин: учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989. 496 с

62. Пономарев С.Д., Бидерман В.Л., Лихарев В.Л. Расчеты на прочность в машиностроении. В 3 т. Т. 1 / под ред. проф. С. Д. Пономарева. М. : Машгиз, 1956. 885 с.

63. Малинин, Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести: учебник. 1-е изд., М.: Машиностроение, 1968. 400 с.

64. Бармин В.А., Предко А.В. Конструирование и расчет двигателей: практикум для студентов специальности 1-37 01 01 «Двигатели внутреннего сгорания»: в 3 ч. Ч. 3 : Расчет деталей газораспределительного механизма. Минск: БНТУ, 2018. 51 с.

65. Патент № RU 52932 U1, МПК F01L 1/18. Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания автомобиля : № 2005136785/22 : заявл. 25.11.2005 : опубл. 27.04.2006 / Лапин В. Л, Смирнов В. Д. 8 с.

66. Пермяков Д.Н. Анализ материалов и технологий упрочнения распредвалов двигателей внутреннего сгорания грузовых автомобилей // Наука, техника и образование, 2016. № 7. С. 58-61.

67. Shi X.N., Liu H.Y., Zhao L. Research on the Vibration Reduction Design of Camshaft Swing Grinding Based on Local Resonance Mechanism // Mech. Solids, 2023. Vol. 58, P. 922-938. DOI: 10.3103/S0025654423700103

68. Чайнов Н.Д., Мягков Л.Л., Маластовский Н.С. Методика расчета согласованных температурных полей крышки цилиндра с клапанами // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 10. С. 82-91.

69. Чайнов Н.Д., Русинковский С.Ю. Расчет согласованных стационарных полей температур узла крышка цилиндра-клапаны двигателя внутреннего сгорания // Двигателе-строение. 2014. № 2. С. 3-7.

70. Васильев А.В., Бахрачева Ю.С. Моделирование кинематических характеристик механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания // Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики: сборник трудов Международной научно-технической конференции, Воронеж, 18-20 декабря 2017 года / Воронежский государственный университет. Воронеж: Издательство "Научно-исследовательские публикации"; Общество с ограниченной ответственностью "Вэлборн", 2017. С. 617-621.

71. Хрулев А.Э., Кочуренко Ю.В. к Методика определения причины неисправности ДВС при тяжелых эксплуатационных повреждениях // Двигатели внутреннего сгорания. 2017. № 1. С. 52-60.

72. Qiao C.P. Thermal Fatigue Cracking Phenomenon in Engine Valve Seat Insert / Journal of Failure Analysis and Prevention, 2023. Vol. 23. P. 2640-2647. D0I:10.1007/s11668-023-01793-7.

73. Eret A. Dynamic and Fatigue Assessment of Heavy-Duty Engine Valves. Springer Cham, 2024. 162 p. ISBN: 978-3-031-49150-4.

74. Hazra M., Rao A.S., Singh A.K. Corrosion Fatigue Failure ofExhaust Valve of a Diesel Generator // Journal of Failure Analysis and Prevention, 2023. Vol. 23. P. 1402-1412. D01:/10.1007/s11668-023-01663-2.

75. Васильев А.В., Бахрачева Ю.С., Каборе У. Профилирование высокоэффективных кулачков газораспределения двигателей внутреннего сгорания // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 10: Инновационная деятельность. 2013. №2 2. С. 96-102.

76. Васильев, А. В. Повышение эффективности и надежности работы дизельного двигателя путем профилирования динамически настроенных кулачков // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 10: Инновационная деятельность. 2014. № 4. С. 79-85.

77. Патент №2 SU1751367A1 F01 L1/08. Кулачок механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания : № 4858606 : заявл. 14.08.1990 : опубл. 30.07.1992 / Мороз В.И., Братченко А.В., Гурьев Ю.И., Минак С.А. 7 с.

78. Матисен, А. Б. Разработка методики прочностного анализа шатунов транспортных форсированных дизелей на базе двухуровневой системы расчетных моделей : специальность 05.04.02 "Тепловые двигатели", 01.02.06 "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Матисен Александр Борисович. Москва, 2012. 122 с.

79. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.

428 с.

80. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 542 с.

81. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 318 с.

82. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.

83. Шабров Н.Н. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. Л.: Машиностроение, 1983. 212 с.

84. Чайнов Н.Д., Матисен А.Б. Моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) шатунов форсированных тепловодных дизелей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. №2 3. С. 36-39.

85. Салтыков М.А. Казанская А.М. Основы структурной геометрии твердых тел: монография. Рязань: Рязанская обл. тип., 2013. 471 с.

86. Даутов Р.З., Карчевский М.М. Введение в теорию метода конечных элементов: учебное пособие. Казань: Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина, 2004. 239 с.

87. Гриб В.В. Диагностические модели изменения технического состояния механических систем В 2 ч. Ч. 2. Вибродиагностика. Модальный анализ. Конечно-элементные технологии оценки технического состояния механических систем, 2008. 262 с.

88. Solid Edge [Электронный ресурс] // CADIS. URL: https://www.cad-is.ru/blog/solid-edge (дата обращения: 02.01.2023).

89. ANSYS Workbench [Электронный ресурс] // CAE Expert. URL: https://cae-expert.ru/product/ansys-workbench (дата обращения: 12.01.2023).

90. Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов: учебное пособие. 17-е изд. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 542 с.

91. Биргер И.А. Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов: учебное пособие. 2-е изд. М.: URSS, 2015. 560 с.

92. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения: справочное пособие. 2-е изд. М: МАШГИЗ, 1962. 112 с.

93. ГОСТ 13764-86. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. М.: ИПК Издательство стандартов, 1988.

94. Schamel A.R., Hammacher J., Utsch D. Modeling and Measurement Techniques for Valve Spring Dynamics in High Revving Internal Combustion Engines // SAE Technical Paper 930615, 1993. DOI: 10.4271/930615

95. Zhu G. Taylor C.M. Tribological Analysis and design of Modern Automobile Cam and Follower // Industrial Lubrication and Tribology, 2001, Vol. 53 No. 6. DOI: 10.1108/ilt.2001.01853fae.001

96. Calabretta M., Cacciatore D., Carden, P. Valvetrain Friction - Modeling, Analysis and Measurement of a High Performance Engine Valvetrain System // SAE International Journal of Engines, 2010. Vol. 3. pp. 72-84. D01:10.4271/2010-01-1492.

97. Calabretta M., Sitta A., 0liveri,S.M., Sequenzia, G. Simulation of Dynamic Stresses on High Performance Engine Valve Spring System Considering Coil Clashing Effect // Advances on Mechanics, 2021. pp. 108-113. D0I:10.1007/978-3-030-70566-4_18

98. Carden P., Pendlebury K., Zuhdi N. Design and Development of the Valve Train for a Racing Motorcycle Engine // SAE Technical Paper 2007-01-0264, 2007. DOI: 10.4271/2007-010264. 5.

99. Сунь Х., Данилов В.Л. Исследование напряженно-деформированного состояния пружины при высокой температуре с помощью ABAQUS // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 5. С. 217-230. DOI: 10.7463/0514.0710723.

100. Динамика и прочность пружин: сборник статей / под ред. действ. чл. АН УССР С. В. Серенсена и д-ра техн. наук проф. С. Д. Пономарева. Москва, Ленинград : Изд-во и 2-я тип. Изд-ва Акад. наук СССР, 1950. 356 с.

101. Валишвили Н.В., Гаврюшин С.С. Сопротивление материалов и конструкций: учебник. М.: Издательство Юрайт, 2025. 429 с.

102. ГОСТ 25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. М.: ИПК Издательство стандартов, 1988. 55 с.

103. Варшавский А.А., Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н. Экспериментальное исследование напряжений в клапанной пружине среднеоборотного двигателя // Вестник машиностроения. 2025. №2 8. С. 629-633.

104. Varshavskiy A.A., Chainov N.D., Krasnokutskiy A.N. Stress in the Valve Spring of a Medium-Speed Engine // Russian Engineering Research, 2025, Vol. 45, No. 10, pp. 1339-1343. DOI: 10.3103/S1068798X25702375.

105. Козлов И.А., Баженов В.Г., Матвеев В.В., Лещенко В.М. Исследование прочности деталей машин при помощи тензодатчиков сопротивления / под ред. Г. С. Писа-ренко. Киев: Технка, 1967. 204 c.

106. Чайнов Н.Д., Иващенко Н.А. Экспериментальное определение напряженно-деформированного состояния поршня и шатуна двигателя внутреннего сгорания: методические указания к лабораторным работам по курсу "Конструкция и расчет поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания". М.: РИО МВТУ, 1981. 28 с.

107. Машина испытательная универсальная ЦДМУ-30, 78256-20 [Электронный ресурс] // ПОВЕРЬ.РУ. URL: https://www.pover.ru/spravochnik-sredstv-izmerenij/78256-20-mashina-ispytatelnaya-universalnaya-tsdmu-30/?ysclid=m80lrozfkg88088401 (дата обращения: 13.12.2024).

108. FLA/FLG общего назначения [Электронный ресурс] // Японские измерительные технологии. URL: https://www.tmljp.ru/catalog/tenzorezistory/fla-flg-obshchego-naznacheniya/?ysclid=m 80lz06b9n531527906 (дата обращения: 13.12.2024).

109. Мехеда В.А. Тензометрический метод измерения деформаций: учебное пособие. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. 56 с.

110. . Касаткин Б.С., Кудрин А.Б., Лобанов Л.М. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: справочное пособие / под ред. Б. С. Касаткина. Киев : Наук. думка, 1981. 583 с.

111. Клокова Н.П. Тензорезисторы. М.: Машиностроение, 1990. 221 с.

112. Смирнов, Ю. А. Контроль и метрологическое обеспечение средств и систем автоматизации. Основы метрологии и автоматизации: учебное пособие для СПО // 3-е изд., стер. Санкт-Петербург: Лань, 2025. 240 с.

113. Макаров Р.А., Ренский А.Б., Боркунский Г.Х., Этингоф М.И. Тензометрия в машиностроении: справочное пособие / под ред. канд. техн. наук Р. А. Макарова. М.: Машиностроение, 1975. 287 с.

114. Саченков А.А., Бережной Д.В. Саченков О.А. Экспериментальные методы исследования напряжений: учебное пособие. Казань: Казан. ун-т, 2017. 43 с.

115. Многоканальная измерительная система [Электронный ресурс] // Контролл-Вахенд а Техника (КВТ). URL: http://www.hbm.ru/catalog/izmerit-amplifers/mgcplus/mgcplus/ (дата обращения: 13.12.2024).

116. Чунин С.В., Оганьян Э.С., Гаджиметов Г.И. Исследование усталостной прочности пружин рессорного подвешивания скоростных грузовых вагонов // Известия Транссиба. 2023. № 2. С. 42-49.

117. Маслов Г.С. Расчеты колебаний валов: справочное пособие. М.: Машиностроение, 1968. 271 с.

118. Леонтьев М.К. Тензометрирование в авиационных газотурбинных двигателях: учебное пособие. М.: Изд-во МАИ, 2000. 36 с.

119. Шарапов В.М., Полищук Е.С., Кошевой Н.Д. Датчики: справочное пособие / под общей ред. В. М. Шарапова, Е. С. Полищука. М.: Рекламно-издательский центр "Техносфера", 2012. 624 с.

120. Волчок Л.Я. Методы измерений в двигателях внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1955. 270 с.

121. Салтыков М.А., Казанская А.М. Разработка и применение метода макроэлементов для расчета на прочность и жесткость несущих конструктивных звеньев двигателя // Двигателестроение. 1985. .№2. С. 8-11.

122. Шушкевич В.А. Основы электротензометрии. Минск: Вышэйш. школа, 1975. 352 с.

123. PTC Mathcad Prime 7.0 [Электронный ресурс] // ПТС. URL: https://pts-russia.com/products/mathcad/300/ (дата обращения: 21.04.2023).

Приложение 1

Расчет динамики газораспределительного механизма двигателя

типа ЧН 26,5/31

1 Задача расчета и исходные данные

Основной задачей данного расчета является нахождение истинного движения и нагрузок в звеньях привода клапанов двигателя типа ЧН 26,5/31. Расчет выполнен в системе компьютерной алгебры PTC Mathcad [123]. Исходные данные расчета представлены в Таблице П.1.

Т а б л и ц а П.1

№ п/п Наименование Обозначение Значение

1 Частота вращения коленчатого вала, мин-1 n 1000

2 Механический КПД привода клапанов Пп 0,7

3 Передаточное отношение механизма привода i 1,2515

4 Момент инерции рычага, кгм2 Jp 0,039

5 Длина плеча от оси рычага до оси траверсы мм la 144,3

6 Длина плеча от оси рычага до штанги, мм lb 116,4

7 Угол начала выпуска, град ПКВ ан.вып. 54

8 Угол конца выпуска, град ПКВ ак.вып. 40

9 Угол начала впуска, град ПКВ ан.вп. 34

10 Угол конца впуска, град ПКВ ак.вп. 30

11 Давление наддува, МПа Pk 0,37

12 Число впускных клапанов на цилиндр 2

13 Число выпускных клапанов на цилиндр ^ып 2

14 Ход клапана, мм к 20,5

Впускной клапан

15 Диаметр головки, мм d^n 90

16 Диаметр стержня, мм dCT 19,5

17 Минимальный диаметр посадочной поверхности клапана, мм й^вп.мин 81

18 Наружный диаметр усеченного конуса впускного клапана ^п.ус 101,5

19 Угол фаски клапана, град «ф 45

№ п/п Наименование Обозначение Значение

Выпускной клапан

20 Диаметр головки, мм йвып 85

21 Диаметр стержня, мм ^ст 19,5

22 Минимальный диаметр посадочной поверхности клапана, мм йвып.мин 76

23 Наружный диаметр усеченного конуса впускного клапана йвып.ус 96,5

24 Угол фаски клапана, град «ф 45

Массы элементов ГРМ, кг

25 Разрезные сухарики тсух 0,01

26 Верхняя тарелка клапана ттар 0,28

27 Штанга с толкателем тшт 3,62

28 Траверса ттрав 1,13

29 Рычаг трыч 5,7

30 Наружная пружина тп.нар 0,88

31 Внутренняя пружина тп.вн 0,28

32 Клапан выпускной ткл.вп 1,54

33 Клапан впускной ткл.вп 1,62

Расчетные значения давления газов в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала представлена на Рисунке П.1.

Р , МПа т

а

20 18 16 14 12 " 10 8 6 4

0 100 200 300 400 500 600 700 а

Рисунок П.1 - Индикаторная диаграмма дизеля типа ЧН 26,5/31

В двигателе ЧН 26,5/31 впускные и выпускные кулачки выполнены с полидинамическим профилем (полидайн). Данный профиль разработан специалистами ХИИТа г. Харьков. График зависимости хода толкателя от угла поворота распределительного вала представлен на Рисунке П.2.

Рисунок П.2 - График изменения хода толкателя Н от угла поворота

распределительного вала в

2 Определение время-сечения клапанов

Геометрические параметры клапанов должны обеспечивать наилучшие наполнение и очистку цилиндра двигателя [18]. На Рисунке П.3 представлена схема определения проходного сечения при открытом клапане.

Рисунок П.3 - Схема определения проходного сечения при открытом клапане

Проходное сечение клапана приближенно равно боковой поверхности усеченного конуса, длина образующей которого равна длине перпендикуляра АВ, опущенного из конца диаметра клапана на образующую фаски седла или её продолжение. Для нахождения время-сечение клапанов вычисляют площадь фигуры, ограниченной осью абсцисс и кривой изменения проходного сечения клапанов по времени по формуле:

т2 Ф

A= J FBn dz = — J FBn da

Tl 0

где t1, t2- соответственно время начала открытия и конца закрытия клапана, с; FBn - текущая площадь проходного сечения впускного клапана; Ф - продолжительность открытия клапана. Для этого разобьём эту площадь на элементарные прямоугольники с шагом 1°, где Fcp - среднее значение между двумя соседними значениями площади проходного сечения клапанов Fun. и временем Ar, и суммируем площади этих прямоугольников во всем интервале действия кулачка.

Для впускного клапана продолжительность впуска равна:

Фвп=ан.вп+ак.вп+180=34+30+180=224 ° п.к.в. По повороту распределительного вала продолжительность впуска равна 61 ° Максимальная площадь проходного сечения впускных клапанов:

<^вп.мин+<^вп.ус , , 81 + 101,5 2

гвп=1впп---cos аф пк = 2• п----cos 45-20,5=8311 мм2

Время, за который коленчатый вал поворачивается на 1 градус:

60 60

dT =-=-=0,000167 с

360-и 360-1000 ,

В Таблице П.2 представлены результаты расчета площадей проходного сечения Fm, среднее значение площади Fq, и время-сечение Fq, dr.

Для впускного клапана суммарное время-сечение Авп составляет:

224

Авп= ^ F^ dT = 198,2 мм2-с

0

Т а б л и ц а П.2 - Ход впускного клапана, площадь проходного сечения, среднее

значение площади и время-сечение в зависимости от угла поворота коленчатого вала

а, град кк, мм -Рвп , мм2 -Рср , мм2 ^ср <3т, мм2с а, град кк, мм -Рвп , мм2 -Рср , мм2 ^ср <3т, 2 мм2с

0 0,00 0 0 0,00 76 17,51 7099 7017 2,34

2 0,00 1 1 0,00 78 17,89 7253 7176 2,39

4 0,02 8 4 0,00 80 18,25 7397 7325 2,44

6 0,07 26 17 0,01 82 18,58 7532 7464 2,49

8 0,15 61 44 0,01 84 18,88 7656 7594 2,53

10 0,28 113 87 0,03 86 19,16 7770 7713 2,57

12 0,45 182 148 0,05 88 19,42 7874 7822 2,61

14 0,66 269 226 0,08 90 19,65 7966 7920 2,64

16 0,92 372 321 0,11 92 19,85 8048 8007 2,67

18 1,22 493 433 0,14 94 20,03 8119 8084 2,69

20 1,56 631 562 0,19 96 20,17 8179 8149 2,72

22 1,94 786 708 0,24 98 20,29 8227 8203 2,73

24 2,36 958 872 0,29 100 20,38 8264 8246 2,75

26 2,83 1149 1054 0,35 102 20,45 8290 8277 2,76

28 3,35 1357 1253 0,42 104 20,48 8304 8297 2,77

30 3,90 1583 1470 0,49 106 20,50 8310 8307 2,77

32 4,51 1827 1705 0,57 108 20,50 8311 8310 2,77

34 5,15 2089 1958 0,65 110 20,50 8311 8311 2,77

36 5,83 2365 2227 0,74 112 20,50 8311 8311 2,77

38 6,54 2650 2508 0,84 114 20,50 8311 8311 2,77

40 7,24 2936 2793 0,93 116 20,50 8311 8311 2,77

42 7,94 3221 3078 1,03 118 20,50 8311 8311 2,77

44 8,64 3503 3362 1,12 120 20,50 8311 8311 2,77

46 9,32 3780 3641 1,21 122 20,50 8311 8311 2,77

48 9,99 4051 3915 1,31 124 20,50 8311 8311 2,77

50 10,65 4316 4184 1,39 126 20,50 8311 8311 2,77

52 11,29 4575 4446 1,48 128 20,50 8311 8311 2,77

54 11,91 4828 4701 1,57 130 20,50 8311 8311 2,77

56 12,51 5073 4951 1,65 132 20,50 8311 8311 2,77

58 13,10 5312 5193 1,73 134 20,50 8311 8311 2,77

60 13,67 5543 5428 1,81 136 20,50 8311 8311 2,77

62 14,22 5767 5655 1,89 138 20,50 8310 8310 2,77

64 14,76 5983 5875 1,96 140 20,48 8304 8307 2,77

66 15,27 6191 6087 2,03 142 20,45 8290 8297 2,77

68 15,76 6390 6290 2,10 144 20,38 8264 8277 2,76

70 16,23 6580 6485 2,16 146 20,29 8227 8246 2,75

72 16,68 6762 6671 2,22 148 20,17 8179 8203 2,73

74 17,11 6935 6849 2,28 150 20,03 8119 8149 2,72

а, град Ик, мм F-ва , мм2 F^ , мм2 F^ dx, мм2с а, град Ик, мм Fm , мм2 F^ , мм2 Fср dx, мм2с

152 19,85 8048 8084 2,69 200 8,64 3503 3641 1,21

154 19,65 7966 8007 2,67 202 7,94 3221 3362 1,12

156 19,42 7874 7920 2,64 204 7,24 2936 3078 1,03

158 19,16 7770 7822 2,61 206 6,54 2650 2793 0,93

160 18,88 7656 7713 2,57 208 5,83 2365 2508 0,84

162 18,58 7532 7594 2,53 210 5,15 2089 2227 0,74

164 18,25 7397 7464 2,49 212 4,51 1827 1958 0,65

166 17,89 7253 7325 2,44 214 3,90 1583 1705 0,57

168 17,51 7099 7176 2,39 216 3,35 1357 1470 0,49

170 17,11 6935 7017 2,34 218 2,83 1149 1253 0,42

172 16,68 6762 6849 2,28 220 2,36 958 1054 0,35

174 16,23 6580 6671 2,22 222 1,94 786 872 0,29

176 15,76 6390 6485 2,16 224 1,56 631 708 0,24

178 15,27 6191 6290 2,10 226 1,22 493 562 0,19

180 14,76 5983 6087 2,03 228 0,92 372 433 0,14

182 14,22 5767 5875 1,96 230 0,66 269 321 0,11

184 13,67 5543 5655 1,89 232 0,45 182 226 0,08

186 13,10 5312 5428 1,81 234 0,28 113 148 0,05

188 12,51 5073 5193 1,73 236 0,15 61 87 0,03

190 11,91 4828 4951 1,65 238 0,07 26 44 0,01

192 11,29 4575 4701 1,57 240 0,02 8 17 0,01

194 10,65 4316 4446 1,48 242 0,00 1 4 0,00

196 9,99 4051 4184 1,39 244 0,00 0 1 0,00

198 9,32 3780 3915 1,31

Для выпускного клапана продолжительность выпуска равна:

Фвып=ан.вып+ак.вып+180=54+40+180=274 ° п.к.в. Максимальная площадь проходного сечения выпускных клапанов:

„ ^вып.мин+^вып.ус , „. 76+96,5 „ог-.г ?

гвп=1выпп---cos аф пк = 2• п----cos 45 • 20,5=7856 мм2

Время, за который коленчатый вал поворачивается на 1 градус:

60 60

dx

=0,000167 с

360-и 360-1000

В Таблице П.3 представлены результаты расчета площадей проходного сечения ^вып, среднее значение площади Fф и время-сечение Fф dт.

Т а б л и ц а П.3 - Ход впускного клапана, площадь проходного сечения, среднее

значение площади и время-сечение в зависимости от угла поворота коленчатого вала

а, град кк, мм -вып , мм2 —ср , мм2 -ср й?т, мм2с а, град кк, мм -вып , мм2 —ср , мм2 -ср й?т, мм2с

0 0,00 0 0 0,00 76 17,51 6710 6633 2,21

2 0,00 1 0 0,00 78 17,89 6855 6783 2,26

4 0,02 7 4 0,00 80 18,25 6992 6924 2,31

6 0,07 25 16 0,01 82 18,58 7119 7055 2,35

8 0,15 58 41 0,01 84 18,88 7236 7178 2,39

10 0,28 107 82 0,03 86 19,16 7344 7290 2,43

12 0,45 172 140 0,05 88 19,42 7442 7393 2,46

14 0,66 254 213 0,07 90 19,65 7529 7486 2,50

16 0,92 352 303 0,10 92 19,85 7607 7568 2,52

18 1,22 466 409 0,14 94 20,03 7674 7641 2,55

20 1,56 596 531 0,18 96 20,17 7731 7703 2,57

22 1,94 743 670 0,22 98 20,29 7776 7754 2,58

24 2,36 906 824 0,27 100 20,38 7811 7794 2,60

26 2,83 1086 996 0,33 102 20,45 7835 7823 2,61

28 3,35 1282 1184 0,39 104 20,48 7849 7842 2,61

30 3,90 1496 1389 0,46 106 20,50 7855 7852 2,62

32 4,51 1727 1612 0,54 108 20,50 7856 7855 2,62

34 5,15 1975 1851 0,62 110 20,50 7856 7856 2,62

36 5,83 2236 2105 0,70 112 20,50 7856 7856 2,62

38 6,54 2504 2370 0,79 114 20,50 7856 7856 2,62

40 7,24 2775 2640 0,88 116 20,50 7856 7856 2,62

42 7,94 3044 2910 0,97 118 20,50 7856 7856 2,62

44 8,64 3311 3178 1,06 120 20,50 7856 7856 2,62

46 9,32 3572 3442 1,15 122 20,50 7856 7856 2,62

48 9,99 3829 3701 1,23 124 20,50 7856 7856 2,62

50 10,65 4080 3954 1,32 126 20,50 7856 7856 2,62

52 11,29 4324 4202 1,40 128 20,50 7856 7856 2,62

54 11,91 4563 4444 1,48 130 20,50 7856 7856 2,62

56 12,51 4795 4679 1,56 132 20,50 7856 7856 2,62

58 13,10 5021 4908 1,64 134 20,50 7856 7856 2,62

60 13,67 5239 5130 1,71 136 20,50 7856 7856 2,62

62 14,22 5451 5345 1,78 138 20,50 7856 7856 2,62

64 14,76 5655 5553 1,85 140 20,50 7856 7856 2,62

66 15,27 5851 5753 1,92 142 20,50 7856 7856 2,62

68 15,76 6040 5946 1,98 144 20,50 7856 7856 2,62

70 16,23 6220 6130 2,04 146 20,50 7856 7856 2,62

72 16,68 6392 6306 2,10 148 20,50 7856 7856 2,62

74 17,11 6555 6474 2,16 150 20,50 7856 7856 2,62

а, град кк, мм -вып , мм2 —ср , мм2 -ср й?т, мм2с а, град кк, мм -вып , мм2 —ср , мм2 -ср й?т, мм2с

152 20,50 7856 7856 2,62 214 13,67 5239 5345 1,78

154 20,50 7856 7856 2,62 216 13,10 5021 5130 1,71

156 20,50 7856 7856 2,62 218 12,51 4795 4908 1,64

158 20,50 7856 7856 2,62 220 11,91 4563 4679 1,56

160 20,50 7856 7856 2,62 222 11,29 4324 4444 1,48

162 20,50 7856 7856 2,62 224 10,65 4080 4202 1,40

164 20,50 7856 7856 2,62 226 9,99 3829 3954 1,32

166 20,50 7856 7856 2,62 228 9,32 3572 3701 1,23

168 20,50 7855 7855 2,62 230 8,64 3311 3442 1,15

170 20,48 7849 7852 2,62 232 7,94 3044 3178 1,06

172 20,45 7835 7842 2,61 234 7,24 2775 2910 0,97

174 20,38 7811 7823 2,61 236 6,54 2504 2640 0,88

176 20,29 7776 7794 2,60 238 5,83 2236 2370 0,79

178 20,17 7731 7754 2,58 240 5,15 1975 2105 0,70

180 20,03 7674 7703 2,57 242 4,51 1727 1851 0,62

182 19,85 7607 7641 2,55 244 3,90 1496 1612 0,54

184 19,65 7529 7568 2,52 246 3,35 1282 1389 0,46

186 19,42 7442 7486 2,50 248 2,83 1086 1184 0,39

188 19,16 7344 7393 2,46 250 2,36 906 996 0,33

190 18,88 7236 7290 2,43 252 1,94 743 824 0,27

192 18,58 7119 7178 2,39 254 1,56 596 670 0,22

194 18,25 6992 7055 2,35 256 1,22 466 531 0,18

196 17,89 6855 6924 2,31 258 0,92 352 409 0,14

198 17,51 6710 6783 2,26 260 0,66 254 303 0,10

200 17,11 6555 6633 2,21 262 0,45 172 213 0,07

202 16,68 6392 6474 2,16 264 0,28 107 140 0,05

204 16,23 6220 6306 2,10 266 0,15 58 82 0,03

206 15,76 6040 6130 2,04 268 0,07 25 41 0,01

208 15,27 5851 5946 1,98 270 0,02 7 16 0,01

210 14,76 5655 5753 1,92 272 0,00 1 4 0,00

212 14,22 5451 5553 1,85 274 0,00 0 0 0,00

Для выпускного клапана суммарное время-сечение Авъш составляет:

274

,2.

Авып= ^ = 226,6 ммЧ

о

График изменения время-сечения впускных и выпускных клапанов по углу распределительного вала представлен на Рисунке П.4.

Fcp, мм2 7500 6000 4500 3000 1500

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 а, град

Рисунок П.4 - Графическая зависимость время-сечения Fcp по углу поворота коленчатого вала а: а - впускных клапанов, б -выпускных клапанов

3 Определение приведенных масс элементов ГРМ

Для определения сил, действующих в ГРМ и расчету деталей передаточного механизма массы движущихся частей приводят [18]:

- к оси клапана при расчете пружины;

- к оси толкателя при расчете штанги, толкателя и других деталей, испытывающих наибольшую нагрузку на участке подъема толкателя.

Приведение масс производят исходя из условия равенства моментов действующих сил относительно оси рычага.

Штанга, а также траверса, кроме поступательного движения, благодаря их связи с рычагом, совершают колебательные движения, влиянием которых пренебрегаем.

3.1 Приведение масс к оси клапана

При расчете ГРМ действующие силы приводят к оси клапана (при отрицательном ускорении) или к оси толкателя (при расчете штанги, толкателя и других деталей, испытывающих наибольшую нагрузку при положительном ускорении).

*

J # J + / * ж♦ г* * » * б

А ш* и * \ "к ♦ • *

а % • % *

* ф • L » *

* *

В первом случае для определения сил инерции ГРМ Р) масса всех его подвижных элементов заменяется из условия равенства моментов сил инерции масс относительно оси вращения рычага приведенной массой тсумК сосредоточенной на оси клапана и перемещающейся по закону движения клапана [16-18]. Приведенная масса рычага

1) Приведенная масса толкателя и штанги

, Шштанг+Штолк 1,82+1,8

Ш Т=-,---Т- = 2,31 кг

Т г2 1,25152

2) Момент инерции масс деталей рычага: толкателя, гайки, сухаря

/ 1а \2 , л/146,^2

Iр=(Шсух+Штолк+Шгаиш) (у^) =(0,05+0,202+0,02) (—) = 0,0059 кгм2

3) Момент инерции массы рычага в сборе к оси клапана ^р.сб=^р+^др= 0,039 + 0,0059 = 0,045 кг-м2

4) Приведенная масса рычага в сборе к ходу клапана

¿р.сб 0,045 шкр =-т --т = 2,1 кг

Г146,^2 , (1000) (1000 )

Приведенная масса привода клапанов к оси клапана

5) Для впускного клапана:

, , г ( Шпр.нар+Шпр.внут \ г

Мк.вп=Ш к.р + гвп (Швп.к+ ^ +Шверх.тар + Шр.сух+Школп+Шгидро) + Штрав + Ш Т=

( 0,687 + 0,284 \ = 2,1 + 2 (1,70 + --^-+ 0,122 + 0,05 + 0,1 + 0,145) + 1,13 + 2,311 = 10,4 кг

6) Для выпускного клапана:

М, . ( Шпр.нар+Шпр.внут \

=ш +г ( ш +---—---—-—Ъш +ш +ш +ш л I +

к.вып к.р 1вып \"1вып.к ^ "1верх.тар "1р.сух "1колп "1гидро )

+Штрав+Ш'т=

0,687 + 0,284

= 2,1 + 2 (1,56 + --^-+ 0,122 + 0,05 + 0,1 + 0,145) + 1,13 + 2,311 = 10,1 кг