1.4.5. Расчёт на прочность клапана

      Впускные и выпускные клапана работают в тяжелых условиях. Выпускной клапан, кроме динамического воздействия, подвержен воздействию горячих продуктов сгорания, омывающих его тарелку, вследствие чего последняя при работе двигателя значительно нагревается. Поэтому материал для изготовления таких клапанов должен быть жаростойким, антикоррозионным, достаточно прочным и вязким, износоустойчивым, не склонным к короблению и образованию трещин, не способным закаливаться на воздухе, при повторных нагревах должен сохранять первоначальные физические свойства. Для быстроходных двигателей клапаны изготовляют из специальных сталей типа сильхром с содержанием 2,2–3,9% Si, 2,5–20% Cr и 23–27% Ni.

      В целях повышения твердости и антикоррозионности рабочие фаски клапанов покрывают сплавом стеллит. В расплавленном виде его наносят на нагретую поверхность клапана слоем толщиной 1–1,5 мм. Сплав стеллит, в который входят Cr, W и другие элементы, обладает большой твердостью. Впускные клапаны, как работающие в более легких условиях, чем выпускные, часто изготовляют из недорогих сталей. Пружины клапанов выполняют из сталей с высоким пределом текучести.

      По принятому отношению F/f = 9 определяю площадь проходного сечения клапана:

 см²,

где F – площадь сечения цилиндра двигателя.

      Принимаем:  – угол образующей конуса посадки клапана с горизонталью.

      Диаметр проходного сечения клапана:

 см,

где  – ход клапана при .

      Ход клапана будет равен:

 см.

Предварительно принимаем основные размеры:

диаметр тарелки клапана –  мм;

толщина тарелки клапана –  мм;

диаметр штока клапана –  мм;

радиус перехода от штока к тарелке клапана –  мм.

Толщину тарелки клапана проверяют на прочность как диск, свободно опертый по контуру и равномерно нагруженный распределенным давлением :

 кгс/см²  МПа  МПа.

Шток выпускного клапана проверяют на сжатие наибольшим усилием P, возникающим в момент открытия клапана:

 кгс  Н,

где  кгс/см²  МПа – давление в конце расширения при пуске двигателя в ход, достигающее наибольшего значения в данный период.

      Напряжения сжатия в штоке клапана:

 кгс/см²  МПа  МПа,

где  см².

Наименьшее натяжение пружины (предварительный затяг) должно обеспечить плотное прилегание клапана к седлу:

 кгс  Н.

В период движения клапана с отрицательным ускорением наибольшая сила упругости пружины  должна не только воспрепятствовать отрыву ролика от кулачковой шайбы, но и обеспечить надёжный контакт поверхностей ролика и кулачковой шайбы. Значение наибольшей силы упругости может быть принято:

 кгс  Н.

Зная наибольшее давление пружины, толщину её проволоки определяют из выражения:

 см,

где  см – средний диаметр пружины;

       кгс/см² – допускаемые напряжения кручения в пружинах из сталей;

       – толщина круглой проволоки пружины.

Необходимое число витков пружины определяют на основании того, что сила натяжения пружины пропорциональна её прогибу:

,

где  см.

      Принимаем: .

      Длина пружины при открытом клапане:

 мм,

где  мм – минимальный зазор между витками.

      Длина пружины при закрытом клапане:

 мм.

      Наибольшее и наименьшее напряжения кручения:

 кгс/см²;

 кгс/см².